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I pianeti

La corte del Sole
Sistema solare: insieme costituito dal Sole e da tutti i corpi che vi orbitano attorno. Esso include otto pianeti, un centinaio di satelliti e un numero incalcolabile di asteroidi e comete, i pianeti nani, polveri e gas.
Il confine del sistema solare è dato dalla fascia di Kuiper, regione che si estende oltre l’orbita dell’ultimo pianeta fino alla distanza di circa 100 UA dal Sole. Il sistema solare è poi incluso nella nube di Oort.
I pianeti si possono distinguere in:
- Pianeti terrestri: Mercurio, Venere, Terra, Marte. Presentano caratteristiche piuttosto simili: densità elevata, volume non molto grande e sono formati prevalentemente da materiali solidi. La loro atmosfera è poco densa o assente; ciò a causa della vicinanza al Sole e della loro piccola massa, insufficiente a trattenere le molecole gassose.

- Pianeti giovani: Giove, Saturno, Urano, Nettuno. Questi pianeti hanno notevole volume e densità molto bassa. Sono prevalentemente fluidi. Hanno basse temperature a causa della maggiore distanza dal Sole e ciò comporta anche la creazione di dense atmosfere. Tra i due gruppi di pianeti si trova la fascia dei pianetini o asteroidi.

Nascita del sistema solare
La formazione del sistema solare è strettamente legata alla nascita del Sole.
Kant e Laplace nel 700 ipotizzarono che il sistema solare avesse avuto origine da una nube di particelle, condensatosi per autogravitazione. Il modello Kant-Laplace ha subito nel tempo vari aggiustamenti ma si è rilevato corretto. Il sistema solare ebbe origine circa 5 miliardi di anni fa quando si ruppe il fragile equilibrio in una nebulosa molto fredda, formata da gas e polveri, e iniziò il collasso gravitazionale. Vi fu inoltre l’innalzamento della temperatura. Il nucleo centrale che andava formandosi richiamò altra materia che contribuì a far aumentare la velocità di rotazione del sistema come un ciclone. Mentre il nucleo centrale continuava ad aumentare la propria temperatura, il materiale circostante iniziò a disporsi su un disco avente l’asse di rotazione coincidente con quello del nucleo. Protosole: è il Sole nelle fasi iniziali della sua formazione, quando ancora non si erano innescate le reazioni di fusione nucleare. Dal disco la materia continuò a precipitare sul nucleo e nelle regioni circostanti la polvere iniziò ad aggregarsi formando granuli di dimensioni inferiori al millimetro che a loro volta andarono a formare nuclei sempre più grandi. Circa 100mila anni dopo la sua formazione, il disco raggiunse una temperatura maggiore. Il sole nascente al suo interno era ancora oscurato dalle polveri che ne assorbivano la luce prodotta.

Planetesimi: corpi formati da roccia o ghiaccio che aggregandosi concorrono alla formazione di un corpo maggiore. La loro aggregazione porta ai protopianeti: corpi che all’inizio della formazione del sistema solare avrebbero formato i pianeti. Un pianeta domina la propria zona orbitale, ha quindi inglobato tutti i planetesimi che si trovano nella sua stessa zona orbitale o li ha allontanati da essa. La composizione chimica di pianeti e satelliti fu condizionata dalla distanza dal Sole: in quelli più vicini le elevatissime temperature impedirono la condensazione di materiali più leggeri, che vengono dispersi sotto forma di gas; condensarono invece materiali come metalli e rocce. I composti più leggeri poterono condensare nei pianeti terrestri le cui temperature non erano così elevate mentre i materiali più volatili poterono condensare nelle parti più lontane del sistema solare. Quindi nei pianeti terrestri si concentrarono gli elementi più pesanti, nei pianeti giovani si racchiusero gli elementi più volatili e qui vi fu anche la perdita di elio e idrogeno.

Mercurio
E’ il pianeta più vicino al sole e il più piccolo del sistema. È visibile poco prima dell’alba (Ermes) e poco dopo il tramonto (Apollo). La sua densità è di poco inferiore a quella della Terra. L’eccentricità dell’orbita è la maggiore di tutto il sistema solare. Su Mercurio la notte come il dì dura quasi tre mesi: tre mesi a -180°C e tre mesi a +420°C, l’escursione termica è così pronunciata a causa dell’assenza di atmosfera.

