ASSOCIAZIONE ASTRONOMICA CORTINA
AUTUNNO AL PLANETARIO - Planetario “Nicolò Cusano” 1/10–3/12/2010
Lezione 4: Il Sistema Solare: Sole, pianeti, asteroidi
Il Sistema Solare è il sistema planetario costituito da una varietà di oggetti celesti mantenuti in orbita dalla forza di gravità del Sole; 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, le meteoroidi e la polvere interplanetaria.
In modo schematico, il sistema solare è composto dal Sole, da quattro pianeti rocciosi interni, dalla fascia principale degli asteroidi, dai
quattro giganti gassosi esterni, da cinque pianeti nani, 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 generato dall'espansione continua della corona solare, permea l'intero sistema solare. Questo crea
una bolla di densità, nel mezzo interstellare, conosciuta come eliosfera, che si estende fino a qualche decina di miliardi di km dal Sole.
In ordine di distanza dal Sole, gli otto pianeti sono: Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano e Nettuno.
A metà 2008 cinque oggetti del sistema solare sono stati classificati come pianeti nani: Cerere, situato nella fascia degli asteroidi, e altri
quattro corpi situati al di là dell'orbita di Nettuno: il sistema Plutone/Caronte (in precedenza classificato come il nono pianeta), Haumea,
Makemake, e Eris.
Sei dei pianeti e tre dei pianeti nani hanno in orbita attorno a essi dei satelliti naturali; inoltre tutti i pianeti esterni sono circondati da
anelli planetari, composti di polvere e altre particelle.
Le dimensioni del sistema solare sono difficilmente definibili; approssimativamente le si può stimare in circa 80 UA di diametro (12
miliardi di km). 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.
ORIGINI
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 comune trova conferma nell'analisi di alcune regolarità di comportamento dei pianeti, che ruotano attorno al Sole muovendosi
tutti nello stesso verso e percorrendo orbite sostanzialmente complanari.
Secondo le attuali teorie, la nebulosa primordiale aveva una temperatura molto bassa ed era costituita da idrogeno, da elio, da una
grande varietà di elementi chimici più pesanti e da polveri.
Circa 5 miliardi di anni fa al centro della nebulosa si sarebbe creata una parte più densa e di conseguenza la nube, sotto la spinta della
forza gravitazionale, avrebbe cominciato a contrarsi.
In pochi milioni di anni, nella zona centrale, la densità e la temperatura sarebbero aumentate e si sarebbe formato il proto-Sole.
Contemporaneamente, la contrazione avrebbe causato un aumento della velocità di rotazione e della forza centrifuga del sistema. Così
la nube si sarebbe appiattita, assumendo un aspetto simile a un disco rotante intorno al Sole. Il collasso gravitazionale della massa del
proto-Sole avrebbe causato un incremento della temperatura nella zona più centrale.
Nelle fasi finali del processo, un forte vento solare avrebbe trascinato verso le regioni più esterne tutti gli elementi leggeri, soprattutto
idrogeno ed elio.
Mentre il nucleo del proto-Sole si riscaldava fino a raggiungere le temperature necessarie per le reazioni termonucleari, nel disco
circostante accrescevano alcuni corpi attraverso delle collisioni e attirando frammenti più piccoli presenti nello spazio circostante. Si
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sarebbero formati così i proto-pianeti, dai quali sarebbero derivati gli attuali pianeti, mentre il proto-Sole si trasformava in una stella
gialla e stabile.
Il principale corpo celeste del sistema solare è, come s’è detto, il Sole: una stella della sequenza principale di classe spettrale G2 V (in
pratica un esempio di nana gialla assai comune nell’universo), contenente il 99,86% di tutta la massa conosciuta nel sistema solare.
Giove e Saturno, i due pianeti più massicci che orbitano attorno al Sole, costituiscono più del 90% della massa restante. La maggior
parte dei grandi oggetti in orbita intorno al Sole sono in un piano simile a quello dell'orbita terrestre, chiamata eclittica. Tipicamente, il
piano orbitale dei pianeti è molto vicino a quello dell'eclittica
mentre le comete e gli oggetti della cintura di Kuiper hanno un
angolo significativamente maggiore rispetto a quello terrestre.
Tutti i pianeti e la maggior parte degli altri oggetti orbitano nello
stesso senso della rotazione del Sole, cioè antiorario dal punto di
vista di un osservatore situato al di sopra del polo nord solare.
