Ominide 187 punti

Il Sistema Solare: origine e storia

L’insieme dei corpi celesti che subiscono l’attrazione gravitazionale del Sole costituisce il Sistema Solare, composto dal Sole, da 9 pianeti con i loro satelliti, asteroidi e meteoriti. Le dimensioni del sistema solare sono difficili da definire. All’interno del sistema solare lo spazio tra un corpo celeste e l’atro è costituito dal mezzo interstellare, un insieme di pulviscolo, particelle elementari e gas. I corpi del Sistema Solare si muovono intorno al Sole: esso è l’unica stella e quindi l’unica fonte di energia termica del sistema, perché ne rappresenta il centro gravitazionale. Il sistema solare si trova in un braccio della Galassia e compie una rivoluzione all’interno della stessa Galassia.

Origine: si pensa che il Sole e i pianeti abbiano un’origine comune e che si siano formati da una nebulosa di gas interstellari in contrazione tra i 5 e i 4.6 miliardi di anni fa. La nebulosa primordiale aveva una temperatura molto bassa ed era costituita da idrogeno, elio elementi chimici più pesanti e polveri; materiali prodotti in precedenza da diverse generazioni di stelle.

5 miliardi di anni fa, nella nebulosa si sarebbe creata una zona densa e di conseguenza la nube, sotto la spinta della forza gravitazionale, avrebbe cominciato a contrarsi. In pochi milioni di anni, nella zona centrale, la densità e la temperatura sarebbero aumentate e si sarebbe formato il proto-sole. Contemporaneamente la contrazione avrebbe causato un aumento della velocità di rotazione della forza centrifuga del sistema. La nube si sarebbe appiattita, assumendo l’aspetto di un disco rotante intorno al proto –Sole. Il collasso gravitazionale della massa del proto-sole avrebbe causato un incremento della temperatura nella regione centrale, mentre nelle zone più esterne della nebulosa si sarebbero state più fredde e meno dense. Nelle fasi finali, l’emissione di un forte vento solare avrebbe spazzato il Sistema Solare, trascinando verso regioni lontane gli elementi leggeri (idrogeno ed elio).
I pianeti vicini al Sole sono quindi densi e costituiti da elementi chimici complessi; i pianeti lontani dal Sole sono ricchi di elementi leggeri e hanno una composizione simile a quella del Sole. Mentre il nucleo del Sole si riscalda fino a raggiungere le temperature per attivare reazione termonucleari, nel disco circostante cominciavano a condensarsi i protoplanetesimi, costituiti da polveri, ghiaccio e roccia. Nelle zone più interne la temperatura elevata avrebbe favorito la formazione di corpi contenenti elementi e componenti più pesanti, mentre nelle regioni più esterne e fredde si sarebbero condensati elementi leggeri e volatili della nebulosa. Alcuni corpi si sarebbero accresciuti attraverso collisioni e si sarebbero formati i protopianeti, dai quali si sarebbero formati gli attuali pianeti, mentre il proto-Sole si trasformava in una stella gialla e stabile.

Stella Sole
: il Sole è una stella gialla di classe spettrale G, di massa medio piccola. Ha un diametro di 110 diametri terrestri, un volume superiore a 1 milione di volume terrestri e una massa pari a 2 miliardi di tonnellate. La sua densità media è di 1.4 g/cm³. Gli strati esterni del Sole contengono il 78% di idrogeno, il 20% di elio e 2% di altri elementi. Il nucleo contiene il 30% di idrogeno, il 68% di elio e il 2% di altri elementi.
La luce che proviene dal Sole fornisce informazioni sulle caratteristiche solari. Il colore giallo e lo spettro indicano che l’involucro esterno ha una temperatura poco inferiore ai 6000 k e una pressione più bassa di quella dell’atmosfera terrestre. Non è possibile ricavare direttamente la temperatura interna del Sole.
Il Sole irradia energia in tutte le direzioni dello spazio, ma solo una frazione minima arriva sulla superficie esterna dell’atmosfera celeste: circa 1.40 • 10³ W/m², pari a 2 cal/min/cm²= costante solare.
Il Sole è una stella vecchia e stabile (la sua stabilità è iniziata 5 miliardi di anni fa e terminerà quando esaurito l’idrogeno del nòcciolo, il Sole passerà attraverso una fase di instabilità: il nucleo si contrarrà e si riscalderà e gli strati esterni si dilateranno fino a inglobare Mercurio. Il Sole diventerà una gigante rossa) e ciò dipende dalla sua piccola massa. Il Sole consuma l’idrogeno del nucleo lentamente.
Il Sole non è un corpo fermo: oltre al moto all’interno della Galassia, ha un moto di rotazione in direzione ovest est, intorno al proprio asse. La rotazione avviene a velocità diverse alle varie latitudini. Una rotazione dura 25 giorni all’equatore e 30 giorni ai poli. La rotazione solare può essere controllata rilevando lo spostamento di una macchia solare sulla superficie del disco.

