Vie dello spazio

Il sistema solare

Osservando il cielo notturno, possiamo vedere la moltitudine di galassie e di stelle di cui è formato l’Universo. Soltanto la Via Lattea, la galassia di cui il sistema solare fa parte, contiene miliardi di stelle, molte delle quali più grandi e più luminose del Sole.

Ciononostante, il nostro è uno dei pochi sistemi planetari finora scoperti e osservati, ed è l’unico su cui sappiamo esistano delle forme di vita, ovvero noi, quindi la sua conoscenza ed esplorazione è uno degli obiettivi primari dell’astronomia e dell’astronautica.

Il sistema solare è il sistema planetario costituito dai vari oggetti celesti mantenuti in orbita dalla forza di gravità del Sole; com’è naturale, vi appartiene anche la Terra. È costituito da otto pianeti, dai rispettivi satelliti naturali, da cinque pianeti nani e da miliardi di corpi minori. Quest’ultima categoria comprende gli asteroidi, in gran parte ripartiti fra due cinture asteroidali (la fascia principale e la fascia di Kuiper), le comete e la polvere interplanetaria.

In modo schematico, il sistema solare è composto dal Sole, dai quattro pianeti rocciosi interni, dalla sequenza principale degli asteroidi, dai quattro giganti gassosi esterni, dalla cintura di Kuiper, dal disco diffuso e dalla ipotetica nube di Oort, sede di gran parte delle comete.

Il vento solare, un flusso di plasma e particelle cariche proveniente dal Sole, permea l’intero sistema solare. Questo crea una bolla nel mezzo interstellare conosciuta come eliosfera, che si estende fino oltre alla metà del disco diffuso.

In ordine di distanza dal Sole, gli otto pianeti sono:

• Mercurio
• Venere
• Terra
• Marte
• Giove
• Saturno
• Urano
• Nettuno

A metà 2008 cinque oggetti del sistema solare sono stati classificati come pianeti nani: Cerere, situato nella fascia degli asteroidi, ed altri quattro corpi situati al di là dell’orbita di Nettuno, Plutone (in precedenza classificato come il nono pianeta), Haumea, Makemake, e Eris.

Le dimensioni del sistema solare sono difficilmente definibili; approssimativamente lo si può considerare come una sfera irregolare con un diametro di circa 80 UA. All’interno del sistema solare lo spazio tra un corpo celeste e un altro non è vuoto: esso è permeato dal cosiddetto mezzo interplanetario, comprendente pulviscolo, gas e particelle elementari.

Il Sole ha una particolare importanza sia perché è l’unica stella, e quindi l’unica fonte di energia termica del sistema, sia perché ne rappresenta con ottima approssimazione il centro gravitazionale.

La massa solare, infatti, costituisce circa il 99,9% della materia presente nel sistema.

Il sistema solare si trova in un braccio della Via Lattea, poco lontano dal disco galattico, dal cui centro dista quasi 28 000 anni luce. Esso compie una rivoluzione all’interno della stessa Galassia, percorrendo un’orbita ellittica. La velocità di rivoluzione media è pari a circa 250 km/s, e per compiere una rivoluzione completa il sistema solare impiega circa 200 milioni di anni.

Riproduzione in scala del Sole e dei pianeti

Origine ed evoluzione del sistema solare

Si ritiene che il Sole e i pianeti si siano formati da una nebulosa di gas interstellari in contrazione, circa 4,6 miliardi di anni fa. L’ipotesi di un’origine in comune trova conferma nella regolarità di comportamento dei pianeti, che ruotano intorno al Sole muovendosi tutti nello stesso verso e percorrendo orbite sostanzialmente complanari.

In base alle attuali teorie, la nebulosa primordiale doveva essere rarefatta, di bassa temperatura, costituita in prevalenza da idrogeno e elio, ma anche di altri materiali più pesanti, residui di una stella più antica; il Sole perciò è una stella di seconda generazione.

A causa di una perturbazione, probabilmente l’onda d’urto di una supernova vicina, la nube collassò su se stessa formando un vortice gigantesco. Nella progressiva contrazione e con il crescere della velocità di rotazione, la nube assunse la forma di un disco appiattito, nel cui centro si andava accrescendo un nucleo sempre più denso e caldo, il proto-Sole. All’interno del disco, ripetute collisioni accrescevano alcuni corpi, che andarono a formare i proto-pianeti. Il calore proveniente dal Sole impedì l’accumulo di ghiaccio nei corpi più vicini, che si accrebbero soprattutto per aggregazione di rocce e metalli. I proto-pianeti più lontani, invece, raccolsero notevoli quantità di ghiaccio che si aggiunsero ai materiali rocciosi e, in seguito, giganteschi involucri di gas. Il gigantesco Giove, con il suo campo gravitazionale, aveva impedito l’aggregazione di un altro corpo nello spazio che lo separava da Marte: la fascia degli asteroidi rappresenta quindi un “pianeta mancato”.

Quando il nucleo del proto-Sole raggiunse la temperatura necessaria per innescare le reazioni termonucleari, emise una notevole quantità di energia, sotto forma di vento solare, che spazzò via tutti gli elementi più leggeri. I pianeti più vicini al Sole (Mercurio, Venere, Terra, Marte) non riuscirono a trattenere che una piccolissima parte dei gas, mentre i pianeti esterni furono in grado di trattenere gli elementi più leggeri, sia per l’indebolimento del vento solare a grandi distanze, sia per la notevole massa raggiunta.