Atmosfera: la temperatura di Mercurio è elevata e quindi le particelle superano la velocità di fuga (molto bassa) e abbandonano il pianeta. Di conseguenza non c’è atmosfera su Mercurio ma solo qualche traccia di elio rubato al vento solare che investe il pianeta.
Superficie: è difficile osservare Mercurio perché è così vicino al Sole da essere invaso dalla sua luce. La superficie è ricchissima di crateri. Alcune superfici piatte sono attribuibili a effusioni laviche, mentre altre forme tettoniche sembrano legate a fenomeni di compressione. Il colore delle rocce superficiali di Mercurio è praticamente nero e di conseguenza l’albedo è la più bassa di tutto il sistema solare.
Struttura interna: l’alta densità e la presenza di un debole campo magnetico fanno pensare che Mercurio sia composto per il 70% da ferro concentrato in un nucleo che comprende circa il 75% del diametro. La storia geologica del pianeta sembra essersi arrestata 4 miliardi di anni fa.

Venere
Venere è visibile poco prima dell’alba (Lucifero) e poco dopo del tramonto ( Vespero). Ha l’albedo più alto di tutto il sistema solare, è infatti l’astro più luminoso di tutto il sistema. Dimensioni e densità sono molto prossime a quelle della Terra. Ha eccentricità più bassa all’interno del sistema. La rotazione si compie in senso retrogrado come per Uranio, eccezioni nel sistema.

Atmosfera: ha un’elevata velocità di fuga e quindi un’atmosfera molto densa costituita per il 96% da diossido di carbonio e il 3% da azoto. È presente uno strato di nubi che impediscono la visione della superficie; questo nubi sono la causa dell’albedo così alta. Il diossido di carbonio è il maggior responsabile dell’effetto serra che porta la temperatura superficiale e circa 470°C.
Superficie: si ritiene che la superficie di Venere fosse inizialmente ricoperta di acqua poi evaporata per l’aumento della temperatura causato dall’effetto serra. Il territorio è ricco di crateri da impatto. Sono state rilevate anche alcune strutture coniche piuttosto elevate, vulcani a scudo. La composizione chimica delle rocce fa presupporre che su Venere vi siano eruzioni laviche superficiali.
Struttura interna: Venere ha una struttura interna simile a quella della Terra: la crosta riveste il mantello fluido e al centro si trova il nucleo ferroso. Su Venere è totalmente assente il campo magnetico.

Marte
Marte ha dimensioni e densità inferiori a quelle della Terra. Al telescopio il pianeta è riconoscibile per il caratteristico colore rossastro e per le calotte polari di colore bianco. Il pianeta percorre un’ellisse relativamente schiacciata ed ha eccentricità maggiore tra i pianeti del sistema. Nel corso dell’anno marziano su Marte dovrebbero svilupparsi stagioni analoghe a quelle terrestri ma in media di durata doppia.
Atmosfera: la sottile atmosfera di Marte è composta da diossido di carbonio( 95%), azoto, argon, ossigeno, monossido di carbonio e tracce di vapor d’acqua. La temperatura media è circa -50°C ma vi sono grandi oscillazioni tra -125 e 0°C. le forti escursioni termiche provocano repentine variazioni di pressione che generano tempeste di sabbia in grado di modellare la superficie del pianeta. Sono frequenti nuvole bianche formate dal vapor d’acqua e il diossido di carbonio.

Superficie: il paesaggio di Marte, visto da vicino, appare desolato, simile a quello lunare, con vaste estensioni costellate di crateri. Nell’emisfero settentrionale vi sono pochi crateri, alcuni da impatto, alcuni vulcanici. Prevalgono le vaste distese pianeggianti spesso associate a picchi di vulcani come ad esempio il Monte Olimpo, vulcano più grande del sistema solare. L’emisfero meridionale appare costellato di crateri, soprattutto di origine meteoritica.
Le regione desertiche, fredde e pianeggianti, sono ricoperte di massi e polveri. Le rocce sono costituite in gran parte dal ferro, come si può dedurre dal colore rosso del pianeta (ossidi ferrosi). Il suolo è formato da argilla che si forma in ambienti ricchi di acqua, quindi si presume che sul pianeta ci sia stata acqua. Inoltre si pensa che il trasporto eolico abbia molta rilevanza sulla morfologia superficiale del pianeta. Sono state trovate anche tracce di acqua e ossigeno ma nessuna forma di vita. Attualmente, data la bassissima pressione atmosferica, l’acqua non può esistere allo stato liquido sulla superficie di Marte; si ritiene che gran parte dell’acqua sia finita nel sottosuolo marziano e lì possa trovarsi allo stato solido.
Struttura interna: sotto la crosta di spessore si trova un mantello che circonda un grosso nucleo ferroso.
Satelliti: Marte ha due satelliti: Phobos e Deimos. Questi oggetti così piccoli e irregolari sono probabilmente frammenti di qualche pianetino catturati da Marte.