Struttura del sole: secondo il modello attuale, il Sole può essere considerato una sfera suddivisa in una serie di involucri concentrici, caratterizzati da specifiche condizioni fisiche:
Nòcciolo, o nucleo: regione centrale, dove avvengono le reazioni termonucleari. Ha un raggio di 150000 km, una temperatura di 15 milioni di kelvin, pressione più elevata di 300 miliardi di volte di quella della atmosfera, densità di 160 g/cm³. Nel nòcciolo la materia si trova sotto forma di plasma e qui si verificano reazioni di fusione termonucleare. La massa perduta viene convertita in energia emessa sotto forma di raggi γ e raggi x. Le reazioni termonucleari hanno 3 effetti:
1) producono energia
2) causano la diminuzione della massa del nòcciolo del Sole
3) comportano un cambiamento della composizione chimica del nòcciolo, che si arricchisce di elio e si impoverisce di idrogeno

Zona radiativa: assorbe l’energia prodotta nel nucleo e la trasmette agli strati più esterni. Ha uno spessore 500000 km, temperatura di 500000 K e densità di 1/100 di quella dell’acqua. La materia, in questa zona, è allo stato di plasma, ma non avvengono reazioni termonucleari, perché la temperatura è troppo bassa per attivarle. L’energia proveniente dal nocciolo viene trasferita verso l’esterno mediante il meccanismo dell’irraggiamento (trasmissione del calore mediante l’emissione di radiazioni elettromagnetiche): i fotoni provenienti dal nocciolo, muovendosi a zig-zag, vengono fermati, assorbiti e riemessi dalle particelle presenti, perdendo energia. Le radiazioni procedono lentamente. All’esterno escono radiazioni formate da fotoni meno energetici rispetto ai raggi γ e raggi x

Zona convettiva: strato interessato da movimenti di enormi masse di gas, che trasferiscono il calore dalla zona radiativa verso la superficie del Sole per convenzione (trasmissione del calore in un fluido scaldato dal basso; si realizza mediante correnti ascendenti in cui si ha movimento di materia meno densa della zona più calda a quella più fredda e correnti convettive di materia più densa dalle regioni fredde a quelle più calde). Pressione e temperatura sono ridotte, quindi la materia si comporta come un gas caldo, formato da ioni e atomi liberi di muoversi. I fotoni provenienti dalla zona radiativa scaldano i gas che si rimescolano, creando correnti convettive che trasportano l’energia dall’interno verso la fotosfera: correnti ascendenti di gas caldi e meno densi e correnti discendenti di gas freddi e più densi

Fotosfera: strato gassoso, spessore di 300 km e corrisponde alla superficie visibile del Sole. Riceve e filtra la grande quantità energia prodotta all’interno del Sole. Ha una pressione media pari a 1/10 di quella dell’atmosfera terrestre e una temperatura di 6000 K, che determina il colore giallo del disco solare. Sulla regione superficiale sono visibili granuli, ossia zone più luminose di diametro notevole e più calde rispetto alle zone circostanti con vita breve. Ogni granulo corrisponde ad una corrente ascendente, che porta verso la superficie i gas caldi della zona convettiva. I gas giunti in superficie cedono il calore, si raffreddano , diventano densi e ridiscendono negli strati sottostanti. Oltre ai granuli sono visibili anche le macchie solari: aree depresse più scure e più fredde, spesso circondate da creste brillanti dette facole, costituite da gas ionizzati ad altissima temperatura

Cromosfera: involucro di colore rossastro( dovuto agli atomi di idrogeno che emettono radiazioni rosse) costituito di gas rarefatto, trasparente alla luce che proviene dalla fotosfera. Spessore irregolare e vi sono turbolenze, protuberanze e brillamenti

Corona: costituita da gas ionizzati distribuiti in modo irregolare. Parte più esterna dell’atmosfera solare e diventa sempre più rarefatta man mano che ci si allontana dalla superficie del Sole. Si estende per decide di milioni di km. Ci sono zone dove non si osservano gas (buchi coronali) e punti pochi luminosi. Ha una temperatura cinetica (temperatura alla quale si dovrebbero trovare sulla superficie terrestre le particelle del gas, per muoversi con energia cinetica pari a quella che hanno nelle particolari condizioni in cui si trovano) elevata e questo porta sulla frangia esterna, movimenti turbolenti ai gas ionizzati che acquistano velocità sufficiente per sfuggire all’attrazione gravitazionale del Sole (vento solare). Le particelle che costituiscono il vento solare hanno velocità elevata e investono la Luna e i satelliti, ma non la Terra, grazie al suo campo magnetico

