Il Sistema Solare

Salve ragazze e ragazzi!
Fino ad ora abbiamo affrontato alcune questioni molto importanti del Sistema
Solare:
•
Perché si chiama “sistema” e quale è il vero ruolo del Sole in questo sistema.
•
Quale è la sua vera forma, così come la conosciamo oggi grazie alla
osservazione del cielo da Terra e dallo spazio.
•
Quali siano i fattori fondamentali per capire il suo “funzionamento” : campi
gravitazionale e magnetico, emissione di radiazione e di vento solare da
parte del Sole.
Tenendo ben presente questi punti andiamo a conoscere i vari corpi del Sistema
Solare.
Partendo dal centro troviamo innanzitutto la fascia più interna, quella dei pianeti.
Sempre partendo dal Sole troviamo Mercurio, Venere, Terra,
Marte, Giove,
Saturno, Urano, Nettuno e Plutone.
Fra Marte e Giove abbiamo una prima fascia composta da migliaia di asteroidi
che, come sappiamo, sono piccoli corpi rocciosi, delle dimensioni, al massimo, di
qualche chilometro. Nella tabella che segue sono riassunte le caratteristiche
principali dei 9 pianeti.
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Distanza
dal Sole Diametro
Periodo di
rivoluzione
Massa
Periodo
di
rotazione
Satelliti
Composizione
atmosferica
(UA)
(km)
(kg)
(in anni
terrestri)
0,39
4.864
3,3 *1023
0,24
56.64 d
0
Non ha
atmosfera
0,72
12.104
4,9*1024
0,62
244.3 d
0
Anidride
carbonica,
azoto
1,00
12.756
6,0*1024
1,00
23 h 56 m
04s
1
Azoto,
ossigeno, argo
1,52
6.796
6,4*1023
1,88
24 h 37 m
22.6 sec
2
Anidride
carbonica,
azoto, argo
Giove
5,20
142.988
1,9*1027
11,87
9 h 50m
30 s
17 h 14 m
Idrogeno, elio
Saturno
9,55
120.660
5,7*1026
29,46
10 h 13 m
59 s
18
Idrogeno, elio
19,19
51.118
8,7*1025
84,01
17 h 14 m
20
Idrogeno, elio,
metano
30,11
49.500
1,0*1026
164,79
16 h 3 m
7
Idrogeno, elio,
metano
39,53
2.302
1,3*1022
247,70
6 d 9h
21m
1
Azoto, metano,
monossido di
carbonio
(d=giorni
terrestri)
Pianeta
Mercurio
Venere
Terra
Marte
Urano
Nettuno
Plutone
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Come vediamo poi dalla tabella per ogni pianeta l’ ”anno” è ben definito, come
periodo di tempo impiegato dal pianeta per ritornare in una data posizione dopo
aver percorso una volta la sua orbita attorno al Sole. Così anche il “giorno” , inteso
come periodo necessario al pianeta per compiere un giro completo su sé stesso.
Vengono dati in funzione dell’anno e giorno terrestre per comodità di
comprensione, ma è importante non fare confusione. Un ipotetico abitante, ad
esempio, di Saturno, direbbe che il “suo” anno è eguale ad 1, mentre quello
terrestre gli apparirebbe circa 30 volte più breve di un anno “saturniano”.
Occorre fare una osservazione che non può uscire dai dati in tabella: i primi 4
pianeti sono chiamati “terrestri”, e sono solidi, mentre gli altri, Plutone escluso, sono
chiamati “pianeti giganti” o gassosi. Di fatto Mercurio, Venere, Terra e Marte
hanno dimensioni comparabili fra loro e sono assai più piccoli dei seguenti 4:
Giove, Saturno Urano Nettuno.
Giove, per fare un esempio che si può
estrarre dalla tabella, ha un diametro che è
circa 12 volte quello della Terra e , nel suo
volume, può contenere almeno1000 volte il
nostro pianeta.
Se confrontiamo i valori delle distanze dei pianeti dal Sole notiamo due punti
importanti: le distanze fra un pianeta e l’altro sono notevoli, specie quelle fra i
pianeti esterni, inoltre i pianeti terrestri sono relativamente vicini gli uni agli altri,
mentre gli altri sono molto più distanti fra loro. Se poi, pensando che una Unità
astronomica equivale a 150.000.000 di chilometri circa, confrontiamo le mutue
distanze dei pianeti con i loro diametri, che si aggirano invece attorno alle decine
di migliaia di chilometri, ci troviamo di fronte ad un risultato probabilmente
inatteso: nella parte di Sistema Solare che contiene i pianeti lo spazio è
sostanzialmente “vuoto” di materia. I pianeti , che a noi possono sembrare enormi,
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sono come minuscole biglie che si muovono in uno spazio assai maggiore rispetto
alle loro dimensioni. Ovviamente, come abbiamo studiato, questo spazio è vuoto
solo di materia, dato che in esso fluisce la radiazione emessa dal Sole e le
particelle del vento solare.