Giove
È il più grande pianeta del sistema solare. Il suo volume e la sua massa superano quelli di tutti i pianeti e degli asteroidi messi insieme. Quando si trova in opposizione è il corpo più luminoso del cielo dopo il Sole, Luna e Venere. Il pianeta non ruota come un corpo rigido, ma si comporta come un fluido, almeno nella parte più esterna. Giove appare fortemente schiacciato ai poli.
Atmosfera: il pianeta è circondato da un’atmosfera assai densa, ricca di idrogeno ed elio. La temperatura media si aggira intorno a -140°C. il disco del pianeta evidenzia una struttura a bande chiare e scure parallele all’equatore; probabilmente l’allineamento di tali bande dipende dalla rotazione velocissima del pianeta. Lo studio delle emissioni all’infrarosso di Giove ha dimostrato che le zone di colore chiaro sono più fredde di quelle scure; le zone bianche potrebbero essere aree di alta pressione atmosferica e le fasce scure di bassa pressione.
Un altro elemento caratteristico dell’atmosfera di Giove è la grande macchia rossa, un’area ovale più grande della Terra, colorata di rosso e rosa, presente nella fascia equatoriale. È un immenso vortice dell’atmosfera di Giove, estremamente stabile nel tempo. La tipica colorazione giallo-arancio è dovuta a nubi di ammoniaca e idrogeno di ammonio.
Struttura interna: la struttura di Giove è costituita da più strati. Uno strato esterno costituisce l’atmosfera del pianeta; segue uno strato intermedio liquido, di idrogeno atomico e elio. Vi è poi la formazione di idrogeno metallico laddove vi è una maggiore pressione. Al centro è presente un nucleo di roccia e metalli pesanti. Giove ha un forte campo magnetico dovuto alla veloce rotazione intorno al proprio asse e alla presenza dell’idrogeno metallico. Il forte campo magnetico cattura una grande quantità di particelle di vento solare, capaci di generare aurore polari. Giove sta ancora disperdendo l’energia accumulata nelle fasi iniziali della sua vita quando l’energia gravitazionale venne trasformata in energia termica. Giove si può considerare un Sole mancato a casa della sua massa. Attorno a Giove vi è un sottile anello, estremamente appiattito, di particelle solide.
Satelliti: di Giove si conoscono oltre 60 satelliti, di cui 5 hanno movimento di rivoluzione retrogrado. I 4 satelliti maggiori (Io, Europa, Ganimede, Callisto) sono chiamati galileiani perché osservati per la prima volta da Galilei.
Io, il più interno dei 4, ha diametro e densità all’incirca pari a quelli della Luna. L’intensa attività vulcanica di Io è alimentata dall’azione mareale esercitata dal vicino pianeta gigante. La superficie di questo satellite non mostra crateri da impatto e si pensa che ciò sia dovuto al continuo rinnovamento della superficie per opera dell’attività vulcanica. Gli spettri mostrano in superficie abbondanza di zolfo; Io è composto prevalentemente da rocce.
La superficie di Europa è costituita da uno spesso strato di ghiaccio d’acqua. Non sono stati individuati crateri di impatto: probabilmente la corteccia ghiacciata è rimasta liquidi fino a tempi recenti.
Ganimede è il più grande satellite del sistema solare. È formato probabilmente da ghiaccio e contiene acqua liquida al suo interno. La superficie presenta numerosi crateri da impatto.
Callisto è formato con molta probabilità da ghiaccio e possiede acqua liquida nel sottosuolo. Il suo emisfero affacciato verso Giove mostra un sistema di anelli concentrici . Sembra che questi anelli si siano formati per l’urto di un grande corpo quando la crosta non era ancora rigida. La superficie di Callisto è costellata da crateri.
Questi satelliti furono chiamati “medicei” da Galileo.

