Sistema solare e pianeti (2)

Il Sistema Solare è una sfera dal diametro di 200mila unità astronomiche, al cui interno si trovano una stella, 8 pianeti, più di 63 satelliti, migliaia di asteroidi.
• Il Sole
Il Sole è la stella del Sistema Solare, costituita all’interno dal 98% di idrogeno ed elio allo stato di plasma, mentre l’esterno si compone al 74% di idrogeno e al 25% di elio.
1. Interno: La zona interna rappresenta la quasi totalità della massa della stessa, e si divide in:
-)Nucleo (un raggio di 150mila chilometri, qui avvengono le reazioni termonucleari che portano gli atomi di idrogeno a fondersi in atomi di elio e a liberare quindi energia.

La violenza di tali reazioni è contenuta dall’altissima pressione gravitazionale. Si hanno temperature di 15milioni di gradi kelvin).
-)Zona radiativa (involucro gassoso di 450mila chilometri attraverso il quale l’energia prodotta del nucleo si diffonde verso l’esterno. La temperatura è più bassa, quindi non avvengono reazioni nucleari)
-)Zona convettiva (raggio di 100mila chilometri, grazie a convezione, cioè movimenti della materia innescati da differenza di temperature, l’energia raggiunge la superficie)
2. Superficie:
-)Fotosfera (involucro di 400 chilometri che irradia la luce solare, è quindi la superficie visibile del Sole. La temperatura è di circa 5000K. Non è una superficie liscia, ma presenta granulazioni, cioè bolle di gas caldo che emettono energia; e macchie solari, cioè aree più scure e depresse, dalla temperatura inferiore, circa 4000K, che compaiono ciclicamente con picchi ogni 11 anni)
3. Atmosfera:
-)Cromosfera (un involucro trasparente di gas incandescenti che si estende per 10mila chilometri. Qui sono presenti le spicole, cioè prolungamenti verso l’alto dei moti turbolenti dei granuli della fotosfera)
-Corona (involucro di gas ionizzati sempre più rarefatti all’aumentare della distanza. È caratterizzata da poca luminosità. Nella parte più periferica, le particelle più ionizzate hanno velocità sufficiente a riuscire a sfuggire all’attrazione gravitazionale. Quindi si diffondono nello spazio come vento solare)

Il Sole è una potente fonte di energia che viene continuamente irradiata verso lo spazio circostante. L’attività della Stella si differenzia in diversi processi:
1. Radiazione stazionaria (l’energia irradiata dalla supericie, legata soltanto alla temperatura del Sole)
2. Macchie solari (che si formano e scompaiono ogni 11 anni)
3. Protuberanze (nubi di idrogeno che si innalzano dalla cromosfera e penetrato con violenza (NELLA FACCCCIA) la corona, raggiungo anche quote di 40mila chilometri e temperature di 25mila K. Più calde della cromosfera, ma più fredde della corona)
4. Brillamenti (esplosioni di energia in prossimità di grandi gruppi di macchie solari. Si propagano molto velocemente e raggiungono temperature di milioni di gradi. L’energia è liberata sotto forma di radiazioni, dai raggi X alle onde radio. Possono gettare a lunga distanza getti di materia gassosa incandescente. Inoltre emettono un continuo flusso di particelle atomiche. Anche ultraradiazione, cioè particelle ad altissima energia che raggiungono quasi la velocità della luce. Quando un flusso di particelle raggiunge la Terra, si hanno aurore, ma anche tempeste magnetiche)
Quindi, alla radiazione stazionaria, nei periodi di forte attività, vi si sommano anche radiazioni ondulatorie e flussi di particelle atomiche.

• I pianeti del sistema solare
I pianeti percorrono orbite ellittiche intorno al Sole, il quale è posizionato in uno dei due fuochi. Il movimento dei pianeti intorno alla stella è regolato dalle tre leggi di Keplero:
1. I Legge: I pianeti descrivono orbite ellittiche, quasi complanari, aventi tutte un fuoco comune in cui si trova ila Sole (tale movimento è detto rivoluzione, è avviene in genere in senso antiorario)
2. II Legge: Il raggio che unisce il centro del Sole con il centro del pianeta, descrive superfici con aree uguali in intervalli di tempo uguali (di conseguenza un pianeta si muove più velocemente quando è più vicino al Sole, cioè in perielio. Alla massima distanza, in afelio, invece si muove più lentamente).
3. III Legge: I quadrati dei tempi che i pianeti impiegano a percorrere le loro orbite sono proporzionali ai cubi delle loro distanze medie dal Sole. (Quindi la velocità media di un pianeta è tanto minore quanto più esso e lontano dal Sole).
Come intuì Newton, tutti i corpi, inclusi quelli celesti, subiscono tra di loro una forza di attrazione, esplicata attraverso la legge della gravitazione universale. Due corpi si attirano in modo direttamente proporzionale alla loro massa e in modo inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. Affinchè un corpo riesca a svincolarsi da un pianeta, deve avere una velocità iniziale uguale o superiore alla velocità di fuga, che dipende dalla massa del corpo celeste e dalla sua distanza.

