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Il Sistema Solare oggi
Paolo Paolicchi, Univ. Di Pisa
Aprile 2009, Milano, Merate
Introduzione
Le conoscenze relative al Sistema
Solare stanno rapidamente crescendo,
sia per il progresso delle tecniche di
osservazione da Terra, sia per l’effetto
delle missioni spaziali, sia per il
progresso delle relative teorie, dovuto ai
nuovi dati e alla possibilita’ di usare
mezzi di calcolo sempre piu’ potenti. In
qualche modo si puo' parlare di un
nuovo scenario!
Introduzione - 2
Scoperta di nuovi corpi planetari
Conseguenza: ridefinizione di pianeta e
della geometria del Sistema
Nuove conoscenze su pianeti, anelli
planetari, satelliti, corpi minori
Nuove idee sulle superfici e sugli interni
di pianeti e satelliti
Nuove ipotesi sulla storia del Sistema e
sui processi evolutivi
Nuovi corpi planetari
Come si può scoprire un corpo planetario?
Un pianeta è definito come un corpo che
riceve e riemette la luce solare. E' un corpo
luminoso in orbita intorno al Sole, a distanze
piccole rispetto alle distanze stellari. E’
caratterizzato da un moto sulla sfera celeste
molto più veloce di quello (eventuale) delle
stelle.
Nuovi corpi planetari - 2
Il pianeta orbita ad una certa distanza dal
Sole. Ne riceve una quantità di luce che
dipende dalla distanza (al quadrato) e anche
dalle dimensioni del pianeta.
La luce del pianeta viene poi attenuata dalla
sua distanza dalla Terra (ancora con una
dipendenza al quadrato). Un pianeta nella
zona esterna del Sistema Solare è lontano
dal Sole e dalla Terra: la sua luminosità
decresce approssimativamente con la
QUARTA potenza della sua distanza da noi.
Nuovi corpi planetari - 3
Un corpo come la Terra a 100 A.U. sarebbe,
visto dal Sole, cento milioni di volte meno
luminoso (in gergo, 20 magnitudini). Questo
rende molto difficile studiare il S.S. nella
zona esterna (TNO, comete).
Non e' facile accorgersi che un certo oggetto
(debole e non risolto) è un corpo planetario,e
non una delle tante stelle: l’unica possibilità è
di vederne il moto sulla sfera celeste. Esso e'
tanto piu' lento quanto piu' il pianeta e'
lontano dal Sole.
Nuovi corpi planetari - 4
Il moto viene rivelato confrontando (con il
metodo del “blinking”) due o più immagini
della stessa zona di cielo prese a distanza di
tempo.
Per distanze fino ad alcune decine di A.U. più
immagini prese nella stessa notte sono
sufficienti a scoprire un corpo planetario. Per
distanze più grandi ( p.es. 100 A.U.) il moto
apparente nell’arco di una notte diventa
difficilmente rilevabile. La scoperta avviene
confrontando immagini prese in notti diverse,
e viene a volte confermata dopo mesi.
Nuovi corpi planetari -5
In generale il moto apparente dell’astro
permette, con tecniche complesse ma ben
conosciute, di ricostruirne l’orbita, e quindi di
valutarne correttamente distanza e, sulla
base della luminosità apparente, le
dimensioni.
Negli ultimi anni sono stati scoperti numerosi
corpi nella zona esterna a Nettuno. Fino a
qualche anno fa si parlava in generale di
corpi minori, come gli asteroidi. Ma poi sono
stati scoperti oggetti sempre piu' grandi, fino
ad un gigante più grande di Plutone.
Erinni
(ex 2003 UB313)
Scopritori Brown, Trujillo, Rabinowitz,
data della scoperta 21/10/2003 ma
orbita confermata all’inizio del 2005.
Dimensioni circa 3000 km
Periodo orbitale di circa 560 anni.
Distanza media dal Sole circa 100 AU
Ha una luna di circa 200km.
Erinni - 2
Il nome non e’ un caso: la scoperta di
questo corpo ha aperto un lungo
dibattito sulla definizione di pianeta:
questo corpo e’ piu’ grande di Plutone;
altri grossi oggetti sono presenti nella
stessa regione “transnettuniana” .
Dobbiamo prepararci ad aumentare il
numero dei pianeti all’infinito?
Che cosa e’ un pianeta?
 Decisione
presa dall’IAU nell’agosto 2006, a
maggioranza:
 Un pianeta e’ un corpo celeste in orbita
intorno ad una stella (nel nostro caso il Sole)
 E’ tenuto insieme dalla gravitazione
(massiccio, forma regolare)
 Ha sostanzialmente “ripulito” la zona intorno
alla sua orbita: non ci sono altri corpi di
dimensioni paragonabili nella stessa regione
di spazio.
Quanti sono i pianeti?
Con questa definizione i pianeti ritornano al
numero di otto: Plutone, che sta in una
regione molto popolata (TNO, in particolare i
“Plutini”) non soddisfa al terzo requisito.
E’ stata introdotta la nuova definizione di
“pianeta nano” che al momento comprende
Cerere, Plutone, Erinni e altre due “new
entries”: Makemake e Haumea. Elenco
destinato probabilmente ad ampliarsi nel
prossimo futuro.
Pianeti nani e “Plutoids”
Quattro di questi cinque sono anche
definiti come “Plutoidi” essendo nella
stessa zona di Plutone. Makemake e' un
po' piu' piccolo (circa 1500 chilometri)
mentre Haumea ha una forma allungata e
ruota in circa quattro ore.
Da notare che tutti questi oggetti hanno
un'orbita abbastanza inclinata, dai 17 gradi
di Plutone, ai 23 29 e 44 di Haumea,
Makemake e Eris.