Pianeti e loro movimenti
Leggi di Keplero: i pianeti sono corpi celesti di dimensioni inferiori a quelle delle stelle,sono di forma sferica, sono freddi nella parte più esterna e in moto di rivoluzione intorno al Sole. Essi non brillano di luce propria, in quanto riflettono solo la luce del Sole. I pianeti sono 9: Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano, nettuno e Plutone. Tra Marte e Giove ci sono pianetini e asteroidi. In base alla loro posizione rispetto alla zona degli asteroidi, Mercurio, Venere e Marte sono detti pianeti interni, mentre tutti gli altri sono pianeti esterni. Tutti i pianeti hanno un moto di rotazione su se stesso intorno ad un asse di rotazione e un moto di rivoluzione intorno al Sole. Il tempo impiegato da un pianeta per ruotare sul proprio asse è detto giorno: un giorno sulla Terra dura 24h, su Giove 10h, su Venere 243 giorni terrestri. Il periodo impiegato da un pianeta per compiere una rivoluzione viene detto anno ed è più lungo man mano che il pianeta è più lontano dal Sole. I pianeti compiono la loro rivoluzione intorno al Sol, percorrendo orbite che sono quasi complementari con l’orbita terrestre, ad eccezione di Plutone. Il moto di rotazione e di rivoluzione dei pianeti si svolge nello stesso verso, da ovest a est. Sole, Venere e Urano hanno un moto retrogrado.

Il moto che i pianeti compiono intorno al Sole segue le tre leggi di Keplero:
Legge dell’ellisse: riguarda la forma dell’orbita: i pianeti si muovono intorno al Sole su orbite ellittiche, di cui il Sole occupa uno dei due fuochi che si trovano all’interno del Sole. Il punto dell’orbita più vicino al Sole è detto perielio, il punto dell’orbita più lontano dal Sole è detto afelio. La linea che congiunge perielio ed afelio viene detta linea degli apsidi

Legge delle aree: riguarda la velocità con la quale i pianeti si muovono sulla loro orbita: ogni pianeta si muove sulla sua orbita in modo tale che la linea che lo congiunge idealmente al Sole (raggio vettore, varia da un minimo in perielio, ad un massimo in afelio), spazza aree uguali in tempi uguali. La velocità non è costante: è minima quando il pianeta è in afelio, massima quando è in perielio

Legge dei tempi: mette in relazione la distanza di un pianeta dal Sole con il tempo necessario a percorrere l’intera orbita: il rapporto tra il quadrato dei tempi di rivoluzione (t) dei pianeti e il cubo della loro distanza (d) dal sole è costante(k):

t^2/d^3 = k

La legge - permette di calcolare la distanza media dei pianeti dal Sole.
- dimostra che la velocità angolare media di rivoluzione di un pianeta è minore se è esso è
lontano da Sole.

I pianeti non so quasi mai allineati e modificano durante l’anno la loro posizione rispetto alla Terra, quindi sono detti erranti:
* nell’anno variano anche la luminosità apparente e il diametro apparente in funzione della loro distanza dalla terra e della loro posizione rispetto al Sole
* quando Mercurio e Venere sono allineati con la Terra appaiono come un disco illuminato, mentre la loro superficie è oscurata, quando si interpongono tra Sole e Terra. Gli altri pianeti non presentano fasi, perché la loro orbita non li porta a frapporsi tra Terra e Sole

Leggi di Keplero secondo Newton: le leggi di Keplero vennero spiegate da Newton il quale comprese che:
* le forze che regolano il moto dei pianeti hanno la stessa natura delle forze che causano la caduta grave sulla Terra
* legge di gravitazione universale = due corpi aventi massa m e m’ si attraggono con una forza F, direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale alla loro distanza d, elevata al quadrato

F = G (m ∙m)/d^2

In base a tale legge tra un pianeta e il Sole agisce una forza di attrazione reciproca di uguale valore. Sole e pianeta si muovono introno a un baricentro comune che si trova all’interno del sole. Anche le accelerazioni dei due corpi non sono identiche: il pianeta, per la piccola massa, subisce una grande accelerazione, mentre il Sole, per la massa grande, subisce un’accelerazione piccola.
Secondo Newton l’orbita di ciascun pianeta è la risultante dell’azione di due forze in equilibrio: la forza inerziale (il pianeta tende a procedere in linea retta a velocità costante) e la forza di gravità. La forza di gravità aumenta quando il pianeta si avvicina al perielio,e il pianeta deve aumentare la sua accelerazione.
Secondo la legge di gravitazione, ogni corpo del Sistema Solare subisce l’attrazione di tutti gli altri corpi di massa significativa. Le orbite alletti che dei pianeti vengono perturbate e subiscono variazioni rispetto al modello di Keplero.

