Il Sole è la stella del nostro Sistema planetario e si è formato

il sole
Il Sole ai raggi X visto dalla sonda Soho mostra la sua intensa attività
Un’immagine della fotosfera con un ﬁltro “rosso” mostra le macchie solari
L’emissione elettromagnetica del Sole, che ancora agli inizi del secolo scorso era attribuita alla contrazione
gravitazionale della stella e al conseguente riscaldamento del suo interno, risiede invece nella fusione nucleare
che avviene nel centro: la fusione nucleare consiste nella trasformazione di quattro nuclei di idrogeno
(il costituente principale del Sole) in un nucleo di elio; la massa di quest’ultimo è leggermente minore della
somma delle masse dei nuclei di idrogeno, la differenza viene trasformata in energia.
Una ricostruzione della Via Lattea, la nostra Galassia
Il Sole è la stella del nostro Sistema planetario e si è formato, insieme ai pianeti, circa 4,5 miliardi di anni fa. Intorno ad esso si
muovono i pianeti e una moltitudine di altri corpi, dagli asteroidi ai meteoriti, dalle comete ai grani di polvere cosmica.
Il Sole è una stella di tipo medio come tante altre, né troppo piccola né troppo grande. La sua distanza dalla Terra è di
149.597.870,691 km e la luce solare impiega 8,317 minuti per raggiungerci, anche se viaggia a circa 300.000 km/s!
La distanza della Terra dal Sole si chiama Unità Astronomica (U.A.).
Questa enorme sfera di gas incandescenti ha un diametro di 1,4 milioni di chilometri, pari a 109 pianeti grandi come la Terra
afﬁancati. Il suo peso è pari a 330.000 volte quello della Terra. Dentro al Sole troverebbero posto 1.300.000 pianeti come la Terra.
Il Sistema solare - e con esso anche la Terra - si trova in una posizione periferica di un’enorme struttura a spirale composta da
oltre 100 miliardi di stelle: la Via Lattea.
La Via Lattea è una galassia costituita da diverse braccia di spirale e il Sole fa parte del Braccio di Orione a circa 26.000 anni
luce dal centro.
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La posizione del Sole nel braccio di Orione
Osservatorio Astronomico di Bologna
17-09-2010 11:46:55
il sole
L’evoluzione di una stella come il Sole e di una stella gigante
L’atmosfera terrestre fa da ﬁltro alla radiazione solare inﬂuenzando gli andamenti climatici terrestri e lo sviluppo della vita sulla sua superﬁcie
Una stella nasce per contrazione gravitazionale di una nebulosa formata da gas e polveri. Quando le temperature centrali della
nube raggiungono circa i 10 milioni di gradi, si innescano le reazioni nucleari che portano l’idrogeno a trasformarsi in elio.
Il destino di una stella dipende dalla sua massa. Se è piccola come il Sole, quando l’idrogeno sta per essere esaurito
nel nucleo, le reazioni nucleari si spostano verso gli strati più esterni che si espandono e man a mano si raffreddano
(diventando quindi rosse). La stella diventerà quindi una Gigante Rossa, grande più dell’orbita della Terra.
Quando la temperatura centrale della stella ha raggiunto i 100 milioni di gradi, i nuclei di elio cominciano a fondersi a tre per
volta per formare un nucleo di carbonio. Quando l’elio sta per esaurirsi, il nucleo si contrae e gli strati esterni si espandono
e vengono espulsi dalla stella lasciando scoperto il nucleo caldo e denso e dando origine ad una nana bianca.
Le stelle più massicce riescono ad innescare le reazioni di fusione degli elementi più pesanti del carbonio, mentre il nucleo
si riscalda sempre di più ﬁno al bruciamento del ferro. A questo punto le stelle esplodono come Supernove espellendo una
nube di gas nello spazio mentre il nucleo si contrae diventando una stella di neutroni densa e compatta. Per Stelle ancora
più grandi, oltre 25 volte la massa del Sole, dall’esplosione di una supernova si forma un buco nero.
La radiazione solare attraversa la nostra atmosfera nella banda del visibile e nella regione delle onde radio. La radiazione
Ultravioletta, X e Gamma è assorbita dallo strato d’ozono, che protegge la superﬁcie terrestre dagli effetti nocivi per la vita.