Certi oggetti però orbitano anche in senso orario, com’è il caso
della cometa di Halley o di altre comete meno famose. Le
traiettorie degli oggetti che gravitano intorno al sole seguono le
leggi di Keplero. Sono approssimativamente delle ellissi di cui uno
dei fuochi è il Sole. Le orbite dei pianeti sono quasi circolari
mentre quelle dei corpi più piccoli presentano una maggiore
eccentricità e possono risultare molto ellittiche. La distanza di un
corpo dal Sole varia durante la sua rivoluzione. Il punto più vicino
al Sole dell'orbita di un corpo si chiama perielio, mentre il più
lontano è l'afelio. Il sistema solare è diviso in due zone distinte, il
sistema solare interno include i quattro pianeti tellurici (di tipo
terrestre, con una superficie rocciosa) e la cintura di asteroidi. Il
resto del sistema viene considerato sistema solare esterno. Come
s’è detto, la maggioranza dei pianeti del sistema solare possiede il
loro proprio sistema secondari. I corpi planetari in rotazione
intorno a un pianeta sono chiamati satelliti naturali o lune. La
maggior parte delle più grandi lune compiono la propria
rivoluzione su un'orbita sincrona, presentando sempre la stessa
faccia al pianeta intorno alla quale orbitano. I quattro pianeti più
grandi hanno anche degli anelli planetari.
Nel 2003 Michael Brown, astronomo californiano, con un'equipe di
studiosi ha scoperto quello che ritenne essere il decimo pianeta
del sistema solare. Il nuovo planetoide, conosciuto inizialmente
Fasi schematiche della formazione del del Sole e del Sistema
come 2003 UB313 e successivamente ribattezzato Eris, fu
Solare dalla nebulosa protoplanetaria.
identificato come l'oggetto più distante in orbita intorno al Sole.
Sono stati successivamente riconosciuti pianeti nani più distanti di Plutone, come Makemake e Haumea.
Le differenze tra i pianeti di tipo roccioso (o terrestre) e di tipo gassoso (o gioviano) sono numerose: innanzitutto i pianeti terrestri hanno
tutti una massa piccola, nessuno o pochi satelliti e bassa velocità di rotazione, mentre i pianeti gioviani hanno grande massa, diversi
satelliti ed elevata velocità di rotazione. Per questo motivo i pianeti gioviani hanno una forma più schiacciata ai poli rispetto a quelli
terrestri. Inoltre i pianeti terrestri hanno una densità che è in media cinque volte quella dell'acqua, mentre la densità dei pianeti gioviani
è solo 1,2 volte quella dell'acqua.
Esaminando la loro composizione, si è notato che i pianeti di tipo terrestre sono essenzialmente costituiti da materiali rocciosi e
metallici; i pianeti di tipo gioviano, invece, sono costituiti per lo più da elio, idrogeno e piccole quantità di ghiaccio.
Ancora, l'atmosfera dei pianeti terrestri manca del tutto o comunque è rarefatta, al contrario di quelli gioviani in cui l'atmosfera è molto
densa, ed è costituita da idrogeno, elio, ammoniaca e metano.
Infine la temperatura (più elevata nei pianeti di tipo terrestre) e le sue variazioni annue e giornaliere, dipendono da numerosi fattori: la
distanza dal Sole, la presenza di un'atmosfera e la sua composizione chimica, l'inclinazione dell'asse di rotazione, ecc.
SOLE
Il Sole è la stella madre del sistema solare, e di gran lunga il suo principale
componente. La sua grande massa gli permette di sostenere la fusione nucleare,
che rilascia enormi quantità di energia, per la maggior parte irradiata nello spazio
come radiazione elettromagnetica, in particolare luce visibile.
Il Sole viene classificato come una nana gialla, anche se come nome è
ingannevole in quanto, rispetto ad altre stelle nella nostra galassia, il Sole è
piuttosto grande e luminoso. Le stelle vengono classificate in base al diagramma
Hertzsprung-Russell, un grafico che mette in relazione la temperatura effettiva e
la luminosità delle stelle. In generale più una stella è calda più è luminosa: le
stelle che seguono questo modello sono appartenenti alla sequenza principale, e
il Sole si trova proprio al centro di questa sequenza. Tuttavia stelle più luminose
e calde del Sole sono rare, mentre stelle meno luminose e più fredde sono molto
comuni. La luminosità del Sole è in costante crescita, e si è stimato che all'inizio
della sua storia aveva soltanto il 75% della luminosità che mostra attualmente.
