Sistema solare: i pianeti e gli altri corpi celesti, Appunti universitari

LA LEZIONE

Introduzione al Sistema Solare

Il Sistema solare è costituito, oltre che dal Sole, dai pianeti e dai loro satelliti, dai pianeti nani, dagli asteroidi e da altri oggetti rocciosi, e da un numero imprecisato di comete. La terminologia che riguarda i corpi presenti nel Sistema solare è stata aggiornata dalle delibere dell'International Astronomical Union (IAU), che nel corso dell'assemblea generale dell'agosto 2006 ha stabilito una nuova classificazione e nomenclatura; in base a essa, Plutone è stato declassato a pianeta nano.

Il confine tra i pianeti interni ed esterni è segnato dalla fascia degli asteroidi (fig.1A), un anello costituito da milioni di frammenti rocciosi di varie dimensioni. I pianeti interni sono solidi e hanno quasi tutti un'atmosfera; quelli esterni sono sfere gassose con temperature molto basse. Le orbite dei corpi che appartengono alla cintura asteroidale sono influenzate gravitazionalmente da Giove, il pianeta più grande del Sistema solare, che impedisce loro di unirsi per formare un pianeta o comunque un corpo celeste. L'attrazione gravitazione del Sole, invece, non solo trattiene i pianeti all'interno del Sistema solare, ma ne influenza anche i loro movimenti, in particolare le loro velocità lungo le orbite, che sono maggiori per i pianeti più vicini.

Sole Venere Mercurio Giove Saturno Urano Marte Plutone Terra fascia degli asteroidi Nettuno Fig. 1A Schema delle orbite dei pianeti che gravitano intorno al Sole: sono anche indicate l'orbita del pianeta nano Plutone e quella della fascia degli asteroidi

Pianeti e loro formazione

I pianeti si sono formati per collisione e aggregazione di corpi più piccoli chiamati planetesimi, ossia i residui della formazione del Sole che si formarono lungo un disco di gas e polvere attorno alla nostra stella nascente. I planetesimi, scontrandosi tra loro, hanno dato luogo ai corpi maggiori. Tutti i pianeti del Sistema solare hanno una struttura interna che consiste di strati di composizione chimica diversa, con un nucleo centrale in prevalenza metallico.

Posizioni dei pianeti rispetto alla Terra

La posizione dei pianeti rispetto alla Terra dipende dalla composizione dei loro movimenti con quelli della Terra attorno al Sole. Si chiama periodo siderale l'intervallo di tempo trascorso il quale un pianeta torna nello stesso punto della sua orbita attorno al Sole. Rispetto alla Terra, i pianeti assumono diverse posizioni (fig.1). Un pianeta interno (Mercurio o Venere) si dice in congiunzione inferiore se si trova nella stessa direzione del Sole e in congiunzione superiore se si trova nella direzione opposta; le due posizioni di elongazione orientale e occidentale corripondono alla massima distanza angolare dal Sole, rispettivamente a oriente e a occidente.Congiunzione superiore orbita di un pianeta esterno o superiore Congiunzione superiore orbita della Terra un pianeta interno no interiore S massima elongazione orientalo massima elongazione occidentalo Congiunzione inferiore Quadratura Orientale Quadratura Occidentale Terra Opposizione Fig.1B Posizioni dei pianeti rispetto alla Terra e al Sole

Mercurio: il pianeta più vicino al Sole

Si tratta del pianeta del Sistema solare più vicino al Sole. A causa di tale vicinanza, si può osservare dalla Terra soltanto poco prima dell'alba e poco dopo il tramonto, mai in piena notte. Si muove molto velocemente lungo la sua orbita, fortemente ellittica, completandola in 88 giorni e compie tre rotazioni ogni due orbite complete attorno al Sole. A causa della combinazione di questi due movimenti (rotazione e rivoluzione, fig.2), un'ipotetica persona su Mercurio dovrebbe aspettare 176 giorni per vedere due albe consecutive.