Le macchie solari, le facole, le eruzioni e le protuberanze sono l’espressione più evidente della continua attività solare,
che è il riﬂesso della produzione d’energia, tramite fusione nucleare, che avviene nel nucleo ad altissima temperatura.
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Sommario del Sistema solare
D (UA)
R/RT
M/MT
Densità
(g/cm3)
Prot/PT
Lune
Inclinazione
dell’orbita
Sole
0
109
332.800
1,410
25-36
---
---
Mercurio
0,39
0,38
0,05
5,43
58,8
0
7
0,2056
Venere
0,72
0,95
0,815
5,25
244
0
3,394
0,0068
Terra
1,0
1,0
Marte
1,5
0,53
Asteroidi
2-4
Giove
Eccentricità
dell’orbita
---
1,0
5,52
1,0
1
0,000
0,0167
0,11
3,95
1,029
2
1,850
0,0934
Cerere, Pallade, Vesta e Giunone sono i maggiori. Nella fascia si trovano oltre 170.000 oggetti
5,2
11
318
1,33
0,411
63
1,308
0,0483
Saturno
9,5
9
95
0,69
0,445
62
2,488
0,0560
Urano
19,2
4
15
1,29
0,748
27
0,774
0,0461
Nettuno
30,1
4
17
1,64
0,671
13
1,774
0,0097
TNOs
Oggetti Transnettuniani
Plutone
Pianeti
extrasolari
30-100
39,5
Più di 1.000 corpi celesti oltre l’orbita di Nettuno. Plutone e Eris sono i più noti
0,18
0,002
2,03
6,39
3
17,15
0,2482
442 pianeti tra cui 41 Sistemi extrasolari multipli ed una “superterra” di 4,7 masse terrestri
Osservatorio Astronomico di Bologna
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i pianeti rocciosi
Mercurio il più vicino al Sole
La coltre di nubi
che sovrasta Venere
non ci permette, nel visibile,
sibile,
di osservarne la superﬁﬁcie
I quattro pianeti interni e la Luna. Le dimensioni reciproche sono rispettate
I pianeti sono otto e rappresentano i corpi celesti più importanti del
Sistema solare. Si suddividono in due importanti tipologie: i quattro
pianeti interni, rocciosi, e i quattro pianeti esterni, giganti e gassosi.
PIANETI INTERNI (ROCCIOSI)
Nella fascia interna, entro 1,5 Unità Astronomiche si trovano in
ordine di distanza dal Sole, Mercurio, Venere, Terra (con la
Luna) e Marte. Ognuno di questi ha una superﬁcie rocciosa, ma,
a causa della differente distanza dal Sole, presenta caratteristiche
ﬁsiche distinte.
Mercurio è un mondo piccolo e roccioso e non ha atmosfera né
acqua. È situato alla distanza di 0,39 U.A. dal Sole e compie un
giro completo attorno ad esso in 88 giorni terrestri circa, alla velocità
di 47,89 km/sec (172.000 km/h). Non ha satelliti. Le variazioni di
temperatura tra la faccia illuminata e quella in ombra superano le
centinaia di gradi. Il suo aspetto superﬁciale somiglia molto a quello
della Luna: la superﬁcie è costellata da numerosi crateri prodotti
dall’impatto di asteroidi. Mercurio è inaspettatamente denso:
probabilmente ha un grande nucleo di ferro, che riempie quasi
tutta la sua massa interna, e presenta anche un campo magnetico
sorprendentemente forte.
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Venere è il corpo celeste più luminoso nel cielo notturno dopo
la Luna. Dista 0,72 U.A. dal Sole e percorre un’orbita intorno ad
esso in 0,6 anni terrestri, cioè 225 giorni, alla velocità orbitale di
35,3 km/sec (circa 127 000 km/h). Sotto certi aspetti Venere è
un pianeta gemello della Terra, ma è privo d’acqua; ha all’incirca
le stesse dimensioni ed è fatto degli stessi materiali rocciosi. La
sua atmosfera è la più densa e la più spessa di quella di tutti i
pianeti interni, il ché nasconde alla vista diretta la sua superﬁcie.