Il Sole è nato nelle fasi successive dell'evoluzione dell'Universo. Esso contiene
più elementi pesanti dell'idrogeno e dell'elio (metalli) rispetto alle prime stelle
nate nella Galassia. Gli elementi più pesanti dell'idrogeno e dell'elio si formarono
nei nuclei di stelle antiche ormai esplose (supernovae), così la prima
generazione di stelle dovette terminare il suo ciclo vitale prima che l'universo
potesse essersi arricchito di questi elementi. Le stelle più antiche osservate contengono infatti pochi metalli, mentre quelle di più
recente formazione ne sono più ricche. Questa alta metallicità si pensa sia stata cruciale nello sviluppo di un sistema planetario da parte
del Sole, poiché i pianeti si formano dall'accumulo di metalli.
Il Sole è costituito essenzialmente da idrogeno (circa il 74% della sua massa, il 92% del suo volume) ed elio (circa il 24-25% della
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massa, il 7% del volume), cui si aggiungono altri elementi più pesanti presenti in tracce. È classificata come una nana gialla di tipo
spettrale G2 V: G2 indica che la stella ha una temperatura superficiale di circa 5 780 K (5 507 °C), c aratteristica che le conferisce un
colore bianco, che però appare giallo a causa dello scattering dell'atmosfera terrestre; la V (5 in numeri romani) indica che il Sole, come
la maggior parte delle stelle, è nella sequenza principale, ovvero in una lunga fase di equilibrio stabile in cui l'astro fonde, nel proprio
nucleo, l'idrogeno in elio. Tale processo genera ogni secondo una grande quantità di energia (equivalente a 3,83 × 1026 J), emessa
nello spazio sotto forma di radiazione elettromagnetica (radiazione solare) e flusso di particelle (vento solare). La radiazione solare,
emessa fondamentalmente come luce visibile ed infrarossi, consente la vita sulla Terra fornendo l'energia necessaria ad attivare i
principali meccanismi che ne stanno alla base; inoltre l'insolazione della superficie terrestre regola il clima e la maggior parte dei
fenomeni meteorologici.
Collocato all'interno del Braccio di Orione, braccio galattico secondario, il Sole orbita attorno al centro della Via Lattea ad una distanza
media di circa 28.000 anni luce e completa la propria rivoluzione in 225-250 milioni di anni. Tra le stelle più vicine, poste entro un raggio
di 17 anni luce, il Sole è la quinta più luminosa in termini intrinseci: la sua magnitudine assoluta, infatti, è pari a +4,83. Se fosse
possibile osservare la nostra stella da α Centauri, il sistema stellare più vicino, essa apparirebbe nella costellazione di Cassiopea con
una magnitudine apparente di 0,5.
Il Ciclo Solare
Il ciclo solare (detto anche ciclo dell'attività magnetica solare) è il tempo, mediamente pari a undici anni, che intercorre tra due periodi di
minimo dell'attività solare; la lunghezza del periodo non è strettamente regolare, ma può variare tra i dieci e i dodici anni. È anche la
principale causa delle periodiche variazioni di tutti i fenomeni solari che influiscono sul tempo meteorologico spaziale.
Alimentato da un processo di tipo idromagnetico, all'origine del campo magnetico solare stesso, il ciclo solare: modella l'atmosfera ed il
vento solare; modula l'irradianza solare; modula il flusso delle radiazioni a lunghezza d'onda corta, dagli ultravioletti ai raggi X; modula
la frequenza dei fenomeni eruttivi, come i flare e le espulsioni di massa; modula indirettamente il flusso dei raggi cosmici ad alta energia
che penetrano nel sistema solare.
Il ciclo undecennale delle macchie solari dal 1750 al 2000. Il più intenso si è verificato all’inizio degli anni ’60.
Il ciclo solare si divide in due fasi: una fase di massimo, in cui l'attività della stella si presenta più frenetica, e una fase di minimo, in cui
l'attività è meno intensa. L'attività solare durante il minimo coincide spesso con temperature più basse rispetto alla media sulla Terra,
mentre le fasi di massimo più ravvicinate tendono ad essere correlate a temperature più alte rispetto alla media.
Poiché i campi magnetici possono influire sui venti stellari, arrivando ad agire come dei "freni" che rallentano progressivamente la
rotazione della stella man mano che essa compie il proprio percorso evolutivo, le stelle non più giovani, come il Sole per l'appunto,
compiono la propria rotazione in tempi più lunghi e presentano un'attività magnetica meno intensa. I loro livelli di attività tendono a
variare in maniera ciclica e possono cessare completamente per brevi periodi di tempo. Un esempio fu il minimo di Maunder, durante il
quale il Sole andò incontro ad un settantennio, nel corso del XVII secolo, di attività minima; in questo periodo, noto anche come "Piccola
era glaciale", l'Europa subì un brusco calo delle temperature.