Il pianeta è quasi privo di atmosfera e la sua superficie è conseguentemente secca e accidentata e segnata da migliaia di crateri formati dall'impatto con meteoriti, somigliando a quella della Luna.

La superficie è caratterizzata dalla presenza di catene montuose lunghe e tortuose e da grandi altopiani interrotti da pianure lievemente ondulate. La temperatura media superficiale è di 167 ℃. Poiché Mercurio non ha quasi atmosfera (composta soltanto dagli atomi del vento solare, ossigeno, sodio ed elio), l'intenso calore solare non è comunque trattenuto e le escursioni termiche sono elevate, da 467 ℃ a -183 ºC. Mercurio è il secondo corpo più denso del Sistema solare, dopo la Terra: la struttura interna è costituita da un nucleo di ferro che 3 2 occupa quasi l'85% del diametro complessivo e che probabilmente produce il debole campo magnetico del pianeta. Le osservazioni ai Mercurio radiotelescopi hanno evidenziato la possibile presenza di acqua ghiacciata nelle regioni polari, 4 7 1 nel fondo di crateri molto profondi. Mercurio è Sole stato raggiunto nel marzo 2011 dalla sonda MESSENGER, lanciata nell'agosto 2004. I dati fisici e i parametri orbitali aggiornati di Mercurio aggiornati possono essere consultati al seguente 5 6 indirizzo web della NASA. fig.2 Moti di rivoluzione e di rotazione di Mercurio

Pianeti esterni: congiunzione e opposizione

Un pianeta esterno si dice in congiunzione se si trova nella stessa direzione del Sole e in opposizione se si trova in direzione opposta; le due posizioni di quadratura orientale e occidentale si hanno quando il pianeta si trova a 90° rispetto alla linea Terra-Sole, rispettivamente a oriente e a occidente. Si chiama periodo sinodico l'intervallo di tempo trascorso il quale un pianeta interno torna alla congiunzione inferiore oppure un pianeta esterno torna all'opposizione.

Nel seguito sono descritte le proprietà dei pianeti del Sistema solare, a eccezione della Terra, per la quale si rinvia alla lezione specifica.Venere

Venere: il secondo pianeta e l'effetto serra

Venere è il secondo pianeta del Sistema solare in ordine di distanza dal Sole e il più luminoso del cielo. E coperto da spesse nubi che riflettono gran parte della luce solare. Tali nubi intrappolano anche il calore solare penetrato all'interno e riemesso dalla superficie, per cui, per effetto serra, la temperatura raggiunge sul pianeta valori molto elevati (fig. 3A e 3B). Questo pianeta è pertanto più caldo di Mercurio, nonostante si trovi a maggiore distanza dal Sole. La pressione è 90 volte maggiore rispetto a quella della Terra. L'atmosfera è composta soprattutto di biossido di carbonio, con tracce di acido solforoso, e praticamente assenza di vapore acqueo. La superficie è assai simile a quella che avrebbe la Terra se non vi fossero gli oceani ed è coperta per circa il 20% di pianure, per il 70% di altopiani e per il 10% di rilievi. È presente un'intensa attività vulcanica, con i flussi di lava che danno luogo ad ampie fenditure.

200 giorno radiazione infrarossa notte luce visibile 150- h (km) nuvole di acido solforico 100- gas atmosferico (CO2) nuvole di Venere 50- nuvole della Terra superficie di Venere luce visibile 0 0 200 400 600 800 T(K) fig.3A fig.3B fig.3 A, Andamento della temperatura T con l'altitudine h nelle atmosfere di Venere (curve a tratto continuo) e della Terra (curva tratteggiata. B, Modello dell'effetto serra nell'atmosfera di Venere

