SISTEMA SOLARE Il sistema solare è costituito da un varietà di oggetti celesti mantenuti in orbita dalla forza di gravità del sole. E’ formato da otto.

Presentazione sul tema: "SISTEMA SOLARE Il sistema solare è costituito da un varietà di oggetti celesti mantenuti in orbita dalla forza di gravità del sole. E’ formato da otto."— Transcript della presentazione:

1 SISTEMA SOLARE Il sistema solare è costituito da un varietà di oggetti celesti mantenuti in orbita dalla forza di gravità del sole. E’ formato da otto pianeti, dai rispettivi satelliti naturali, da cinque pianeti nani e da miliardi di corpi minori (asteroidi, comete, e meteoriti). Le dimensioni del sistema solare sono difficilmente definibili. Esso si trova nel braccio di Orione, uno dei bracci a spirale della nostra Galassia, situato tra il braccio di Perseo (più esterno) e quello del Sagittario (più interno). Il sistema solare compie una rivoluzione all’ interno della stessa Galassia, percorrendo un’ orbita ellittica; per compiere questa rivoluzione esso impiega circa 200 milioni di anni.

2

3 Le nebulose Una nebulosa è un agglomerato interstellare di idrogeno, elio e polvere (particelle più pesanti). La maggior parte delle nebulose sono molto estese e non hanno dei confini ben definiti. Molte nebulose vanno incontro al collasso gravitazionale del gas presente o spontaneamente oppure per l’invasione di frammenti di una supernova. Mentre la materia collassa sotto il proprio peso, l’aumento di temperatura può arrivare a causare la ionizzazione del gas con conseguente emissione di raggi U.V. La temperatura e la pressione possono assumere valori altissimi tanto da raggiungere lo stato fisico di plasma (circa 10 milioni di °K e 300 miliardi di atmosfere). In tali condizioni si innesca la fusione nucleare di H in He: nasce di una stella. Le dimensioni di queste nebulose variano in base alla grandezza originaria della nuvola di gas. Generalmente si distingue tra nebulose oscure e luminose: queste ultime sono nubi di gas illuminate da una stella.

4 La nebulosa Nebulosa oscura

5 Proto-Sole e proto-pianeti
Circa 5 miliardi di anni fa l’esplosione di una supernova proiettò miriadi di frammenti in tutte le direzioni dello spazio. Molti di essi, sia pur ad enorme distanza, «invasero» la nostra nebulosa in leggerissima rotazione antioraria. Le turbolenze generate, unite alla presenza di materiale «pesante», permisero la formazione di numerosi centri gravitazionali attorno a cui polveri e gas cominciarono ad addensarsi (globuli di bok).

6 Gli stessi globuli di bok, gradualmente con la loro crescita, cominciarono ad esercitare una reciproca attrazione addensandosi sempre di più nei globuli più grossi e verso una zona (centro della nebulosa) provocando una contrazione (collasso) del sistema stesso. Data la contrazione, in pochi milioni di anni, la densità e la temperatura della zona centrale aumentarono in maniera considerevole rispetto al resto della nebulosa: si formò il proto-Sole. I fenomeni a carico del «centro» della nebulosa si verificarono anche in molti globuli di bok sparsi nella nebulosa, ma in modo meno violento e meno intenso (protopianeti). La maggior parte di quuest’ultimi subì, comunque, l’attrazione del proto-sole e vi precipitarono.

7 La graduale contrazione di tutto il sistema ne causò un aumento della velocità di rotazione (conservazione del momento angolare). Questo fatto impedì il collasso globale e permise il raggiungimento di un equilibrio stabile in cui, grazie alla forza a centrifuga, diversi «corpi» resistettero alla precipitazione gravitazionale e, con il raffreddamento, evolsero in pianeti, satelliti, asteroidi, comete e quant’altro attulamente costituisce il sistema solare. Non a caso, tra l’altro, la disposizione di questi corpi celesti è, approssimativamente, sul piano equatoriale del sistema (dove la rotazione, quindi la forza centrifuga, è maggiore)

8 La proto-stella Il destino di una protostella dipende dalla massa che riesce ad accumulare: se questa è dell’ ordine di grandezza di 1/100 di quella del sole, nella protostella le reazioni nucleari non si innescano, se invece ha una massa maggiore, la stella si accende.