Osservando il Sole con filtri adatti, è possibile scorgere lungo la sua superficie le caratteristiche macchie fotosferiche, aree ben definite
che appaiono più scure rispetto al resto della fotosfera a causa della loro temperatura più "bassa" (dell'ordine dei 4500 K). Si tratta di
regioni di intensa attività magnetica, nelle quali la convezione (visibile nel resto della superficie sotto forma di granulazione) risulta
inibita dal forte campo magnetico, che riduce il trasporto di energia dalle regioni interne più calde alla superficie. Le macchie solari più
grandi possono estendersi anche per migliaia di chilometri.
Il numero di macchie solari visibili sulla superficie del Sole non è costante, varia durante il ciclo solare. Normalmente, durante il minimo
solare le macchie sono assenti o molto esigue; quelle che appaiono si trovano di solito alle alte latitudini (lontane dall'equatore). Man
mano che il ciclo prosegue, avanzando verso il massimo, le macchie si fanno sempre più frequenti e tendono a spostarsi verso le zone
equatoriali della stella. Le macchie di solito si trovano in coppie di polarità magnetica opposta; la polarità magnetica delle macchie si
inverte durante ogni ciclo solare, cosicché se in un ciclo una assume le caratteristiche di un polo nord magnetico, al ciclo successivo
essa diventa un sud magnetico.
PIANETI
I quattro pianeti terrestri interni sono densi, hanno una composizione rocciosa, hanno pochi o nessun satellite, e non hanno anelli
planetari. Essi sono costituiti principalmente da sostanze aventi un alto punto di fusione, come silicati, che costituiscono le croste e i
mantelli, e i metalli come ferro e nichel, che costituiscono il loro nucleo. Tre dei quattro pianeti interni (Venere, Terra e Marte)
possiedono una atmosfera, hanno crateri da impatto e placche tettoniche, come dimostrano la presenza di rift valley e vulcani.
Mercurio
Mercurio è il pianeta più vicino al Sole, oltre a essere il pianeta più piccolo (0,055 masse terrestri). Mercurio non possiede satelliti
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Lezione 4: Il Sistema Solare: Sole, pianeti, asteroidi
naturali e le sue sole formazioni geologiche conosciute, oltre ai crateri da impatto, sono creste sporgenti o rupes, probabilmente
prodotte durante una fase di contrazione avvenuta nella sua storia primordiale. Il pianeta è sprovvisto di atmosfera, fatta eccezione per
esili tracce di gas probabilmente frutto dell'interazione del vento solare con la superficie del pianeta. Il suo nucleo relativamente grande
e il suo mantello sottile non sono ancora stati spiegati adeguatamente: l'ipotesi principale riporta la possibilità che gli strati esterni siano
stati strappati via da un impatto gigantesco.
Venere
Venere è per dimensioni molto simile alla Terra (0,815 masse terrestri), e, come la Terra, ha un mantello composto da silicati attorno a
un nucleo ferroso, possiede un'atmosfera e l'attività sulla sua superficie rende evidente la presenza di attività geologica interna. Tuttavia
è molto più asciutto della Terra, e la sua atmosfera è novanta volte più densa. Venere non ha satelliti naturali. Esso è il pianeta più
caldo del sistema solare, con temperature superficiali superiori ai 450 °C, molto probabilmente a caus a della grande quantità di gas che
provoca effetto serra nell'atmosfera, principalmente anidride carbonica. Non sono state individuate prove definitive delle attuali attività
geologiche su Venere, ma si potrebbe pensare che la sua densa atmosfera sia regolarmente alimentata da potenti eruzioni vulcaniche.
Terra
La Terra è il più grande e denso dei pianeti interni, l'unico in cui sono conosciute attuali attività geologiche, ed è l'unico pianeta del
sistema solare che permette attualmente la vita. La sua idrosfera liquida è unica tra i pianeti interni, ed è anche l'unico pianeta dove
siano state osservate placche tettoniche. L'atmosfera terrestre è estremamente differente rispetto a quella degli altri pianeti, poiché è
stata alterata dalla presenza della vita e contiene il 21% di ossigeno. Possiede un satellite naturale, la Luna, l'unico grande satellite di
un pianeta terrestre nel sistema solare.
Marte
Marte è più piccolo della Terra e di Venere (0,107 masse terrestri). Possiede un'atmosfera tenue, composta principalmente da anidride
carbonica. La sua superficie, costellata di vulcani, come il grande Olympus Mons, e da rift valley, come la Valles Marineris, mostra
attività geologica che ha persistito fino a tempi relativamente recenti. Il suo colore rosso deriva dalla presenza di ossidi di ferro
(volgarmente detti ruggine) nei minerali rocciosi superficiali. Marte ha due piccoli satelliti naturali (Deimos e Phobos), che si pensa siano
asteroidi catturati dal suo campo gravitazionale.