Struttura interna e fasi di Venere

Sole Venere A Terra La struttura interna è costituita da un nucleo simile a quello terrestre, con elementi metallici (ferro e nichel) e silicati, da un mantello di roccia fusa che intrappola la radiazione solare e costituisce la maggior parte del pianeta, e da una crosta costituita da silicati e più spessa di quella terrestre. Venere non possiede lune, non ha un campo magnetico, forse a causa della sua lenta rotazione assiale, ed è l'unico pianeta il cui periodo di rotazione è più lungo di quello di rivoluzione. Per quanto riguarda la sua visibilità, presenta fasi simili a quelle della Luna (fig.4). fig.4 Fasi di Venere: rappresentazione del fenomeno (A) e immagini del pianeta, a partire dalla fase piena (B) BQuando nel corso della sua orbita si trova nel punto più distante dal Sole (congiunzione superiore) appare al massimo della luminosità (fase piena); diventa, invece, invisibile (fase minima) nella posizione di congiunzione inferiore, cioè quando si trova alla distanza minima dalla Terra, perché in tale situazione l'emisfero illuminato dal Sole è quello opposto alla Terra. Attorno a Venere è entrata in orbita nell'aprile 2006 la sonda Venus express, lanciata nel novembre 2005.

I dati fisici e i parametri orbitali aggiornati di Venere possono essere consultati al seguente indirizzo web della NASA.

Marte: il pianeta rosso

Marte è il quarto pianeta del Sistema solare in ordine di distanza dal Sole. È un piccolo corpo roccioso la cui superficie è stata modificata da vulcanismo, impatti con altri corpi, movimenti tettonici e fenomeni atmosferici. All'osservazione appare di colore rossastro per la presenza di ossidi di ferro al suolo. L'aspetto attuale della superficie di Marte è il risultato di processi di erosione e di sedimentazione durati centinaia di milioni di anni.

A differenza della Terra, dove questi fenomeni sono dipesi per la massima parte dall'azione delle acque correnti, su Marte il ruolo principale è stato svolto dal vento, che ha a mano a mano sgretolato le rocce superficiali, che poi si sono ossidate e idratate. La polvere dei deserti viene sollevata, di tanto in tanto, da venti impetuosi che la trasportano nelle regioni polari dove essa si deposita formando spessi strati di sedimenti. Le zone oscure, invece, devono il loro colore a rocce basaltiche, più giovani e quindi più compatte.

Marte possiede calotte polari ghiacciate, ben visibili al telescopio. Il clima è cambiato più di una volta, probabilmente a causa di modificazioni della sua orbita.

Geologicamente sono importanti il Monte Olimpo (alto 27 km e largo 600 km) e un sistema di canyon equatoriale. Si pensa che su Marte siano stati presenti anticamente fiumi, laghi e, forse, oceani. L'acqua liquida sarebbe poi scomparsa dalla superficie, restando sotto forma di ghiaccio nella crosta; è possibile che acqua liquida si trovi tuttora in profondità.

Struttura interna di Marte

nucleo man tello atmosfera crosta La struttura interna di Marte (fig.5) si compone di una sottile crosta costituita da solida roccia, con uno spessore di circa 50 km; dal sottostante mantello, composto da roccia fusa più densa di quella del mantello terrestre; da un piccolo nucleo, probabilmente costituito da ferro. Il fatto che il nucleo sia solido è probabilmente il motivo della mancanza di campo magnetico su Marte (secondo le teorie più accreditate, infatti, per generare un campo magnetico occorre che nel pianeta vi sia un nucleo metallico fluido). fig.5 Struttura interna di Marte

Lune di Marte e esplorazione

Possiede due lune, Phobos e Deimos, il cui diametro è rispettivamente di 27 e 15 km. Entrambe presentano una superficie ricca di crateri e potrebbero essere state asteroidi catturati dalla gravità di Marte.

Marte è oggetto di un'intensa attività di esplorazione attraverso numerose missioni, soprattutto della NASA. Mars odyssey ha preso il volo nell'aprile 2001 ed è stato