Tutti i pianeti girano attorno al Sole lungo la loro orbita in un moto di “rivoluzione”.
Guardando la tabella notiamo immediatamente che anche i periodi di
rivoluzione, ovvero il tempo impiegato per compiere un giro attorno a Sole,
crescono notevolmente man mano che ci allontaniamo dal Sole stesso. Questo
fatto è abbastanza intuitivo, maggiore è la distanza dal Sole e maggiore è la
lunghezza che il pianeta deve percorrere lungo la sua orbita per compiere un giro
completo
Le orbite dei pianeti attorno al Sole sono delle ellissi, ma, in generale, pochissimo
differenti da un cerchio: si tratta, in altre parole, di ellissi assai poco “schiacciate”.
La Terra, ad esempio, ha un’ orbita attorno al Sole sì ellittica, ma che differisce da
un cerchio per pochissimo. Se tentassimo di tagliare con la forbice un cartoncino
per dargli la sagoma dell’orbita ellittica della Terra nel suo moto attorno al Sole, ci
ritroveremmo con un cartoncino circolare, dato ce la differenza e’ minore della
precisione cui possiamo arrivare con le forbici!
Fa eccezione a questo l’orbita di
Plutone che è decisamente ellittica
e
molto
differente
da
una
circonferenza. Questo provoca
anche una situazione curiosa: ogni
248 anni l’orbita di Plutone interseca
quella di Nettuno e, per vent’anni
circa, Nettuno rimane più distante
dal Sole di Plutone.
Le posizioni dei pianeti nelle loro orbite sono poi tali che essi non si avvicinano mai
troppo l’uno all’altro.
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Se guardiamo poi la colonna della tabella con la inclinazione dell’orbita notiamo
un altro fatto importante: i pianeti si muovono su piani diversi l’uno dall’altro,
magari di poco, ma diversi. Fa eccezione ancora una volta Plutone che orbita
attorno al Sole in un piano molto inclinato rispetto alla media degli altri pianeti.
Il grande regolatore delle orbite dei pianeti, come abbiamo imparato nelle
pagine precedenti, è proprio il Sole che, contenendo la stragrande maggioranza
della massa del sistema, esercita attrazione gravitazionale sui singoli pianeti.
Nelle pagine precedenti abbiamo però chiarito che, nelle vicinanze di un
pianeta, il campo gravitazionale preponderante è quello del pianeta stesso.
Questo ci spiegava perché la Luna ruota attorno alla Terra invece di cadere sul
Sole. Lo stesso ragionamento lo possiamo estendere per capire come mai molti
pianeti hanno uno o più satelliti, esattamente come la Terra. Basta ricordare che il
campo gravitazionale di un corpo dipende dalla sua massa, ma decresce molto
rapidamente con la distanza dal corpo stesso. Quindi, ad esempio, alla distanza di
Giove il campo gravitazionale del Sole è abbastanza forte da tenere imbrigliato
nella sua orbita il grande pianeta, ma nelle vicinanze del pianeta stesso (ricorda
quanto distante è Giove dal Sole!) il campo gravitazionale di Giove è sufficiente, a
sua volta, a tenere nella loro orbita i tanti satelliti di cui il pianeta è dotato.
I primi 4 satelliti di Giove, in ordine di
distanza dal pianeta sono Io, Europa,
Ganimede e Callisto, nomi legati alla
mitologia greca. Sono satelliti un po’
speciali in quanto furono i primi visti da
Galileo Galilei, nel gennaio del 1610,
quando volse al cielo per la prima
volta nella storia il cannocchiale che
aveva appena costruito.
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Quel cannocchiale non è molto diverso da quello che vi abbiamo indicato come
costruire, anzi il vostro è leggermente più potente. Ebbene, pensiamo allo stupore
nel vedere che attorno al grande pianeta, che fino ad allora si poteva guardare
solo ad occhio nudo e che appare, guardandolo con gli occhi, non molto diverso
da una stella, Galileo Galilei vide
questi 4 satelliti.
Fu un momento molto
importante per la Scienza, perché egli capì, allora, che come quei satelliti
ruotavano attorno a Giove, così la Terra e gli altri pianeti ruotano attorno al Sole.