I pianeti del Sistema Solare si differenziano molto tra di loro. In base alla loro distanza dal Sole si hanno diverse condizioni di temperatura superficiale (si passa da 400°C a -200°C). Anche la massa fa la differenza: in base alle dimensioni i pianeti vengono distinti in pianeti terrestri (Mercurio, Venere, Terra, Marte) e pianeti gioviani (Giove, Saturno, Urano, Nettuno). Le differenza tra i due gruppi sono numerose: dimensioni (diametro dei primi è circa ¼ di quello dei secondi); densità (maggiore in quelli terrestri); natura dei minerali che li compongono (rocce e metalli nel primo caso, gas e ghiacci nel secondo); atmosfera (quasi del tutto assente nei pianeti terrestri); numero di satelliti (molti nei pianeti gioviani, così come le strutture ad anelli).

• Mercurio
Il pianeta più vicino al Sole, la sua rivoluzione è di 88 giorni, mentra la rotazione è piuttosto lenta (59 giorni). Le temperature subiscono una fortissima escursione termica. Non è presente atmosfera, né attività della crosta. Le strutture più diffuse sono:
-Crateri da impatto (la cui forma viene conservata perfettamente grazie all’assenza di atmosfera e di attività della crosta)
-Pianure lisce (vaste colate di lava risalite dall’interno del pianeta in seguito a forti impatti che hanno fuso il materiale solido che costituisce il mantello)
Mercurio è un corpo in quiete da ormai 2-3 miliardi di anni. La sua alta densità fa supporre che al suo interno sia presente un grande nucleo di materiale solido metallico.

• Venere
Simile alla Terra per dimensioni e densità, presenta un’atmosfera formata al 97% da anidride carbonica. Ciò genera un effetto serra con conseguenti alte temperature medie. Tutta questa anidride carbonica viene liberata dall’attività vulcanica. L’assenza poi di acqua allo stato liquido che possa discioglierla amplifica questo effetto. Inizialmente era presente acqua, ma la vicinanza con il Sole la ha fatta evaporare in fretta, favorendo così anche la crescente concentrazione di CO2. L’atmosfera è inoltre molto densa. Sono presenti strutture geologiche molto complesse:
-il 60% della superficie è ondulata debolmente. Queste pianure ondulate sono tagliate da lunghe valli e crateri da impatto. Presenti strutture di grandi vulcani a scudo. Ciò indica una struttura interna molto calda con magma che potrebbe alimentare forte attività vulcanica.
-il 15% della superficie è occupato da ampie depressioni
-il 25% della superficie è composta da altipiani. Altitudine media di circa 1chilometro, su cui si possono trovare a volte delle catene di rilievi che si innalzano per 11mila metri.
Oltre al vulcanismo, è presente anche un’attività di movimenti deformativi della crosta. La struttura interna deve quindi avere analogie con quella della Terra.

• Terra
Strutturata con un nucleo di materiale denso (ferro e nichel) circondanto da un mantello fluido di rocce ricche di ferro e magnesio, ricoperto da una crosta di rocce eterogenee e meno dense.
La crosta di caratterizza di vasti bacini depressi (oceani) e terre emerse (che presentano strutture come catene montuose e fosse di sprofondamento). Il vulcanismo molto attivo produce una grande quantità di nuove rocce, nonché gas e vapori. Ciò è dovuto ai vari processi endogeni che si verificano all’interno del pianeta, dove c’è forte energia. A questi movimenti è legata al presenza del campo magnetico terrestre. Atmosfera non molto densa, composta in gran parte di azoto (poi ossigeno).

