Sistema solare

Il Sistema solare
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
In viaggio nello spazio
• Insieme con altri pianeti la Terra orbita attorno a una stella, il Sole. Il
Sole e i pianeti formano il Sistema solare.
• Il Sistema solare fa parte di una galassia (Via Lattea), un gigantesco
insieme di centinaia di miliardi di stelle.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
In viaggio nello spazio
Le unità di misura più utilizzate per
esprimere le distanze stellari sono l’unità
astronomica e l’anno-luce.
• L’unità astronomica (UA) è la distanza
media tra Terra e Sole, pari a circa
150 milioni di kilometri. Viene usata, in
genere, per esprimere le distanze tra i
corpi del Sistema solare.
• Un anno-luce (a.l.) è la distanza
percorsa dalla luce nel vuoto in un
anno, circa 9460 miliardi di kilometri.
Viene usato per esprimere le distanze
tra le stelle. (La velocità della luce nel
vuoto è circa 300000 km/s).
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Le stelle nella sfera celeste
Già nell’antichità si individuarono due tipi di astri:
• quelli che occupano posizioni fisse gli uni rispetto agli altri, le
stelle;
• quelli che si muovono rispetto a tutti gli altri, i pianeti.
Dalla Terra sono visibili a occhio nudo circa settemila stelle.
Nel corso della notte le stelle ruotano
apparentemente attorno a un punto fisso,
a causa della rotazione terrestre.
Per chi si trova nel nostro emisfero terrestre,
il moto avviene attorno alla Stella
Polare, pressoché fissa.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
I moti della Terra: la rotazione
Anche se non avvertiamo i moti reali della Terra, come conseguenza del
loro verificarsi vediamo il Sole e le stelle compiere dei moti che non
avvengono realmente e che per questo sono detti moti apparenti.
Il moto apparente delle stelle: dalla Terra si ha l’impressione che sia il
cielo stellato a girare, compiendo una rotazione che si completa in 24
ore.
La Stella Polare è l’unica che appare immobile
nel cielo, trovandosi sul prolungamento
dell’asse di rotazione terrestre.
Tutte le altre stelle sembrano ruotare
attorno alla Stella Polare.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Le stelle nella sfera celeste
Il fatto che le stelle mantengano sempre la stessa posizione reciproca
permette di individuare nel cielo notturno delle figure di fantasia,
immaginando di unire determinate stelle con dei segmenti.
Queste figure, individuate fin
dall’antichità nel cielo stellato,
sono chiamate costellazioni.
Le costellazioni sono formate
da stelle, spesso, molto distanti
tra loro e a diversa distanza
dalla terra.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Le stelle nella sfera celeste
Oggi sappiamo che le stelle sono grandi masse gassose composte
principalmente da due elementi chimici:
• idrogeno;
• elio.
Esse, grazie alle reazioni di fusione nucleare che avvengono nel
loro nucleo, emettono grandi quantità di energia, come luce, calore e
altri tipi di radiazione.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Le stelle nella sfera celeste
La diversa luminosità delle stelle dipende:
• dall’effettiva quantità di energia emessa;
• dalla loro distanza dalla Terra.
Alcune stelle possono infatti apparire meno luminose di altre
solo perché sono molto più lontane.
Un’altra caratteristica che distingue le stelle è il loro colore, che
dipende dalla temperatura superficiale.
In ordine di temperatura decrescente
troviamo stelle blu (le più calde),
bianche, gialle, arancioni,rosse
(le più fredde).
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Oltre che per la temperatura e il colore, le stelle differiscono anche per le
dimensioni.
Sono esempi:
• le supergiganti rosse, con diametro dell’ordine del miliardo di
kilometri, circa mille volte quello del Sole;
• le giganti azzurre, con diametro 5-10 volte quello del Sole e una
luminosità migliaia di volte quella della nostra stella;
• le nane bianche, stelle grandi come la Terra ma molto più dense;
• le stelle di neutroni, densissime e piccole (poche decine di
kilometri di diametro).
• Il primato di densità della materia spetta , però, al buco nero,
chiamato così perché la sua elevatissima forza di gravità impedisce
perfino alla luce di sfuggirgli. I buchi neri rappresentano le fasi finali
della vita di stelle massicce.