I pianeti rocciosi di tipo terrestre: Mercurio, Venere, Terra e Marte
Fascia degli asteroidi
Gli asteroidi sono per la maggior parte piccoli corpi del sistema solare composti principalmente di rocce e di metalli. La fascia principale
degli asteroidi occupa la regione tra le orbite di Marte e Giove, tra 2,3 e 3,3 UA dal Sole. Si pensa che siano residui della formazione del
sistema solare, la cui fusione è fallita a causa della interferenza gravitazionale di Giove.
Il raggio di un asteroide di questa fascia può andare da centinaia di chilometri fino a pochi centimetri. Tutti gli asteroidi, salvo il più
grande, Cerere, sono classificati come corpi minori del sistema solare, ma alcuni, come gli asteroidi Vesta e Igea possono essere
riclassificati come pianeti nani se dimostreranno di avere raggiunto l'equilibrio idrostatico.
La fascia degli asteroidi contiene decine di migliaia, forse milioni, di oggetti sopra il chilometro di diametro. Nonostante ciò, la massa
totale di tutti gli asteroidi della fascia principale difficilmente arriverebbe a più di un millesimo della massa delle Terra. La fascia
principale è scarsamente popolata: sonde spaziali passano continuamente attraverso di essa senza incorrere in incidenti di alcun tipo.
Gli asteroidi con diametri compresi tra 10 metri e 1 centimetro sono chiamati meteoroidi.
Cerere
Cerere è il più grande corpo della fascia degli asteroidi ed è classificato come pianeta nano. Essa ha un diametro di poco meno di 1000
km, grande abbastanza perché la propria gravità gli dia una forma sferica. Cerere, quando è stato scoperto nel XIX secolo, è stato
considerato un pianeta, ma è stato riclassificato come asteroide nel 1850, dopo che ulteriori osservazioni rivelarono la presenza di
numerosi altri asteroidi. È stato nuovamente riclassificato nel 2006 come pianeta nano.
I quattro giganti gassosi esterni collettivamente costituiscono il 99% della massa nota in orbita attorno al Sole. Giove e Saturno sono
costituiti prevalentemente da idrogeno ed elio; Urano e Nettuno possiedono una percentuale maggiore di ghiaccio. Alcuni astronomi
suggeriscono che appartengono a un'altra categoria, quella dei "giganti di ghiaccio". Tutti e quattro i giganti gassosi possiedono degli
anelli, anche se solo quelli di Saturno sono facilmente osservabili dalla Terra.
Giove
Giove, con 318 masse terrestri, possiede 2,5 volte la massa di tutti gli altri pianeti messi insieme. Esso è composto in larga parte da
idrogeno ed elio. Il forte calore interno di Giove crea una serie di caratteristiche semipermanenti nella sua atmosfera, come ad esempio
la famosa Grande Macchia Rossa. Giove ha 63 satelliti naturali conosciuti: i quattro più grandi, Ganimede, Callisto, Io, e Europa,
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Lezione 4: Il Sistema Solare: Sole, pianeti, asteroidi
mostrano analogie con i pianeti terrestri, come fenomeni di vulcanismo e calore interno.
Saturno
Saturno, caratterizzato dal suo sistema di anelli, ha diverse analogie con Giove, come la sua composizione atmosferica. Saturno è
molto meno massiccio, pesando “solo” 95 masse terrestri. Attualmente sono noti 60 satelliti (più tre non confermati), due dei quali,
Titano e Encelado, mostrano segni di attività geologica, anche se sono in gran parte criovulcani. Titano è più grande di Mercurio ed è
l'unico satellite del sistema solare ad avere una atmosfera densa e liquidi superficiali (ammoniaca e metano).
Urano
Urano (19,6 UA), con 14 masse terrestri, è il pianeta esterno meno massiccio. Unico tra i pianeti, esso orbita attorno al Sole con una
inclinazione assiale superiore a 90° rispetto l'ecl ittica forse dovuta all’impatto con un altro corpo di 275 masse terrestri durante la sua
formazione. Ha un nucleo molto freddo rispetto agli altri giganti gassosi, quindi irradia pochissimo calore nello spazio. Urano ha 27
satelliti noti, tra cui i più grandi sono Titania, Oberon, Umbriel, Ariel e Miranda.