9 Nel caso del protosole, la pressione e la densità dell‘ idrogeno nel centro nella nebulosa divennero grandi a sufficienza per avviare la fusione nucleare. La fusione è il processo di reazione nucleare col quale l’interazione tra 4 nuclei di idrogeno dà origine ad un nucleo di elio. Nel corso di queste interazioni una piccola parte della massa si trasforma in energia: cinetica ed elettromagnetica (E=mC2). Tale fenomeno inizia con un evento «esplosivo» che fa espandere la massa dell’astro (pressione radiattiva) fini a raggiungere un equilibrio (con la pressione gravitazionale). La particelle superficiali, tuttavia, vengono spazzate in tutte le direzione generando il vento solare  Che spazzò via i gas e le polveri e gran parte della materia della nebulosa confinandola nella nube di Oort. In tal modo si fermò anche il processo di crescita dei vari pianeti.

10 La teoria prosegue ipotizzando che da questa nube di gas e polveri, grazie alla progressiva aggregazione di particelle, si formarono corpi di dimensioni via via maggiori fino ai pianeti. Si stima che il sistema solare interno fosse troppo caldo per impedire la condensazione di molecole volatili quali acqua e metano: vi si formarono pertanto dei planetesimi relativamente piccoli (fino allo 0,6% della massa del disco). Questi corpi rocciosi evolveranno successivamente nei pianeti di tipo terrestre quali Mercurio, Venere, Terra e Marte.

11 La teoria prosegue ipotizzando che da questa nube di gas e polveri, grazie alla progressiva aggregazione di particelle, si formarono corpi di dimensioni via via maggiori fino ai pianeti. Si stima che il sistema solare interno fosse troppo caldo per impedire la condensazione di molecole volatili quali acqua e metano: vi si formarono pertanto dei planetesimi relativamente piccoli (fino allo 0,6% della massa del disco). Questi corpi rocciosi evolveranno successivamente nei pianeti di tipo terrestre quali Mercurio, Venere, Terra e Marte.

12 Più esternamente, oltre la frost line, si svilupparono invece i "giganti gassosi",
Giove e Saturno, mentre Urano e Nettuno catturarono meno gas e si condensarono attorno a nuclei di ghiaccio. Il processo di formazione dei pianeti (Terra inclusa) durò circa 10 milioni di anni.

13 Struttura del sole

14 Nucleo o Nòcciolo Reazione Protone-protone Stato fisico: plasma
Raggio: km Temperatura: °K Pressione: Atm Densità: 150 g/cm³ Composizione: protoni, neutroni, elettroni, deuterio, elio, neutrini Reazione Protone-protone

15 Zona radiattiva Riceve energia dai raggi gamma uscenti dal nucleo.
Stato fisico: plasma Raggio: 500/800 mila km Temperatura: da 15 a 2 milioni di °K Riceve energia dai raggi gamma uscenti dal nucleo. I fotoni gamma urtano numerose particelle cedendo ogni volta una picccola parte e della loro energia fino all’esaurimento. N.B. i raggi gamma non oltrepassano la zona radiattiva.

16 Zona convettiva Riceve energia per contatto con la zona radiativa.
Stato fisico: gas ionizzato Raggio: 400 mila km Temperatura: da 2 milioni a °K Riceve energia per contatto con la zona radiativa. E’ sede di correnti convettive, grazie alle quali l’energia risale fino in superficie (fotosfera). Per la rotazione solare, è sede anche di turbolenze (effetto Coriolis) responsabile della generazione delle macchie solari.