Le stelle nella sfera celeste
Confronto tra colore e dimensioni delle stelle.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Le galassie sono giganteschi
ammassi di stelle
Le galassie sono
agglomerati di gas,
polveri e stelle che
ruotano intorno a un
centro o nucleo
galattico.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Le galassie sono giganteschi
ammassi di stelle
Nell’universo esistono miliardi di galassie, ognuna delle quali contiene
miliardi di stelle.
Esse hanno forma e dimensioni diverse.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Le galassie sono giganteschi
ammassi di stelle
La nostra galassia ha un diametro di circa 100 000 anni luce e il
Sistema solare si trova decentrato a circa 30 000 anni luce dal nucleo
galattico.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
I pianeti
Il Sole, i pianeti e i vari corpi minori, come satelliti, asteroidi e comete,
formano il Sistema solare.
I pianeti del Sistema solare sono otto e possono essere divisi in:
• pianeti interni (Mercurio, Venere, Terra e Marte) in quanto sono posti
tra il Sole e una zona intermedia detta fascia degli asteroidi che si trova
fra Marte e Giove;
• pianeti esterni (Giove, Saturno, Urano, Nettuno) in quanto sono posti
oltre la fascia degli asteroidi .
Oltre Nettuno sono presenti pianeti di piccole dimensioni, classificati
come pianeti nani, di cui il più famoso è Plutone, un tempo
considerato il nono pianeta del Sistema solare.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
I pianeti
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
I pianeti
Copyright © 2009 Zanichelli editore
Gainotti - Modelli
I pianeti
• Il moto che gli otto pianeti del Sistema solare compiono attorno al
Sole è detto moto di rivoluzione.
• Il tempo impiegato da un pianeta per percorrere un giro completo
attorno al Sole si chiama periodo di rivoluzione.
• I pianeti si muovono in modo antiorario su orbite che giacciono
tutte approssimativamente su uno stesso piano.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
I pianeti
Oltre al moto di rivoluzione attorno al Sole, ogni pianeta compie un
moto di rotazione attorno a una retta immaginaria, chiamata asse di
rotazione.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Il moto dei pianeti
Nel Seicento lo studio delle orbite dei
pianeti e le variazioni della loro luminosità
portarono l’astronomo tedesco Giovanni
Keplero alla formulazione delle tre leggi
che descrivono il moto dei pianeti attorno
al Sole.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Il moto dei pianeti
La prima legge di Keplero afferma che le traiettorie, o orbite,
descritte dai pianeti sono ellissi di cui il Sole occupa uno dei due
fuochi.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Il moto dei pianeti
Pertanto:
• un pianeta non si trova sempre alla stessa distanza dal Sole;
• il punto di minima distanza di un pianeta dal Sole si chiama perielio;
• il punto di massima distanza si chiama invece afelio.
La Terra in perielio si trova a 147 milioni di km dal Sole, mentre in
afelio si trova a 152 milioni di km.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Il moto dei pianeti
Keplero scoprì anche che i pianeti accelerano quando sono più vicini
al Sole e rallentano quando se ne allontanano. Questa osservazione è
riassunta nella seconda legge di Keplero che dice:
il moto di un pianeta non avviene con velocità costante, ma la sua
velocità è tale che il raggio vettore (il raggio che unisce il centro del
sole al centro del pianeta) descrive aree uguali in tempi uguali.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Il moto dei pianeti
Keplero notò che i pianeti più lontani dal Sole hanno periodi
di rivoluzione più lunghi. Questo perché:
1.
essendo più lontani dal Sole, l’orbita è più ampia;
2.
all’aumentare della distanza dal Sole, la velocità del moto
diminuisce.
Questo fatto è affermato nella terza legge di Keplero, che dice:
il periodo di rivoluzione è diverso da pianeta a pianeta e cresce
all’aumentare della distanza del pianeta dal Sole.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Il moto dei pianeti
Alcuni dati riguardanti i pianeti del Sistema solare
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Il moto dei pianeti
I pianeti del Sistema solare sono legati al Sole da una forza, la forza di
gravità.