Nettuno
Nettuno, anche se leggermente più piccolo di Urano, è più massiccio (equivalente a 17 masse terrestri) e quindi più denso. Esso irradia
più calore interno rispetto a Urano, ma non tanto quanto Giove o Saturno. Nettuno ha 13 satelliti noti. Il più grande, Tritone, è
geologicamente attivo, con geyser di azoto liquido presenti in superficie. Tritone è l'unico grande satellite con orbita e direzione
retrograda. Nettuno è accompagnato nella sua orbita da una serie di planetoidi che sono in risonanza orbitale 1:1 con esso.
I pianeti gassosi di tipo gioviano: Giove, Saturno, Urano e Nettuno
Plutone e Caronte
Plutone è un pianeta nano, ed è il più grande oggetto conosciuto della fascia di Kuiper. Quando venne scoperto, nel 1930, fu ritenuto il
nono pianeta del sistema solare, ma nel 2006 è stato riclassificato in pianeta nano, dopo l'adozione di una definizione formale di
pianeta.
Plutone
ha
un'orbita
relativamente eccentrica, inclinata di
17 gradi rispetto al piano dell'eclittica,
e il suo perielio si trova a 29,7 UA dal
Sole, all'interno dell'orbita di Nettuno,
mentre l'afelio è situato a 49,5 UA dal
Sole.
Non è ancora chiaro se Caronte, la
luna più grande di Plutone, continuerà
a essere classificata come tale o
verrà riclassificato come pianeta
nano. Il baricentro del sistema dei
due pianeti non si trova in nessuno
dei due corpi, ma cade nello spazio, e
per questo Plutone-Caronte è ritenuto
un sistema binario. Attorno a loro
orbitano due lune molto piccole, Notte
e Idra.
Plutone è un corpo classificato come
oggetto risonante della fascia di
L’orbita di Plutone (in rosso) rispetto a quella dei pianeti esterni del Sistema Solare
Kuiper, e ha una risonanza orbitale di
3:2 con Nettuno, ovvero Plutone orbita
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Lezione 4: Il Sistema Solare: Sole, pianeti, asteroidi
due volte intorno al Sole ogni tre orbite di Nettuno. Gli oggetti della fascia di Kuiper che condividono questo rapporto di risonanza sono
chiamati plutini.
Eris
Eris è il più grande corpo conosciuto del disco diffuso, e ha provocato un dibattito su cosa può essere definito un pianeta, dal momento
che è almeno il 5% più grande di Plutone, con un diametro stimato di circa 2400 km: è quindi il più grande pianeta nano noto. Possiede
un satellite, Disnomia. Come Plutone, la sua orbita è fortemente eccentrica e fortemente inclinata rispetto al piano dell'eclittica: ha un
perielio di 38,2 UA e uno afelio di 97,6 UA dal Sole.
SATELLITI NATURALI
Si dice satellite naturale - o talvolta, più impropriamente, luna (in minuscolo) - un qualunque corpo celeste che orbiti attorno ad un corpo
diverso da una stella, come ad esempio un pianeta, un pianeta nano o un asteroide. Nel sistema solare si conoscono oltre
centocinquanta satelliti naturali: si presume che ne esistano anche attorno ai pianeti di altre stelle.
Tipicamente, i giganti gassosi possiedono estesi sistemi di satelliti, mentre i pianeti terrestri ne hanno pochi: nel sistema solare Mercurio
e Venere non ne sono dotati, la Terra ne possiede uno molto grande e Marte ne possiede due piccoli.
Fra i pianeti nani, i satelliti sembrano essere una caratteristica predominante degli oggetti trans-nettuniani, come Plutone (tre, di cui uno
massiccio), Haumea (due satelliti) ed Eris (un satellite).
Si pensa che la maggior parte dei satelliti abbia avuto origine nella stessa regione del disco protoplanetario in cui ha avuto luogo la
formazione del suo corpo madre. Vi sono tuttavia molte eccezioni e variazioni al modello standard di formazione dei satelliti. Molti
satelliti del sistema solare esterno sono probabilmente asteroidi catturati, oppure frammenti di corpi più grandi distrutti da un impatto, o
(come nel caso della nostra Luna, secondo una teoria accreditata) una porzione del pianeta stesso, scagliata nello spazio in seguito ad
un grande impatto. La maggior parte dei satelliti è conosciuta solo attraverso poche osservazioni a distanza, tramite telescopi o sonde
spaziali, e la maggior parte delle teorie che li riguardano sono quindi molto incerte.
