Esplorazione del sistema solare: corpi celesti, leggi e fenomeni solari

••• I corpi del Sistema solare

Il sistema solare e i suoi corpi

Il Sistema solare è un insieme di corpi celesti che variano per natura e dimensione, ma che hanno la stessa origine. Tutti si muovono governati dalla forza gravitazionale del Sole. Lo spazio in cui si muovono ha le dimensioni di una sfera con 3 anni luce di diametro.

Il Sistema solare è formato da otto pianeti. Quattro piccoli e rocciosi, quattro grandi e meno densi. Plutone (il più lontano) oggi non è più considerato il nono pianeta, ma un grande asteroide. Ci sono anche asteroidi, frammenti di ghiaccio dai quali si formano le comete e altri frammenti più piccoli che danno origine a meteore e meteoriti. Tra un corpo e l’altro non vi è il vuoto, ma la “materia interplanetaria”, formata da pulviscolo, gas e particelle atomiche libere (come protoni ed elettroni). Nel Sole c’è il 99,85% della massa del Sistema solare e infatti è al centro di questo.

••• La stella Sole

La struttura del Sole

Supponiamo di suddividere la struttura del Sole in più involucri concentrici, con limiti non definiti perché sono gassosi. Il Sole è composto dal 98% da parti uguali di idrogeno ed elio. Il Sole è strutturato in:

nucleo: qui viene prodotta l’energia con le reazioni termonucleari (innescate da temperature elevatissime) e l’idrogeno viene trasformato in elio. Questa trasformazione è cominciata da 5 miliardi di anni e terminerà tra 5 miliardi di anni quando tutto l’idrogeno si sarà trasformato in elio e a quel punto il Sole diventerà una gigante rossa.

zona radioattiva: in questa zona arriva l’energia prodottasi nel nucleo. Gli atomi dei gas assorbono ed emettono energia, che però non arriva a creare reazioni nucleari perché la temperatura è minore.

zona convettiva: il trasporto di energia avviene attraverso movimenti della materia dati dalle differenze di temperatura (convezione).

L'atmosfera solare

•• Le particelle prodotte dal nucleo, prima di arrivare in superficie (fotosfera) ed essere visibili impiegano centinaia di milioni di anni. La fotosfera non è liscia, ma presenta una granulazione. Questi granuli durano pochi minuti e fanno sembrare la superficie sempre in ebollizione. A volte compaiono le macchie solari sulla fotosfera, che sono depresse rispetto alla superficie e appaiono scure solo in contrasto con la superficie molto luminosa. Sono infatti molto più luminose della luna piena e la loro temperatura è di poco più di 1000 gradi K minore. Ma che cosa c’è oltre la fotosfera? L’atmosfera solare è divisa in:

cromosfera: visibile per un breve arco di tempo quando la luna eclissa completamente la fotosfera; è una specie di alone roseo attorno alla superficie. Da questa spuntano delle “spicole”, che sono i raggi prolungati dei granuli della fotosfera.

corona: parte più esterna dell’atmosfera ed è formata da gas ionizzati. La luminosità è bassissima e si osserva solo durante un’eclissi totale. La luminosità è metà di quella della luna piena.

••• L’attività solare

L'attività solare e le sue manifestazioni

Il Sole è una fonte di energia che si propaga in tutto lo spazio. La potenza d’irraggiamento del Sole su una data superficie è detta costante solare. Il Sole in un secondo emette più energia di quanto ne abbia consumata l’umanità in tutta la sua storia. L’energia che viene irradiata dalla superficie solo con il calore del Sole è detta radiazione stazionaria.
L’attività solare: radiazione stazionaria, vento solare, macchie solari, protuberanze, brillamenti (violenti esplosioni di energia associati a potenti scariche elettriche) che possono dare vita a radiazioni cosmiche che generano nel nostro pianeta le aurore polari, boreali e australi. Nel Sole si alternano quindi periodi di normale attività a periodi di attività più intensa. Le macchie solari si alternano a cicli di 11 anni.

••• I pianeti del Sistema solare

I pianeti e il loro moto

Il Sole, formato da elio e idrogeno, è centro del Sistema solare perché con la sua enorme massa attrae a sé tutti gli altri corpi celesti.

Un pianeta è un corpo che orbita intorno a una stella, abbastanza grande da avere forma sferica, che ha allontanato altri oggetti dalla propria orbita. Infatti, Plutone con questa definizione è stato declassato.

•• Il moto dei pianeti intorno al Sole (Le tre leggi di Keplero e la legge di Newton)

Le leggi del moto planetario

Il primo a riconoscere che i pianeti ruotassero intorno al Sole fu Copernico (sistema eliocentrico, al contrario del sistema geocentrico aristotelico-tolemaico). Per Copernico, le orbite dei pianeti erano circolari. Keplero, invece, scopre che queste siano in realtà ellittiche, e il Sole occupa uno dei due fuochi. Il movimento di un pianeta intorno al Sole si chiama “rivoluzione” e di solito è in senso antiorario

Il movimento dei pianeti intorno al sole è regolato dalle tre leggi di Keplero:

I pianeti descrivono orbite ellittiche intorno al Sole, che occupa uno dei due fuochi;

Il raggio che unisce il centro del Sole al centro del pianeta descrive superfici con aree uguali in intervalli di tempo uguali (= un pianeta si muove più velocemente quando è più vicino al Sole - al perielio - e più lentamente all’afelio;

Il quadrato del tempo che i pianeti impiegano per percorrere le loro orbite è proporzionale al cubo della loro distanza media dal Sole (più un pianeta è lontano dal Sole, più la velocità media di un pianeta è minore).

Newton teorizza l’esistenza di una forza di attrazione tra i corpi nella Legge della gravitazione universale: due corpi si attirano in modo direttamente proporzionale alla loro massa e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. A causa della forza di gravità, ogni corpo celeste viene attratto dalle/attrae le masse circostanti.

•• Famiglie di pianeti

Classificazione dei pianeti

In base alle dimensioni, i pianeti vengono divisi in:

pianeti piccoli o terrestri (Mercurio, Venere, Terra e Marte). Sono molto densi, formati da rocce e metalli. La loro atmosfera o è molto sottile o è inesistente. Non hanno satelliti o ne hanno pochissimi.

pianeti giganti o gioviani (Giove, Saturno, Urano e Nettuno). Sono molto rarefatti, formati soprattutto da gas e ghiacci. La loro atmosfera è densa e spessa. Hanno molti satelliti e altre strutture particolari come gli “anelli”.