• Marte
Pianeta molto simile alla Terra. La sua superficie è stata modellata da numerosi processi: bombardamento meteoritico, attività vulcanica, movimenti crostali, erosione, deposizione. La passata attività vulcanica è testimoniata dalla presenza di enormi vulcani (come il Mons Olympus, che raggiunge un’altitudine di 25mila metri). La struttura è simile a quella terrestre, anche se i processi tettonici sono ormai cessati (no attività sismica). Quindi sono attive soltanto erosione e deposione eolica.
L’atmosfera è molto rarefatta. Le basse temperature superficiali (-55°C) non permettono la presenza di acqua liquida. Ma essa è presente ai poli, solida. In passato essa è però stata presente, come confermano i numerosi canali sulla sua superficie, che formano quasi un “reticolo fluviale”. Inizialmente l’atmosfera era densa e ricca di CO2 per il forte vulcanismo. Il progressivo effetto serra che ne è risultato ha portato la temperatura sopra lo zero, quindi era presente acqua liquida come risultato della fusione del permafrost. La presenza di acqua però iniziò a sciogliere la CO2, che non veniva però sostituita. L’effetto serra quindi diminuisce e la temperatura torna sotto lo zero. Anche l’acqua liquida scompare.

• Giove
Il primo dei pianeti gioviani, è il più grande e massiccio pianeta del Sistema Solare. L’elevata velocità di rotazione gli fa assumere un aspetto piuttosto schiacciato ai Poli. La sua rotazione veloce fa si che le nubi di gas atmosferici diventino lunghe bande disposte parallelamente all’equatore. La sua atmosfera è caratterizzata da movimenti convettivi innescati dall’alta temperatura interna. Questo da origine a zone e fasce di colore diverso, zone chiare quando il gas risale, fasce scure quando esso ridiscende. Sono presenti anche macchie, cioè perturbazioni cicloniche. L’atmosfera è spessa circa 1000 chilometri. Ciò comporta una pressione tale che sotto l’idrogeno è presente allo stato liquido. La superficie di Giove è quindi un oceano di idrogeno. A 24km di profondità in questo mare la pressione è ancora maggiore, quindi l’idrogeno passa alla stato metallico liquido. A profondità ancora maggiori (60-70mila km) si dovrebbe trovare un nucleo di rocce e metalli pesanti.
La composizione del pianeta è 85% idrogeno e 15% elio. La temperatura del nucleo raggiunge i 30mila K. Intorno al pianeta ruotano almento 16 satelliti. I quattro più grandi, che prendono il nome di galileiani, sono Io, Europa, Ganimede e Callisto.

• Saturno
Possiede un’atmosfera la cui struttura è simile a quella di Giove. È un grande involucro di gas che avvolge un mantello di idrogeno liquido e un nucleo roccioso solido. La struttura più particolare è il sistema di anelli che lo circonda. Sono un migliaio di sottili anelli distinti, con uno spesso di poche decine di chilometri a fronte di una laghezza che supera i 200mila. Sono frammenti di ghiaccio (probabilmente ammoniaca solida) e polvere, con grandezze che variano dai micrometri al metro. Sono in rotazione ognuno distintamente intorno al pianeta. L’origine è dovuta alla forte gravità di Saturno. Sono presenti circa 18 satelliti, formato di ghiaccio, tutti fortemente craterizzati (il più famoso Titano, su cui scorrono fiumi e mari di metano).

• Urano
Ha la particolarità di rivolgere i Poli al Sole e non l’equatore. È avvolto da un’atmosfera di 7600 Km a base di idrogeno, elio e metano. Le temperature sono freddissime (intorno a -200 gradi). Nelle zone vicine all’equatore sono presenti sistemi di nuvi in veloce movimento intorno al pianeta, trascinate da forti venti. Se ne deduce il periodo di rotazione del pianeta (17h). La struttura interna è a base di un nucleo centrale roccioso avvolto da un oceano di idrogeno, elio e metano allo stato liquido. Ha 10 anelli e 17 satelliti.

• Nettuno
Velocità di rotazione intorno alle 16 ore, dista 4miliardi di chilometri dal Sole. Temperature intorno ai -200 gradi. È un profondo oceano di gas liquidi (metano) circondato da un’atmosfera di idrogeno e metano. Essa è sede di moti circolari: si distingue una struttura a bande e fasce parallele all’Equatore. A causa della grandissima distanza dal Sole, l’attività dell’atmosfera non è dovuta a energia solare, ma ha origine interna. Ciò indica la presenza di un caldo nucleo interno liquido. Ci sono 3 anelli e 8 satelliti.