Allora si credeva infatti che fosse il Sole a ruotare attorno alla Terra, così come ci
appare ogni giorno all’alternarsi del sorgere e tramontare. Insomma fu allora che
si iniziò a capire come è realmente fatto il Sistema Solare.
I satelliti dei pianeti scoperti sono, ad oggi, più di 100 e sono molto vari come
forma, dimensione e massa. Se ne scoprono sempre di nuovi, anche ai giorni
nostri, in quanto con le sonde spaziali, si riescono a scoprire satelliti anche molto
piccoli, invisibili da terra. I vari satelliti dei pianeti sono diversissimi fra loro come
forma, dimensione, massa. Andiamo da satelliti che sono grandi quasi come la
Terra, come ad esempio il grande Titano (satellite di Saturno), che ha un diametro
di oltre 5000 chilometri, poco meno della metà della Terra, ma più di Mercurio
(4800 chilometri) e più del doppio di Plutone (2300 chilometri), a satelliti che sono
poco più che asteroidi di qualche chilometro di grandezza e molto irregolari,
come i due satelliti di Marte Phobos e Deimos. È molto probabile che si tratti di
corpi di origine diversa: da una parte i satelliti regolari come forma e di grandi
dimensioni, come la Luna, molti dei satelliti di Giove, Urano e Nettuno, dall’altra
una folta schiera di giganteschi “sassi” irregolari che sono probabilmente asteroidi
catturati dalla attrazione gravitazionale del pianeta mentre ci passavano vicino e
rimasti in orbita attorno al pianeta che li ha catturati al volo.
Una ipotesi probabile potrebbe essere, ad esempio, questa: l’asteroide, che
probabilmente arriva dalla distantissima fascia di Kuiper, nella sua traiettoria verso
il Sole si avvicina sufficientemente al pianeta. Ad una certa distanza l’attrazione
gravitazionale del pianeta diventa preponderante e fa cambiare traiettoria
all’asteroide. È probabile che molti asteroidi siano precipitati, con un notevole
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sconquasso, sui vari pianeti e gradi satelliti: la Luna ad esempio riporta ancora i
segni di molti di questi impatti. Parecchi altri saranno riusciti a sfuggire ai pianeti
ed avranno solo modificato la loro traiettoria originale, qualcheduno, che ancora
oggi possiamo vedere, è invece rimasto in orbita attorno al pianeta ed è
diventato un suo satellite stabile. Quando si fanno ipotesi come queste occorre
sempre ricordare che i tempi, nell’evoluzione del Sistema Solare, si contano in
milioni o miliardi di anni, mentre la storia dell’uomo ha solo poco decine o
centinaia di migliaia di anni.
Il risultato finale dell’incontro ravvicinato fra un asteroide ed un pianeta dipende
dalla sua traiettoria originale, dalla distanza cui è passato dal pianeta, dalla
massa del pianeta stesso, dalla velocità dell’asteroide nella sua orbita. Seguire i
singoli casi può essere magari un po’ complicato, ma capire il meccanismo è
semplice se pensiamo a quanto abbiamo detto a proposito del campo
gravitazionale. Ancora una volta ci imbattiamo nell’importanza che ha, nel
Sistema Solare, il campo gravitazionale creato dalle masse dei vari corpi che lo
compongono.
Una particolarità nell’insieme Pianeti-Satelliti è rappresentato proprio dal sistema
Terra-Luna, nel senso che, in rapporto al proprio pianeta, la Luna è il satellite più
massiccio del Sistema Solare, assieme al sistema Plutone-Caronte di cui diremo
poco più avanti.
Sempre a causa della attrazione gravitazionale esercitata dal pianeta, attorno a
Giove, Saturno, Urano e Nettuno troviamo degli “anelli” di materiale che,
stabilmente, orbitano attorno al pianeta formando una fascia che dà luogo,
come nel caso di Saturno, ad un fantastico anello di materiale. In realtà da terra è
possibile vedere solo gli anelli di Saturno, quelli degli altri pianeti sono troppo
deboli per esser visti anche coi più potenti telescopi, ma le sonde spaziali che sono
passate nelle vicinanze di Giove, Urano e Nettuno hanno rivelato che anch’essi
sono dotati di strutture simili. Di cosa si tratta? È molto semplice, sono milioni di
pezzi di roccia, ghiaccio e detriti solidi che ruotano attorno al pianeta in orbite
ben ordinate. Per capire bene come si sono formati e come possono resistere in
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questa configurazione dovremo parlare di come pensiamo si sia formato il Sistema
Solare. Affronteremo questo argomento nell’ultima parte e quindi per il momento
fermiamoci alla loro descrizione.