17 Fotosfera Riceve energia dai moti convettivi sottostanti.
Stato fisico: Gas ionizzato e neutro Raggio: 200 km Densità: alta Temperatura: 5800 °K Riceve energia dai moti convettivi sottostanti. Essendo gas denso, si comporta come corpo nero che, a temperatura di 5/6 mila °k, emette radiazioni di tutte le lunghezze d’onda ma con λmax corrispondente al giallo. Appare granulosa (celle convettive). Contiene macchie solari, protuberanze, flare, flacole ecc.

18 cromosfera Stato fisico: Gas ionizzato Raggio: 2000 km Temperatura: 5000 – °K Densità: bassa (zona trasparente) Visibile solo durante l’eclissi solare, è costituita da particelle gassose che, grazie alle alte ernergie cinetiche, riescono a staccasi dalla superficie (fotosfera) formando l’atmosfera solare.

19 Corona solare Stato fisico: Gas ionizzato Raggio: variabile (qualche milione di km) Temperatura: 5000 – °K Densità: bassissima (zona trasparente) Visibile solo durante le eclissi solari, è costituita da particelle gassose che, grazie alle alte energie cinetiche, riescono proiettarsi a grandi distanze dalla superficie solare. La forma è irregolare, ma suggerisce quella di una corona. Una piccola percentuale di particelle gassose riesce a sfuggire completamente all’attrazione gravitazionale del sole  vento solare

20 STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA

21 Conoscenze dirette Raccogliere informazioni dirette sull’interno della Terra non è possibile se non entro uno strato superficiale di appena 12 km. Infatti: • i più profondi pozzi minerari arrivano alla profondità di 4 km; • le caverne più profonde arrivano a 2 km; • le perforazioni più profonde arrivano a 12 km. 21

22 Conoscenze dirette (rocce superficiali)
Rispetto alle dimensioni della Terra (il raggio terrestre misura oltre i km), pozzi minerari, grotte e trivellazioni raggiungono una profondità del tutto trascurabile. La crosta ha densità d=2,7 g/cm3 22

23 Conoscenze indirette È possibile conoscere in modo indiretto la composizione e la struttura interna della Terra. Per questo è necessario studiare alcune caratteristiche fisiche del nostro pianeta come • la densità; • la temperatura; • il campo magnetico. 23

24 Densità della Terra Legge di Newton  il pianeta ha densità d=5,5g/cm3
Misure dirette  rocce superficiali hanno densità d=2,7 g/cm3 La densità aumenta all’aumentare della pressione. L’interno della Terra deve essere formato da materiali più densi. 24

25 Densità della Terra Si stima che al centro della Terra la pressione sia tra 3,5 e 4 milioni di volte maggiore della pressione atmosferica. Le pressioni interne alla Terra, pur elevatissime, non sono la causa prima, o unica, della elevata densità del pianeta. All’interno della Terra le elevate densità sono dovute, soprattutto, a variazioni della composizione dei materiali presenti. 25

26 Temperatura e profondità
La temperatura terrestre aumenta di circa 2,7°C ogni 100m di profondità, anche se in modo non regolare. Aumento della temperatura con la profondità nella galleria del Sempione. Durante i lavori ci fu l’attraversamento di zone in cui la temperatura raggiungeva 45°C. 26

27 Temperatura e profondità
L’incremento di temperatura, espresso in °C, che si registra ogni 100 m di profondità è definito gradiente geotermico. Il gradiente geotermico (incremento con la profondità) non è costante, altrimenti il centro terrestre arriverebbe a °C e la Terra esploderebbe in una nube di gas. I dati sismici, peraltro, rilevano che il mantello è solido 27

28 Quanto sopra confrontato con il flusso geotermico (calore che la terra emana nella spazio comportandosi da corpo nero) porta a ipotizzare una temperatura interna media di 4/5 mila°K L’interno terrestre è molto caldo (4000/4500°C). Sebbene i vari materiali di cui il pianeta è formato fondono, a pressione atmosferica, intorno ai °K, in profondità, subendo l’effetto delle elevate pressioni (fino a 4/5 milioni di atmosfere) possono persistere allo stato solido.