L’inglese Isaac Newton fu il primo a pensare che la forza che trattiene
la Terra e gli altri pianeti attorno al Sole è la stessa che fa cadere i corpi
verso il basso e ci tiene con i piedi ben aderenti al suolo. Questa forza
è espressa dalla legge della gravitazione universale.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Il moto dei pianeti
Legge della gravitazione universale:
due corpi qualsiasi dell’Universo si
attraggono mutuamente con una forza
che è direttamente proporzionale alle
loro masse e inversamente
proporzionale al quadrato della loro
distanza.
m1 . m 2
Fg = G . ––––––––
d2
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Le caratteristiche dei pianeti
L’elemento chimico più abbondante nel Sistema solare e nell’Universo è
l’idrogeno (H). Al secondo posto, in quantità minore, troviamo l’elio (He).
Da solo, il Sole contiene il 99,8% di tutta la materia del Sistema solare ed è
formato in prevalenza da idrogeno.
I pianeti come la Terra, Mercurio, Venere e Marte sono costituiti in proporzione
considerevole di materiali solidi: sono detti pianeti terrestri o rocciosi.
I pianeti che si trovano al di là di Marte, Giove e Saturno, hanno notevoli
dimensioni e sono costituiti in prevalenza da idrogeno. Essi sono anche detti
giganti gassosi.
I due pianeti più lontani dal Sole, Urano e Nettuno, possono essere definiti
giganti ghiacciati in quanto, a causa delle basse temperature, alcuni dei
materiali che sugli altri pianeti sono allo stato gassoso, qui si trovano allo
stato solido.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Le caratteristiche dei pianeti
I pianeti interni del Sistema solare vengono definiti pianeti rocciosi e
sono:
• Mercurio;
• Venere;
• Terra;
• Marte.
Hanno densità simili comprese tra i 5,51 g/cm3 della Terra e i 3,94 g/cm3 di
Marte.
Hanno pochi satelliti o addirittura nessuno.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Le caratteristiche dei pianeti
Mercurio è al tempo stesso torrido e
ghiacciato:
la temperatura sulla faccia rivolta verso
il Sole raggiunge infatti i 470 °C,
mentre sulla faccia opposta scende
anche a -180 °C.
È molto piccolo, ha un’atmosfera
rarefatta e un periodo di rotazione di
59 giorni terrestri.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Le caratteristiche dei pianeti
Venere è perennemente avvolto da
una densissima atmosfera che
nasconde la sua superficie.
• Ha un grande effetto serra ed è
molto luminoso nel cielo notturno.
• Ruota in senso orario (rotazione
retrograda) al contrario della
maggior parte dei pianeti.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Le caratteristiche dei pianeti
Rispetto ai suoi fratelli del Sistema solare la
Terra presenta alcune caratteristiche che ne
fanno un pianeta tutto speciale.
• È, infatti, il solo ad avere abbondanza di
ossigeno nell’atmosfera;
• è il solo su cui è presente la vita;
• è l’unico pianeta a possedere vaste distese
d’acqua allo stato liquido.
La Terra ha un satellite di notevoli dimensioni:
la Luna.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Le caratteristiche dei pianeti
Marte è detto il pianeta rosso, per la
presenza di ossidi di ferro sulla sua
superficie.
È un pianeta di piccole dimensioni.
L’atmosfera di Marte è molto rarefatta.
Marte ha due satelliti: Phobos e Deimos.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Le caratteristiche dei pianeti
I pianeti esterni del Sistema solare sono: Giove, Saturno, Urano e
Nettuno e sono detti anche pianeti gioviani o pianeti giganti.
Essi sono molto grandi ma poco densi, hanno spesse atmosfere e si
pensa che possano avere un piccolo nucleo roccioso.
I pianeti giganti sono circondati da un gran numero di satelliti.
Su Urano e Nettuno i materiali che sugli altri pianeti sono gassosi si
trovano allo stato solido.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Le caratteristiche dei pianeti
Da solo, Giove possiede circa il 70% della
massa complessiva di tutti i pianeti.
• L’atmosfera di Giove è densa e turbolenta.