Caso a parte è ancora una volta
Plutone che è dotato di un satellite,
Caronte,
poco
più
piccolo
in
dimensioni del pianeta. Proprio per
questa
sua
particolarità
molti
astronomi lo considerano una sorta di
“pianeta doppio”, formato da due
corpi simili, uno non molto più grande
e massiccio dell’altro, piuttosto che un
sistema pianeta-satellite.
Come vedremo più avanti poi Plutone, con tutte le sue stranezze, potrebbe essere
un intruso rispetto agli altri pianeti del Sistema Solare.
Prendendo in esame solo l’aspetto dell’attrazione gravitazionale possiamo capire
molto del sistema dei pianeti e satelliti. Ma possiamo andare anche oltre parlando
delle loro atmosfere.
La possibilità per un pianeta o satellite di avere una
atmosfera è anch’essa legata principalmente al campo gravitazionale dovuto al
pianeta o satellite stesso. Le particelle che compongono l’atmosfera, avendo una
loro massa, risentono dell’attrazione gravitazionale del pianeta stesso. Maggiore la
massa del pianeta o satellite maggiore sarà anche l’attrazione gravitazionale che
esso esercita sulle singole particelle di atmosfera. Queste particelle peraltro sono in
moto continuo e quindi tendono a “scappare” dal pianeta. Quindi maggiore è
la massa del pianeta, maggiore la attrazione esercitata sulle singole particelle
dell’atmosfera e più difficile, per le particelle, lasciare il pianeta stesso. Facendo
un po’ di conti si trova, ad esempio, che la Luna ha una massa troppo piccola per
poter trattenere, nel corso del tempo, una atmosfera come quella terrestre. In
altre parole se la Luna avesse avuto una atmosfera, le particelle che la
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componevano sarebbero, prima o dopo , sfuggite alla attrazione gravitazionale
del nostro satellite, troppo bassa per contrastare la velocità delle particelle di
atmosfera stesse.
Parlare dell’ atmosfera dei pianeti ci porta a considerare anche gli altri fattori
importanti che abbiamo esaminato: l’ emissione di radiazione, il campo
magnetico ed il vento solare.
Come abbiamo visto l’emissione di radiazione è tale che la quantità di energia,
ad esempio luminosa, diminuisce rapidamente all’aumentare della distanza dalla
sorgente, nel nostro caso il Sole. Questo fa sì che mentre Mercurio, vicinissimo al
Sole sia sottoposto a temperature di centinaia di gradi al suolo, il lontanissimo
Plutone sia probabilmente ad una temperatura inferiore ai 200 gradi sotto lo zero!
Un caso a parte è rappresentato da Venere: questo pianeta ha un’atmosfera
molto densa che rinchiude il pianeta in una sorta di serra che “intrappola” la
radiazione che entra fra il suolo ed una spessa coltre di nubi perenni. Il risultato è
che la temperatura, misurata dalle sonde che sono arrivate sul pianeta, arriva a
quasi 500 gradi sopra lo zero!
Anche nel caso dell’atmosfera dei vari pianeti occorre pensare quindi a più
fattori:
massa del pianeta o satellite e relativa attrazione gravitazionale esercitata sulle
particelle di atmosfera, distanza dal Sole e quindi quantità di radiazione ricevuta
che va a scaldare la atmosfera.
Affrontiamo per ultimo il discorso del vento
solare: particelle cariche
elettricamente emesse in continuazione dal Sole in tutte le direzioni. Anche il
numero di particelle per metro quadrato diminuisce rapidamente con la distanza.
Abbiamo fatto l’esempio nelle pagine precedenti. Queste particelle però
risentono dei campi magnetici del Sole e di quelli eventualmente creati dai
pianeti.
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Nel caso della nostra Terra, ad esempio, il
campo magnetico terrestre funge da vero e
proprio “scudo” che devia le particelle
cariche che il Sole emana. La maggior parte
gira attorno alla Terra e prosegue la sua
corsa, e questo e’ un gran bene per noi!
Quelle che riescono a superare la barriera del nostro campo magnetico vengono
“instradate” verso i poli e possono reagire con la alta atmosfera, caricandone
elettricamente gli strati alti e dando luogo allo spettacolare fenomeno della
“aurora” che, nel nostro emisfero prende il nome di boreale e si osserva
abbastanza frequentemente nei paesi scandinavi.
Vediamo quindi come la distanza dal Sole per i pianeti, e dal proprio pianeta per i
satelliti, sia fondamentale per capire i meccanismi che permettono a questo
complesso sistema di corpi di esistere in uno stato di equilibrio destinato a durare
ancora molti miliardi di anni.
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