Sistema solare: descrizione e leggi di Keplero

In questo contenuto viene descritto il sistema solere, riportano informazioni che riguardano cos’è lo spazio, l’origine del sistema solare, com’è composto e le caratteristiche possedute e le leggi di Keplero che regolano il sistema solare.

Cos’è il Sistema Solare

Il sistema solare è l’insieme dei corpi celesti su cui agisce l’attrazione gravitazionale del Sole.

Questo sistema è formato dal Sole, 9 pianeti con i loro satelliti, asteroidi e meteoriti. Le dimensioni del sistema solare sono difficili da definire. I corpi del Sistema Solare si muovono intorno al Sole perché rappresenta è l’unica stella che rilascia energia termica al sistema.

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Cos’è lo spazio nel sistema solare

Lo spazio è il quasi vuoto tra i corpi celesti. È dove si trova tutto ciò che forma l’universo ovvero i pianeti, le stelle, le galassie e altri oggetti. Lo spazio vicino alla Terra, da un punto di vista astronomico, è ricco di elementi e si può distinguere in:

• Il geospazio è la porzione di spazio esterno vicino alla Terra. Comprende la regione superiore dell'atmosfera e la magnetosfera. Lo spazio all'interno della magnetosfera è protetto dalle radiazioni solari;
• Lo spazio interplanetario è lo spazio attorno al Sole e ai pianeti del Sistema Solare. Ha il vento solare, un’emissione continua di particelle cariche provenienti dal Sole. Questo flusso crea un'atmosfera molto sottile. Lo spazio interplanetario possiede il campo magnetico originato dal Sole. Questi campi magnetici possono intrappolare le particelle del vento solare e di altre fonti, fino a formare fasce di particelle magnetiche come la cintura di radiazione di Van Allen;
• Lo spazio interstellare all’interno esistono numerose molecole e minuscole particelle di polvere. Ampie regioni di materia a densità più elevata conosciute come nubi molecolari consentono la formazione di reazioni chimiche.
• Lo spazio intergalattico presenta dei " vuoti cosmici " tra le strutture dell'universo.

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Cenni storici sull’origine del sistema solare

Il Sole e i pianeti hanno un’origine comune, entrambi formati a partire da una nebulosa di gas interstellari in contrazione circa 4 miliardi di anni fa. La nebulosa primitiva aveva una bassa temperatura ed era composta da elementi come idrogeno, elio ed altri elementi chimici più pesanti. In origine, all’interno della nebulosa si sarebbe formata una zona densa e da li la nube avrebbe cominciato a contrarsi. Allo stesso momento, la contrazione avrebbe causato un aumento della velocità di rotazione del sistema. Poi la nube si sarebbe schiacciata, fino a formare un disco rotante attorno al proto–Sole. Il calo della forza di gravità della massa del proto-sole avrebbe causato un aumento della temperatura al centro, mentre una diminuzione nelle zone più esterne della nebulosa. 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 mescolanza che assomiglia 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; invece, nelle zone più esterne e fredde si sarebbero addensati elementi più leggeri e volatili.

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Informazioni sulla Stella che da il nome al sistema: il Sole

Il Sole è una stella gialla con una massa medio piccola, possiede un diametro di 110 diametri terrestri. La sua densità media è di 1.4 g/cm³. Gli strati esterni del Sole sono composti dal 78% di idrogeno, 20% di elio e 2% di altri elementi. Mentre 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. Non è possibile ricavare direttamente la temperatura interna del Sole. È una stella vecchia e stabile e ciò dipende dalla sua piccola massa. Il Sole consuma l’idrogeno del nucleo lentamente. Questa stella 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.

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Caratteristiche della struttura del sole: nucleo

Il Sole può essere considerato una sfera ripartita in involucri concentrici. Tra questi si ritrova il nòcciolo, o nucleo ovvero la regione centrale sede delle reazioni termonucleari. 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:

• producono energia;
• causano la diminuzione della massa del nòcciolo del Sole;
• comportano un cambiamento della composizione chimica del nòcciolo, che si arricchisce di elio e si impoverisce di idrogeno.

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Caratteristiche della struttura del sole: Zona radiativa

La zona radiativa assorbe l’energia generata all’interno del nucleo e la passa agli strati più esterni. 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 che deriva dal nucleo viene spostata verso l’esterno attraverso un meccanismo di irraggiamento: 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.

Caratteristiche della struttura del sole: Zona convettiva

La zona convettiva si caratterizza di movimenti di masse di gas che trasferiscono il calore dalla zona radiativa verso la superficie del Sole per convenzione. Pressione e temperatura sono ridotte quindi la materia si comporta come un gas caldo, formato da ioni e atomi liberi di muoversi. I fotoni che provengono dalla parte radiativa riscaldano 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.

Caratteristiche della struttura del sole: Fotosfera

La fotosfera è uno strato gassoso con uno spessore di 300 km e corrisponde alla superficie visibile del Sole. Riceve e filtra la grande quantità energia prodotta nel 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.
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Caratteristiche della struttura del sole: Cromosfera

La cromosfera è un involucro di colore rossastro, che deriva dagli atomi di idrogeno che emettono radiazioni rosse, ed è costituito da gas rarefatto, trasparente alla luce che proviene dalla fotosfera. Ha uno spessore irregolare e presenta delle turbolenze, protuberanze e brillamenti.

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Caratteristiche della struttura del sole: Corona

La corona è costituita da gas ionizzati distribuiti in modo non regolare. 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 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.

Il sistema solare e le 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. 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. 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.

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Leggi di Keplero: Legge dell’ellisse

Riguarda la forma dell’orbita: i pianeti si muovono attorno al Sole seguendo 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 unisce perielio ed afelio è chiamata linea degli apsidi.

Leggi di Keplero: Legge delle aree

Riguarda la velocità con la quale i pianeti si spostano sulla loro orbita: ciascun pianeta si muove sulla sua orbita in modo tale che la linea che lo congiunge al Sole, spazza aree uguali in tempi uguali. La velocità non è costante: è minima quando il pianeta è in afelio, massima quando è in perielio.

Leggi di Keplero: Legge dei tempi

Mette in relazione la distanza di un pianeta dal Sole con il tempo fondamentale per 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 e dimostra che la velocità angolare media di rivoluzione di un pianeta è minore se è esso è lontano da Sole.

Altri corpi del sistema solare: asteroidi

I 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.

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Altri corpi del sistema solare: comete

Le comete sono corpi celesti con una massa inferiore al sole e sono composti da ghiaccio e polveri che si vedono quando si avvicinano al Sole. Sembra che provengano 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 possiedono un nucleo solido che contiene diversi materiali come metalli, silicati, metano, ammoniaca, acqua e biossido di carbonio congelati.
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

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Altri corpi del sistema solare: meteore

Sono frammenti di comete che penetrano nell’atmosfera terrestre e si infiammano 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.

Altri corpi del sistema solare: meteoriti

Sono oggetti derivanti da asteroidi che, dopo aver attraversato l’atmosfera, cadono sul 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.

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