Altri corpi del sistema solare
asteroidi: o pianetini, sono piccoli corpi che si trovano in gran concentrazione nello spazio tra Marte e Giove, quasi a formare una fascia. La loro massa complessiva non supera quella della Luna, e la loro composizione chimica è simile a quella della Terra. Molti astronomi ritengono che questi derivino dalla frammentazione, in seguito a collisioni successive, di pochi pianetini con un nucleo di ferro o nichel e un mantello roccioso.

comete: sono corpi celesti di piccola massa, costituiti da ghiaccio e polveri, che diventano visibili quando si avvicinano al Sole. Sembra che provengono da una zona sferica che si trova ai confini del Sistema Solare. In questa zona vi sarebbe una nube (Nube di Oort), dove si troverebbero corpi celesti che sarebbero messi in movimento dall’attrazione gravitazionale esercitata da stelle vicine al Sole. Le comete possono muoversi in modi diversi: molte restano intrappolate nel Sistema Solare e percorrono orbite ellittiche intorno al Sole con una periodicità variabile (150 hanno periodicità breve,altre impiegano periodi lunghi), altre percorrono orbite paraboliche o iperboliche che le portano ad avvicinarsi al Sole per poi allontanarsi dal Sistema Solare. Le comete sono costituite da un nucleo solido di dimensioni variabili che contiene metalli, silicati, metano, ammoniaca, acqua e biossido di carbonio congelati. Quando si avvicinano al Sole, il nucleo riscaldato dalla radiazione solare lascia evaporare i materiali volatili che lo costituiscono, e si sviluppa una chioma di dimensioni variabili. La chioma si dispone dalla parte opposta a quella dove si trova il Sole e forma una coda. Mentre la cometa si avvicina al Sole, la coda segue il nucleo. A ogni passaggio dal Sole la cometa perde gas e polveri.
Cometa con il periodo di rivoluzione più breve: cometa di Encke
Cometa più luminosa: cometa di Halley
Cometa con periodo più lungo: cometa Hale-Bopp

meteore: sono frammenti di comete o asteroidi che entrano nell’atmosfera terrestre e si incendiano a causa dell’attrito. Le meteore sono chiamate anche “stelle cadenti” perché lasciano una traccia luminosa quando passano nel cielo notturno. Durante la Notte di S. Lorenzo (10 Agosto) abbiamo maggiore possibilità di vedere le stelle cadenti, perché la Terra attraversa una fascia dove si trovano concentrazioni di particelle solide, appartenenti ad una cometa estinta, che si muovono sull’orbita della cometa –madre, e danno vita a sciami meteorici.

meteoriti: sono oggetti provenienti da asteroidi, che dopo aver attraversato l’atmosfera precipitano al suolo. Hanno una massa variabile. L’area più favorevole alla raccolta di meteoriti è l’Antartide. Le meteoriti più pesanti hanno creato crateri sulla Terra causando disastri ecologici.

Posizioni dei pianeti: la posizione dei pianeti rispetto alla Terra dipende dalla composizione dei loro moti e di quelli della Terra intorno al Sole. L’intervallo di tempo che passa tra due successivi ritorni di un pianeta nello stesso punto della sua orbita è detto periodo siderale.

Pianeta interno: Mercurio e Venere: se si trova nella stessa direzione del Sole, si dice che esso è in congiunzione inferiore (corrisponde alla minima distanza dal sole), se si trova in direzione opposta della Terra, si dice che esso è in congiunzione superiore (distanza massima dalla Terra), se si trovano alla massima distanza angolare dal Sole a oriente si chiama elongazione orientale, o a occidente si chiama elongazione occidentale.
Pianeta esterno: se si trova nella stessa direzione dei sole, si dice che esso è in congiunzione (massima distanza dalla Terra), se si trova in direzione opposta al Sole, si dice che esso è in opposizione. Se i pianeti si trovano a 90° rispetto alla linea Terra- Sole a oriente si chiama quadratura orientale, a occidente si chiama quadratura occidentale.
L’intervallo di tempo che passa tra due congiunzioni inferiori successive dei pianeti interni, oppure tra due opposizioni successive di pianeti esterni si chiama periodo sinodico.

Registrati via email