La maggior parte dei satelliti naturali conosciuti presenta un chiaro fenomeno di risonanza orbitale con altri corpi, oppure di rotazione
sincrona (completano una rotazione per ogni rivoluzione). Un'eccezione è Iperione, satellite di Saturno che presenta una rotazione
caotica a causa della sua forma estremamente irregolare. Non si conosce attualmente nessun satellite che possieda a sua volta un
satellite: gli effetti mareali del pianeta primario renderebbero probabilmente le orbite instabili. Alcuni satelliti presentano tuttavia dei
compagni nei loro punti lagrangiani (sulla stessa orbita ma a distanze ben determinate dalle leggi gravitazionali), come ad esempio Teti
e Dione, satelliti di Saturno.
La scoperta di numerosi satelliti asteroidali (a partire da Dactyl, attorno all'asteroide 243 Ida) ha rivelato che anche gli asteroidi possono
possedere satelliti propri; alcuni, come 90 Antiope, sono addirittura asteroidi doppi con due componenti di dimensioni simili.
I principali satelliti naturali del sistema solare sono la Luna, che orbita attorno alla Terra, i satelliti medicei Io, Europa, Ganimede e
Callisto, in orbita attorno a Giove, il satellite di Saturno Titano e il satellite di Nettuno Tritone. Alcuni di questi corpi superano, per
dimensioni, anche i più grandi pianeti nani, e due superano addirittura il pianeta più piccolo, Mercurio.
Dimensioni comparate dei principali satelliti naturali del Sistema Solare con la Terra
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Lezione 4: Il Sistema Solare: Sole, pianeti, asteroidi
Luna
La Luna è l'unico satellite naturale della Terra. Il suo nome proprio viene talvolta utilizzato, per estensione e con l'iniziale minuscola (una
luna), come sinonimo di "satellite naturale" anche per i satelliti di altri pianeti.
La Luna compie un'orbita completa della sfera celeste circa ogni 27 giorni, 7 ore, 43 minuti e 11 secondi ma l'osservatore sulla Terra
conta circa 29,5 giorni tra una nuova luna e la successiva, per via del contemporaneo movimento di rivoluzione terrestre. Nel corso di
un'ora si muove nel cielo di una distanza vicina alla sua dimensione apparente, circa mezzo grado. La Luna rimane sempre in una
regione del cielo chiamata lo Zodiaco, che si estende circa 8 gradi sopra e sotto l'eclittica. Essa viene attraversata dalla Luna ogni 2
settimane. Il moto di rotazione della Luna è il movimento che compie intorno all'asse lunare nello stesso senso della rotazione terrestre,
da Ovest verso Est con una velocità angolare di 13° al giorno. La durata è quindi uguale a quella del moto di rivoluzione pari a 27 d 7 h
43 min 11 s. Questo è il motivo per cui la Luna rivolge alla Terra sempre la stessa faccia. L'attrazione che la Terra esercita sul
rigonfiamento equatoriale più che sulle zone polari sulla Luna provoca in essa delle oscillazioni di lieve entità, le librazioni, che insieme
alle librazioni apparenti, connesse alle posizioni che la Luna assume rispetto alla Terra, ci consentono di vedere un po' più della metà
della superficie lunare (circa il 59%). Le origini della Luna sono al centro di un dibattito scientifico molto acceso. La teoria più accreditata
è quella secondo cui essa si sia formata a seguito della collisione di un planetoide delle dimensioni simili a quelle di Marte con la Terra
quando quest'ultima era ancora calda, nella prima fase della sua formazione (tale planetoide è chiamato a volte Theia). Il materiale
scaturito dall'impatto rimase in orbita intorno alla Terra e per effetto della forza gravitazionale si riunì formando la Luna.
Rispetto agli altri satelliti del sistema solare, la Luna è eccezionalmente grande rispetto al pianeta attorno a cui orbita, tanto che il
sistema Terra-Luna può essere quasi considerato un pianeta doppio ("quasi" perché il centro di gravità del sistema Terra-Luna è
comunque di poco all'interno della Terra). In genere, satelliti di dimensioni ad essa comparabili orbitano attorno ai giganti gassosi
(Giove, Saturno), mentre i pianeti più affini alla Terra o non hanno satelliti (Venere) o ne hanno di minuscoli (Marte).
La Luna (e anche il Sole) sembra più grande quando è vicina all'orizzonte. Questa è un'illusione ottica provocata dall'effetto psicologico
della diversa percezione delle distanze verso l'alto e in orizzontale. In realtà, la rifrazione atmosferica e la distanza leggermente
maggiore rendono l'immagine della Luna un poco più piccola all'orizzonte rispetto al resto del cielo.