• Corpi minori
Altri corpi sono presenti nel Sistema Solare:
1. Asteroidi (circa 40mila): corpi formati dalla stesso materiale da cui si è formato il Sistema Solare. Ne conservano quindi la composizione originale. Hanno dimensioni di decine di Km e si distribuiscono principalmente nella fascia di asteroidi tra Marte e Giove. La loro superficie è segnata da crateri di impatto . Alcuni orbitano intorno a Giove, altri si spingono oltre Nettuno su orbite molto ampie. Si sono formati per aggregazione di corpi più piccoli dovuta perturbazioni gravitazionali causate dalla vicina massa gioviana. Plutone, una volta considerato pianeta, è oggi classificato come corpo trans-nettuniano.
2. Meteore e meteoriti: frammenti di materiale in orbita intorno al Sole, troppo piccoli per essere asteroidi. Le meteore sono generalmente più piccole, quindi, se attirate da un pianeta, bruciano nella sua atmosfera. I meteoriti invece riescono a impattare sulla superficie dei pianeti, producento un cratere da impatto. In base alla composizione mineralogica si dividono in: lititi, sideriti, sideroliti.
3. Comete: costituite da gas e da vapori congelati (acqua, metano, ammoniaca, anidride carbonica) misti a frammenti di rocce e metalli. Si muovono lungo orbite molto lunge. Quando si avvicinano al Sole, le radiazioni fanno sublimare i gas congelati. Attorno al nucleo della cometa quindi si forma un alone rarefatto detto chioma. Per via del vento solare, si forma anche una lunga coda, cioè pulviscolo. I nucleo, durante il movimento, ruota su sè stesso.
-)Le comete possono essere a lungo periodo, con orbite che hanno tempi di percorrenza di oltre 200 anni. Esse provengono dalla nube di Oort, un alone sferico che si estende al di fuori dell’area dei pianeti
-)Le comete possono essere a breve periodo, cioè con orbite con percorrenza di meno di 200 anni. Esse provengono dalla parte più interna della nube, cioè la fascia di Kuiper.

• Origine Sistema Solare
Circa 5 miliardi di anni fa è presente una grande nebulosa di idrogeno ed elio insieme a polveri finissime. Essa continua ad arricchirsi di elementi pesanti (provenienti da esplosioni di supernovae, finchè una causa sconosciuta (forse proprio una supernova) ne perturba la struttura. Una vasta porzione della nube collassa su sé stessa in un vortice gigantesco. La velocità di rotazione è sempre più alta, finchè la nube non assume la forma di un disco appiattito, al cui centro inizia ad accrescersi un nucleo denso e caldo, il proto-Sole. All’interno del disco, ripetute collisioni tra granuli di ghiacci e polveri portano all’aggregazione di corpi maggiori, che si riaggregano ripetutamente in corpi di grandi dimensioni. Sono i planetesimali.
Al centro, nel proto-Sole, la temperatura è sempre maggiore. Nei planetesimali più vicini non si può accumulare il ghiaccio. Questi stessi si accrescono per accumulo di rocce e metalli. I planetesimali più lontani invece, sono abbastanza distanti da vedere l’aggregazione di ghiacci al rocce e metalli. Uno di questi, che poi sarà Giove, raggiunge una massa sufficiente per catturare e trattenere involucri di gas. Ad accrescersi maggiormente è però la massa del proto-Sole, finchè la temperatura in aumento non raggiunge un punto che innesca le prime reazioni nucleari. Il Sole emette una gigantesca esplosione di energia che investe l’intero sistema, un vento stellare che ripulisce lo spazio da tutti i detriti e polveri rimasti. Il pianeti sono ormai formati. La fascia di asteroidi rappresenta un pianeta mancato, la cui aggregazione è stata impedita dalla grande gravità di Giove. Molti corpi isolati vagano ancora nello spazio. Inizia una lunga fase di bombardamento cosmico che darà ai pianeti dal forma odierna. I pianeti terrestri infatti, per il calore rilasciato durante i tantissimi impatti, si fondono completamente. Gli elementi più pesanti sprofondano vero il centro e creano nuclei metallici ad alta densità. Gli elementi più leggeri invece “galleggiano” nella parte più esterna, dando poi origine ai mantelli e alla crosta.