29 Onde sismiche e interno della Terra
Lo studio della propagazione delle onde sismiche P (onde di volume) e S (onde di forma) fornisce informazioni decisive per la comprensione della struttura e della composizione dell’interno terrestre. In un mezzo omogeneo le onde sismiche viaggiano in linea retta e a velocità costante, ma se il mezzo varia in densità, le onde variano di velocità e di direzione (rifrazione). Le onde sismiche P (onde di volume) sono più veloci e attraversano tutti i materiali. Le onde sismiche S (onde di forma) sono più lente e non attraversano, se non in modo trascurabile, i fluidi. 29

30 Onde sismiche e interno della Terra
Un’onda sismica che attraversa una superficie di discontinuità subisce una rifrazione. La rifrazione provoca un avvicinamento dalla perpendicolare nel punto di rifrazione, se nel secondo mezzo l’onda diventa meno veloce. La rifrazione provoca un allontanamento dalla perpendicolare nel punto di rifrazione, se nel secondo mezzo l’onda si muove più velocemente. - denso + denso + denso - denso 30

31 Onde sismiche e interno della Terra
Se la velocità di propagazione delle onde sismiche fosse sempre costante, il fronte d’onda si propagherebbe lungo una retta. La rifrazione causata dal cambiamento delle caratteristiche del mezzo di propagazione con la profondità determina una propagazione curvilinea del fronte d’onda. 31

32 Onde sismiche e interno della Terra
L’analisi sismologica evidenzia che le onde sismiche giungono ai sismografi posti in diverse località seguendo traiettorie curve. 32

33 N.B. Qualsiasi posizione abbia l’epicentro, si calcola una zona d’ombra di ampiezza costante.

34 Discontinuità di Gutenberg.
Il nucleo I calcoli rilevano una superficie di discontinuità (proprio per il fatto che in loro corrispondenza si verificano repentini cambiamenti delle velocità di propagazione delle onde sismiche) ad una profondità di km ed è chiamata Discontinuità di Gutenberg. I geologi sono concordi nel ritenere che tale superficie separi nettamente il nucleo (allo stato fuso) dal resto della terra, il mantello (allo stato solido) . 34

35

36 Crosta, mantello e nucleo interno
Altre variazioni di velocità delle onde sismiche, meno intense, hanno evidenziato l’esistenza di altre due superfici di discontinuità. La prima è la discontinuità di Mohorovičić, detta in breve Moho alla profondità media di 30 km: separa il mantello dalla crosta. La seconda è la discontinuità di Lehmann che si trova internamente alla profondità di 5100 km: separa il nucleo esterno (fuso) da quello interno (solido) 36

37 Crosta, mantello e nucleo
Riassumendo: le tre discontinuità dividono l’interno della Terra in gusci concentrici: la crosta, il guscio più esterno di silicati felsici e mafici; il mantello, il guscio intermedio di densi silicati ultramafici; il nucleo ferroso (NiFe  Nichel e Ferro) esterno fuso; il nucleo ferroso interno solido. Silicati mafici (o femici): minerali densi, ricchi di: silicio (50-60%), ferro e magnesio. Silicati felsici (o sialici): minerali poco densi, ricchi di: silicio (oltre il 60%), ossigeno, alluminio, sodio e potassio. Silicati Ultramafici (o -femici): minerali molto densi, ricchi di: silicio (<45%), ferro e magnesio. 37

38 Crosta La crosta può essere di due tipi:
crosta continentale di composizione felsica, in corrispondenza dei continenti; crosta oceanica di composizione mafica, in corrispondenza dei fondi oceanici. La Moho è più profonda in corrispondenza dei continenti, più superficiale in corrispondenza degli oceani. 38