Dimensioni comparate della Terra e della Luna
Nube di Oort
L'ipotetica Nube di Oort è una grande massa composta da miliardi di oggetti di ghiaccio che si credono essere la fonte delle comete di
lungo periodo e che circondano il sistema solare a circa 50.000 UA (circa 1 anno luce), e forse fino a 100 000 UA (1,87 anni luce). Si
ritiene sia composto di comete che sono state espulse dal sistema solare interno da interazioni gravitazionali con i pianeti esterni. Gli
oggetti della Nube di Oort sono molto lenti, e possono essere turbati da eventi rari, ad esempio delle collisioni, dalla forza gravitazionale
di una stella di passaggio, o dalla marea galattica, forza di marea esercitata dalla Via Lattea.
Confini
Gran parte del nostro sistema solare è ancora sconosciuto. Lo scudo gravitazionale del Sole si stima che domini le forze gravitazionali
delle stelle che lo circondano fino a circa due anni luce di distanza (125.000 UA). Il confine esterno della Nube di Oort, invece, non si
può estendere per più di 100.000 UA. Nonostante le scoperte di nuovi oggetti, come Sedna, la regione tra la fascia di Kuiper e la nube
di Oort, una zona di decine di migliaia di UA di raggio, non è ancora stata mappata. Numerosi oggetti possono ancora essere scoperti
nelle zone inesplorate del sistema solare.
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ASSOCIAZIONE ASTRONOMICA CORTINA
AUTUNNO AL PLANETARIO - Planetario “Nicolò Cusano” 1/10–3/12/2010
Lezione 4: Il Sistema Solare: Sole, pianeti, asteroidi
PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEI PRINCIPALI OGGETTI DEL SISTEMA SOLARE
PIANETI
Pianeta
Distanza media
(milioni di km)
Mercurio
57,91
0,055
Venere
108
0,815
Massa
Diametro
(M.T.)
km
Periodo orbitale
4.879,4
87,96935 giorni
12.103,7
224,70059 giorni
12.745,594
365,256 giorni
24
1 = (5,9742 × 10 kg)
Terra
149,6
Marte
227,94
0,107
6.804,9
686,96 giorni
Giove
778,4
318
142.984
11,864 anni
Saturno
1426,98
95
120.536
29,45 anni
Urano
2870
14
51.118
84,07 anni
Nettuno
4497
17
49.528
164,88 anni
PIANETI NANI
Pianeta
Massa
Distanza media
(milioni di km)
Diametro
Periodo orbitale
km
Cerere
413,7
9,5 × 1020 kg
975 × 909
4,599 anni
Plutone
5.906,4
1,305 x 1022 kg
2306 ± 20
248,09 anni
Haumea
6.484
4,2±0,1 x 1023 kg
~1500
285,4 anni
Makemake
6.850,2
~4 × 1021 kg
1300-1900 km?
309,868 anni
Eris
10.123
?
~2400 km
~557,03 anni
SATELLITI NATURALI CON DIAMETRI > 1.000 km
Satellite
Diametro (km)
Massa (kg)
Semiasse maggiore orbita Periodo orbitale attorno
(km)
al pianeta (giorni)
Terra I Luna
3.476,2
3,347x1022
405.696
27,321
Giove I Io
3.660,0
8,9×1022
421.700
1,769138
Giove II Europa
3.121,6
4,8×1022
671.034
3,551181
Giove III Ganimede
5.262,4
1,5×1023
1.070.412
7,154553
Giove IV Callisto
4.820,6
1,1×1023
1.882.709
16,689018
Saturno III Teti
1.060
0,622×1021
294.660
1,887802
Saturno IV Dione
1.118
1,05×1021
377.400
2,736915
Saturno V Rea
1.528
2,49×1021
527.040
4,5175
Saturno VI Titano
5.151
1,35×1023
1.221.850
15,94542
Saturno VIII Giapeto
1.460
1,88×1021
3.561.300
79,33018
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ASSOCIAZIONE ASTRONOMICA CORTINA
AUTUNNO AL PLANETARIO - Planetario “Nicolò Cusano” 1/10–3/12/2010
Lezione 4: Il Sistema Solare: Sole, pianeti, asteroidi
Urano I Ariel
1.157,8
1,35×1021
191.020
2,520379
Urano II Umbriel
1.169,4
1,17×1021
266.300
4,144177
Urano III Titania
1.577,8
3,53x1021
435.910
8,705872
Urano IV Oberon
1.522,8
3,01×1021
583.520
13,463239
Nettuno I Tritone
2.700
2,14×1022
354.800
-5,877 (retrogrado)
Plutone I Caronte
1.207
1,52×1021
19.571
6,387230
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