Saturno
È il secondo come massa. La sua luminosità apparente varia molto in relazione alla maggiore o minore visibilità degli anelli. Saturno è schiacciato ai poli, inoltre è fluido, almeno nella parte più esterna. La temperatura in superficie è inferiore a -150°C.
Atmosfera: è assai densa, formata in prevalenza di idrogeno ed elio e mostra nubi disposte a bande parallele all’equatore.
Anelli: gli anelli sono la caratteristica distintiva di Saturno. Furono visti per la prima volta da Galilei e furono successivamente studiati. Il primo a comprenderne il comportamento dinamico fu Maxwell. Gli anelli sono principalmente formati da frammenti di ghiaccio d’acqua con dimensioni variabili e assumono colorazioni diverse a seconda delle polveri che ospitano. La loro albedo è molto alta. Gli anelli principali sono probabilmente il risultato di un violento impatto primordiale, come avvenne alla Terra, ma a differenza del nostro satellite, gli anelli di Saturno non sono riusciti ad aggregarsi per formare un satellite di grandi dimensioni. Vi sono separazioni fra un anello e l’altro; la prima separazione è quella oggi chiamata divisione di Cassini; l’altra separazione è la divisione di Encke.
Struttura interna: la struttura interna di Saturno è molto simile a quella di Giove, con 3 strati principali ma di spessore diverso: un nucleo di roccia, una fascia ridotta di idrogeno metallico e uno spesso strato esterno di liquido molecolare, formato da idrogeno ed elio. Anche per Saturno l’energia emessa è maggiore di quella assorbita dal Sole.
Satelliti: di Saturno si conoscono più di 30 satelliti tra cui Titano. Anche i satelliti di Saturno sono formati prevalentemente di ghiaccio. La loro evoluzione geologica rappresenta diversi stadi. A differenza dei satelliti di Giove, quelli di Saturno non hanno densità comparabile a quella dei pianeti terrestri. Gli scienziati hanno scoperto che la superficie di Titano è per la maggior parte solida e vi sono grandi quantità di ammoniaca e acqua che formano laghi e probabilmente oceani sotterranei. Come per Giove, vi sono risonanze orbitali tra satelliti.

Urano
È l’unico pianeta gigante a irradiare meno energia di quella che riceve. La temperatura media superficiale è di -220°C. L’asse di rotazione giace quasi sul piano dell’orbita di rivoluzione; si ritiene che questa anomalia sia dovuta all’urto con un corpo celeste di dimensioni planetarie.
Atmosfera: Urano è coperto da una densa atmosfera ricca di idrogeno, elio, metano (a cui si deve il colore azzurro), con nubi a bande distribuite parallelamente all’equatore.
Struttura interna: il pianeta dovrebbe avere n nucleo roccioso circondato da un involucro di idrogeno liquido che progressivamente si confonde con il gas, in prossimità dell’atmosfera.
Satelliti: oggi si conosco 21 satelliti di Urano. Si è scoperto inoltre che anche questo pianeta possiede anelli poco visibili perché molto scuri.

Nettuno
E’ l’ultimo pianeta del sistema solare. Fu scoperto nel 1846 in quanto gli studiosi avevano rilevato che le perturbazioni che subiva l’orbita di Urano non potevano essere totalmente spiegate con l’azione di Giove e Saturno. In base a queste perturbazioni si calcolò la posizione dell’ipotetico pianeta perturbatore e lì fu scoperto Nettuno. Nettuno è considerato il gemello di Urano rispetto al quale è leggermente più piccolo. La temperatura media superficiale è di -220°C.
Atmosfera: la spessa atmosfera di nettuno è composta per l’80% da idrogeno, poi da elio e metano che è responsabile della colorazione del pianeta. La grande macchia scura scoperta nell’89 era probabilmente un gigantesco sistema ciclonico, simile alla grande macchia rossa dell’atmosfera di Giove; ora non è più visibile. L’atmosfera di Nettuno è attiva, con formazioni nuvolose e venti.
Struttura interna: oltre al nucleo roccioso troviamo uno spesso strato d’acqua, prima di arrivare all’atmosfera del pianeta. Nettuno irradia più energia di quella che riceve dal Sole.
Satelliti: ne consociamo undici. Tritone, il più grande, ha caratteristiche comuni solo alle piccole lune dei pianeti giganti, ciò fa supporre che si tratti di un corpo catturato e non di un satellite nato nella stessa regione di spazio del suo pianeta.
Anche Nettuno ha un sistema di anelli debolmente luminosi.

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