• Giove ha un periodo di rotazione di 9 ore e
56 minuti.
• La struttura più stupefacente, visibile
sull’atmosfera di Giove, è un’enorme vortice
gassoso noto come «la grande macchia rossa».
• Attorno a Giove si sono contati ben 63 satelliti.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Le caratteristiche dei pianeti
Saturno, il pianeta con i famosi
caratteristici anelli è, come Giove,
formato prevalentemente da idrogeno.
• La fascia di anelli ha una larghezza
complessiva di circa 100 000 km e
uno spessore molto piccolo.
• Saturno ha una densità media inferiore a
quella dell’acqua; tale densità è la più
bassa tra i pianeti del Sistema solare.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Le caratteristiche dei pianeti
• Urano ha una rotazione retrograda come
quella di Venere e ha un asse di rotazione
parallelo a quello dell’orbita.
• Nettuno è stato scoperto nel 1846 ed è il
pianeta più lontano del Sistema solare.
Dall’anno della sua scoperta non ha ancora
terminato la sua orbita intorno al Sole.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Le caratteristiche dei pianeti
Oltre a Nettuno sono presenti pianeti di piccole dimensioni classificati
come pianeti nani, di cui il più famoso è Plutone.
Plutone è stato scoperto nel 1930.
Altri pianeti nani scoperti recentemente sono:
• Cerere;
• Eris;
• Makemake;
• Haumea.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Una stella chiamata Sole
• Il Sole è un enorme globo di gas con un diametro di circa 1 400 000 km,
più o meno 109 volte quello terrestre.
• Ha un volume che è 1,30 milioni di volte quello della Terra e una massa
333 000 volte maggiore.
• La densità media del Sole, di solo 1,4 g/cm3, è poco maggiore della
densità dell’acqua (1 g/cm3) e circa un quarto della densità media della
Terra (5,5 g/cm3).
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Una stella chiamata Sole
Procedendo dall’interno verso l’esterno del Sole possiamo distinguere quattro involucri
gassosi.
• Il nucleo solare, relativamente piccolo rispetto al volume totale del globo, ha una
temperatura sui 15 milioni di gradi.
• La zona radiativa è lo spesso strato che circonda il nucleo solare.
• La zona convettiva è la regione nella quale enormi getti di gas incandescente salgono
e, dopo essersi raffreddati, ridiscendono.
• La fotosfera è ciò che si vede, quando si osserva il Sole; ha una temperatura di circa
6000 °C e da essa proviene la maggior parte delle radiazioni solari, tra cui la luce.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Una stella chiamata Sole
• Nella fotosfera compaiono delle
aree più scure, le macchie solari,
variabili nel tempo per forma,
dimensione e numero.
• Le macchie solari, appaiono più
scure perché sono più fredde di
1500°C rispetto alle aree
circostanti.
• Il loro numero varia con un ciclo
che dura 11 anni, detto ciclo delle
macchie solari.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Una stella chiamata Sole
• La cromosfera è sede di
imponenti fenomeni come le
protuberanze e i brillamenti.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
La Luna: la compagna su cui il tempo
si è fermato
La Luna è uno dei satelliti più grandi del Sistema
solare.
• Il suo raggio medio è di 1740 km,
un quarto di quello terrestre.
• La Luna ha una densità media che è
circa la metà di quella terrestre.
• La Luna è caratterizzata da forti
escursioni termiche.
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
La Luna
E’ un corpo di piccole dimensioni che a causa della
debole forza di gravità (circa 1/6 di quella terrestre),
non è capace di trattenere alcuna atmosfera
intorno a sé.
Per la mancanza di atmosfera, di notte il calore
accumulato durante il dì si disperde rapidamente
nello spazio, facendo così scendere la temperatura
fino a – 150°C.
Viceversa, durante il dì mancando la protezione
dell’atmosfera che filtra i raggi solari, la superficie si
riscalda enormemente, raggiungendo più di
100°C.
La Luna: la compagna su cui il tempo
si è fermato
Le più importanti formazioni della superficie lunare sono oggi classificate
come crateri d’impatto, altipiani e mari (scure distese di lava).
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014