39 Crosta e mantello L’andamento della Moho è irregolare e riflette in modo quasi simmetrico l’andamento della superficie terrestre. Infatti, la crosta è più spessa in corrispondenza delle aree continentali e, in particolare, delle catene montuose, mentre è più sottile in corrispondenza dei fondali oceanici. 39

40 Mantello e nucleo La composizione chimica interna del pianeta è ipotizzata dal confronto tra gli studi della densità, della temperatura, dell’analisi chimico-fisica dei meteoriti e delle sperimentazioni in laboratorio su vari materiali e leghe Il mantello costituisce il 67% della massa terrestre. E’ formato da silicati ultramafici ed ha una densità di circa 3,4 kg/dm3. La roccia più abbondante del mantello è la peridotite. Il nucleo esterno è allo stato liquido. E’ formato da ferro, nichel e da altri elementi come silicio, ossigeno e zolfo. Il nucleo interno è, invece, solido. E’ formato in maggior % da ferro e nichel. Pur essendo più caldo di quello esterno, il nucleo interno non è fuso a causa della elevata compressione cui è sottoposto. 40

41 La zona a bassa velocità
Le onde P e S, quando si propagano nel mantello, subiscono un rallentamento a partire dai 100 km di profondità fino a circa 800 km. Si tratta della zona a bassa velocità. 41

42 La zona a bassa velocità
Per la particolare combinazione di temperatura e pressione, le rocce dello strato a bassa velocità sono molto vicine alla fusione e possono contenere piccole quantità di materiale fuso. Piccoli aumenti della temperatura o diminuzioni della pressione rendono possibile la fusione delle rocce con produzione di magmi e lave. 42

43 Litosfera e astenosfera
La presenza della zona a bassa velocità dimostra che le differenze interne possono riguardare la composizione ma anche le proprietà meccaniche dei materiali presenti. Dalla superficie fino alla profondità di 100 km i materiali hanno un comportamento rigido. Questo strato esterno rigido che comprende la crosta e la parte superiore del mantello è chiamato litosfera. 43

44 Litosfera e astenosfera
Lo strato compreso tra i 100 km e i 200 km di profondità viene chiamato astenosfera. Esso, a differenza della litosfera, è formato da materiali particolarmente plastici, perché molto vicini alla fusione. Lo strato del mantello che si trova al di sotto della astenosfera è chiamato mesosfera. 44

45 Litosfera e astenosfera
La Terra può essere suddivisa in strati concentrici, in base a due criteri. Seguendo il criterio della composizione chimica, si possono distinguere: crosta, mantello e nucleo. Seguendo il criterio delle proprietà meccaniche, abbiamo: litosfera, astenosfera, mesosfera e nucleo. 45

46 Magnetismo terrestre Data la temperatura e la densità interne della terra, è impossibile pensare che la causa del magnetismo sia la presenza massiccia di metalli  le condizioni superano il punto di Curie (T°alla quale, per l’alta agitazione termica caotica, le particelle perdono orientamento, quindi proprietà magnetiche). Punto di Curie Le ipotesi più accreditate sono quelle che prevedono la generazione di un campo magnetico da parte di correnti elettriche. Il modello è quello simile ad una dinamo (barra di metallo avvolto da spire di conduttore elettrico) ad autoeccitazione Il nucleo della terra ben rappresenta la barra di metallo. La forza di Coriolis associata ai moti convettivi del nucleo liquido rappresenterebbe il moto rotatorio. Tuttavia (al contrario della dinamo), come detto prima, il nucleo non è una calamita, per cui occorre ipotizzare un’innesco. Potrebbe essere la differenza di temperatura tra i vari strati ad aver determinato correnti elettriche iniziali …. Oppure potrebbe essere stata una variazione del magnetismo solare

47 Il campo magnetico terrestre non è costante nel tempo, ma subisce notevoli variazioni in direzione ed intensità. Queste variazioni hanno portato, nel corso delle ere geologiche, alla deriva dei poli magnetici ed a ripetuti fenomeni di inversione del campo, con scambio dei poli magnetici Nord e Sud.