Sistema Solare in 3D?
La nuova categoria dei “pianeti nani”
cambia anche un po' le idee sulla
geometria del Sistema Solare. Finche'
uno considera solo i pianeti principali il
Sistema Solare e' quasi “piatto”; le orbite
giacciono su piani molto vicini. Si sapeva
gia' che questo non era vero per i corpi
minori (asteroidi e soprattutto comete);
ma ora sappiamo che anche oggetti
relativamente grossi possono avere
un'orbita molto inclinata.
Altre novita’ (dallo spazio)
Le missioni spaziali ci hanno permesso di
ottenere informazioni di prima mano su molti
corpi del Sistema Solare. Dei pianeti classici
manca solo Plutone (e speriamo che la
“retrocessione” non comporti la cancellazione
di una prevista missione della NASA).
Recentemente sono arrivate tra l'altro diverse
immagini dal sistema di Giove e Saturno:
alcune relative agli anelli, altre ai satelliti.
I satelliti Galileiani oggi
Io
Io e' il piu' interno dei satelliti galileiani. Si
noti la risonanza del suo moto orbitale
con Europa e Ganimede
Io -2
La caratteristica piu' eclatante di questo
satellite e' la presenza di vulcani attivi
sulla sua superficie. Ecco a proposito una
entusiasmante immagine dovuta alla
Sonda Galileo (attiva dal 1995 ai primi
anni di questo secolo). Su Io sono
presenti anche spettacolari montagne,
come quelle della immagine successiva
(il Monte “Mongibello”)
Io -3
Io -4
Europa
Il secondo (dall'interno) dei satelliti
galileiani mostra interessanti
caratteristiche superficiali. Venature o
“scheggiature” della superficie, strutture
simili a falesie ecc.....
Al di la' degli aspetti particolari, tutto
sembra suggerire che sotto la superficie
di Europa ci possa essere dell'acqua
anche allo stato liquido: un corpo su cui
cercare tracce di vita?
Europa - 2
Anche recenti studi sul cambiamento
dell'asse di rotazione (di 80 gradi!) sono a
favore dell'ipotesi dell'oceano
sotterraneo.
E' probabile che in un prossimo futuro ad
Europa venga dedicato uno studio
dettagliato, simile a quello fatto
recentemente su Titano (vedi dopo).
Di seguito alcune immagini.
Europa - 3
Europa - 4
Europa - 5
Europa - 6
Europa - 7
Ganimede
Il piu' grande dei satelliti galileiani, e il piu'
grande satellite in assoluto, e' Ganimede.
E' piu' grande anche di Mercurio, anche
se molto meno denso. Anche Ganimede
sembra poter avere un oceano
sotterraneo, ma non e' solo un corpo fatto
di ghiaccio. Ci sono anche silicati e la
presenza di un campo magnetico sta a
testimoniare l'esistenza di un probabile
nucleo metallico.
Ganimede - 2
Struttura interna di Ganimede: nucleo
metallico, mantello roccioso, esterno di
ghiaccio.
Ganimede - 3
Ganimede - 4
Il cratere Khensu mostra una strana
macchia scura, che potrebbe essere
legata a materia interna proiettata fuori
dall'impatto.
Callisto
Il piu' esterno dei satelliti galileiani, con
molti crateri (e' forse la superficie
planetaria piu' craterizzata del Sistema
Solare), e nessun rilevante fenomeno di
rinnovamento della superficie (pioggia,
vento, vulcani ecc.): una superficie scura
con macchie piu' chiare.
Ma ci sono anche le “guglie” a correggere
le nostre idee!
Callisto -2
Callisto - 3
Callisto -4
Anche Callisto (altro grande satellite, di
dimensioni simili a quelle di Mercurio)
potrebbe ospitare un oceano sotto la
superficie.
Anelli di Saturno (Huygens)
Anelli piu’ esterni
Satelliti: Iperione
Satelliti: getti di particelle di ghiaccio, vapor
acqueo e tracce di composti organici su
Encelado
Satelliti: Titano (immagine
“fisheye”)
La missione Cassini scende
su Titano (a 8km d’altezza)
Il suolo di Titano (cfr. Luna)
Canali (non d’acqua) e Titano
I laghi di metano e etano (?) su Titano
(Huygens) contengono molti piu'
idrocarburi di tutta la Terra?
Ancora su Titano.....
I dati sono ancora da analizzare. Ma sono
rilevanti recenti studi che suggeriscono la
presenza di un oceano di acqua e
ammoniaca sotto la superficie del satellite.
Nuove idee....
Nei processi di formazione del Sistema
Solare hanno avuto un ruolo importante
i processi di migrazione planetaria (si e'
affermato anche il cosiddetto “modello
di Nizza”). Essi sono forse decisivi per
capire i sistemi extrasolari.
L’evoluzione dinamica e’ molto
complessa, specie in presenza di
“risonanze”.
Nuove idee - 2
La radiazione solare puo’ cambiare
orbita e proprieta’ rotazionali di corpi
fino a qualche decina di chilometri
(effetti Yarkovsky e YORP).
Radiazione e vento solare possono
alterare le proprieta’ spettroscopiche
delle superfici dei corpi minori (Space
Weathering).
Nuove idee - 3
L’asse di rotazione dei pianeti cambia
direzione nel tempo; poco per la Terra
(stabilizzata dalla Luna), molto per
Marte.
Su Marte questo causa una violenta
evoluzione climatica. Forse un tempo
c’era acqua liquida in superficie. E la
vita?
Nuove idee – 3 (piu' o meno
serie)
Forse la vita puo’ svilupparsi solo su
pianeti con un grosso satellite?
Le comete possono spostarsi da un
sistema stellare ad un altro. Potrebbero
trasportare anche la vita?