Con il tempo, i pianeti ripulirono una grande porzione della propria orbita, mentre i corpi che vagavano isolati, secondo orbite irregolari, vennero attratti all’interno del sistema da Giove, provocando una lunga fase di bombardamento cosmico, le cui tracce sono ancora visibili su alcuni pianeti e satelliti, tra cui la Luna, mentre i corpi geologicamente attivi, come la Terra, ne hanno cancellato le tracce. Al bombardamento parteciparono anche numerose comete, i cui impatti riportarono sui pianeti interni l’acqua. Per il calore generato dai numerosi impatti e per quello liberato dal decadimento radioattivo, i pianeti interni arrivarono allo stato di fusione totale e assunsero la forma sferica a causa della rotazione. Nella massa fluida, gli elementi più pesanti, come ferro e nichel, sprofondarono verso il centro, formando i nuclei, mentre gli elementi più leggeri, come il silicio e l’ossigeno, rimasero nella parte esterna, dando origine ai mantelli. Inoltre si liberarono grandi quantità di gas, che andarono a formare le atmosfere primordiali, su Venere, Terra e Marte. Mercurio, il più caldo e di massa minore, non riuscì a trattenere nessuna traccia di gas o vapori. Attorno ai pianeti esterni, invece, con un processo analogo a quello della formazione dell’intero sistema, si formarono dei dischi da cui si formarono i numerosi satelliti e gli anelli.

Lontano dal Sole, dove il vento aveva spazzato i materiali meno densi, questi formarono la fascia di Kuiper e la nube di Oort.

Campo magnetico solare

Il campo magnetico solare è il campo magnetico generato all’interno del Sole dal movimento del plasma della sua zona convettiva. È caratterizzato da poli appaiati (nord e sud) disposti lungo tutta la superficie solare.

La rotazione differenziale della stella causa una forte deformazione delle linee del campo magnetico, che appaiono aggrovigliate su se stesse; su di esse si dispone il plasma delle eruzioni solari, che vanno a formare vasti anelli di materia incandescente, noti come anelli coronali. Le deformazioni delle linee di campo danno luogo alla dinamo e al ciclo undecennale dell’attività solare, durante il quale l’intensità del campo magnetico subisce delle variazioni, passando dal massimo al minimo. Il campo magnetico solare è all’origine di

Il Sole visto dalla sonda Yohkoh nei raggi X nel periodo 1991-1995 (da sinistra a destra), durante la fase discendente del ciclo. “attività solare”; tra essi si annoverano le macchie fotosferiche, i flare (o brillamenti) e le variazioni nell’intensità del vento solare, che diffonde materia attraverso il sistema solare.

L’attività superficiale sembra esser correlata all’età e alla velocità di rotazione della stella di sequenza principale. Le giovani stelle, dotate di rapide velocità di rotazione, mostrano forti attività; al contrario, le stelle di mezz’età, simili al Sole, con una bassa velocità di rotazione mostrano bassi livelli di attività che variano da ciclo a ciclo. Alcune tra le stelle più vecchie mostrano un’attività quasi assente, il che significa che si trovano in un momento di calma.

La densità del flusso magnetico solare è di 10⁻⁴ tesla in prossimità della stella e, se lo spazio interplanetario fosse vuoto, il suo valore si ridurrebbe in prossimità del nostro pianeta, secondo un criterio di proporzionalità quadratica, a circa 10⁻¹¹ tesla. Invece lo spazio interplanetario contiene un fluido conduttore (il mezzo interplanetario), nel quale il campo magnetico solare genera delle correnti elettriche, che a loro volta producono dei campi magnetici. L’interazione tra il campo magnetico solare ed il plasma del mezzo interplanetario, quindi, crea una corrente eliosferica diffusa, ossia un piano che separa regioni in cui il campo magnetico converge in direzioni diverse.

A causa di questo fenomeno, il campo percepito nelle vicinanze della Terra è circa cento volte più intenso di quanto ipotizzato, con un valore di 10⁻⁹ tesla. Gli effetti del campo magnetico solare sulla Terra includono, principalmente durante i periodi di massima attività, le aurore polari, le interferenze e le interruzioni delle comunicazioni radio e della potenza elettrica.

La visione degli antichi: l’Astronomica di Manilio

Tra gli autori latini, colui che si occupò in modo particolare di astronomia è Manilio. Quasi nulla di certo si conosce della sua esistenza: si sa che visse sotto gli imperatori Ottaviano Augusto e Tiberio, e che scrisse un poema didascalico in esametro, diviso in cinque libri ed intitolato Astronomica.

L’opera, che tratta di astronomia e astrologia, ha come modello strutturale il De rerum natura di Lucrezio, ma è impregnata di filosofia stoica. Per Manilio lo studio dell’astronomia non è fine a se stesso, ma permette di riconoscere la corrispondenza fra l’armonia impressa al cielo da Dio e la mente dell’uomo, capace di cogliere questa armonia attraverso l’indagine del cosmo.

Dell’Astronomica

I cinque libri

• Il primo è dedicato all’astronomia, con una descrizione del cosmo che comprende le ipotesi sulla sua origine, le stelle, i pianeti, i circoli celesti, le comete;
• Il secondo analizza le caratteristiche dei segni dello zodiaco e le possibilità offerte dalle loro congiunzioni;
• Il terzo descrive il modo di determinare l’oroscopo;
• Il quarto analizza i segni zodiacali ed il loro influsso sui corpi umani;