La composizione dell’atmosfera rivela una grande prevalenza di
anidride carbonica con intense piogge acide. La temperatura alla
superﬁcie è costantemente superiore ai 400° centigradi, a causa di
un intenso effetto serra. Senza una protezione speciale, un visitatore
su Venere morirebbe all’istante, schiacciato dall’enorme pressione
dell’atmosfera, soffocato dall’assenza di ossigeno, bruciato dal
caldo torrido e disciolto dall’acido. La superﬁcie di Venere è stata
esplorata con il radar, dalla sonda Magellano, e le mappe mostrano
migliaia di vulcani e pochi crateri da impatto indice di una superﬁcie
relativamente giovane. Ci sono due principali zone montuose con
vette più alte del monte Everest.
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17-09-2010 12:19:42
i pianeti rocciosi
La Luna, unico satellite tra
i pianeti rocciosi, forma un
sistema
doppio con la Terra
s
La Terra il pianeta vivente,
più del 70% della sua superﬁcie
è coperta d’acqua
La Terra è il terzo pianeta in ordine di distanza dal Sole
ed il quinto come dimensioni. Ha un diametro di 12.756
km e viaggia nel Sistema solare, attorno al Sole, ad una
velocità di 29,3 km/sec (108.000 km/h), compiendo un
giro in 365,256 giorni. L’idea che la Terra - da un punto
di vista astronomico - sia un pianeta come tutti gli altri
che ruota attorno al Sole ha iniziato ad essere accettata
soltanto con Copernico nel XVI Secolo. L’inclinazione
di 23,5 gradi dell’asse terrestre che unisce i poli nord e
sud dà origine alle stagioni. Quando il polo nord punta
verso il Sole, allora è estate nei paesi dell’emisfero nord.
Viceversa, quando il polo nord si allontana dal Sole, gli
stessi paesi entrano nella stagione invernale. Le stagioni
sono l’esatto opposto per i paesi dell’emisfero sud. La
vita in tutte le sue espressioni si è evoluta sulla Terra a
partire da 3,5 miliardi di anni fa, ed è la vita stessa che
mantiene costante la presenza di ossigeno nell’atmosfera
a circa il 21% del totale. Per quanto ne sappiamo ﬁno
ad oggi, la Terra è l’unico pianeta nel Sistema Solare in
cui la vita si è sviluppata e mantenuta con caratteristiche
straordinarie e legate alla “fragilità” del nostro ambiente.
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Marte con in primo piano
la Valle Marineris
e sul bordo destro
tre grandi vulcani spenti
Marte è il settimo pianeta per grandezza ed il quarto
dal Sole con una distanza media di 1,52 U.A. e compie
un’intera rivoluzione intorno ad esso in 1,88 anni
terrestri alla velocità di 24,13 km/sec (87.000 km/h). È
comunemente chiamato il “pianeta rosso” per la presenza
di ruggine nelle rocce marziane. Marte è più piccolo
della Terra e tutta la sua superﬁcie eguaglia quella delle
terre emerse del nostro pianeta. L’emisfero meridionale
presenta crateri d’impatto simili a quelli della Luna,
mentre l’emisfero settentrionale presenta pianure più
giovani e con una storia geologica molto più complessa.
L’atmosfera è circa 100 volte meno densa rispetto alla
Terra ed è composta per la maggior parte da anidride
carbonica. Sebbene le estati nei pressi dell’equatore
possano essere piuttosto tiepide, la temperatura
media è di –63 °C sotto lo zero, simile agli inverni in
Antartide. Inoltre, le notti possono essere freddissime.
Recenti misure hanno dimostrato per la prima volta la
presenza nei pressi dei Poli di Marte di uno strato di
permafrost di ghiaccio d’acqua, mentre quello osservato
precedentemente era “ghiaccio secco” cioè anidride
carbonica congelata.
Sommario del Sistema solare
D (UA)
R/RT
M/MT
Densità
(g/cm3)
Prot/PT
Lune
Inclinazione
dell’orbita
Sole
0
109
332.800
1,410
25-36
---
---
Mercurio
0,39
0,38
0,05
5,43
58,8
0
7
0,2056
Venere
0,72
0,95
0,815
5,25
244
0
3,394
0,0068
Terra
1,0
1,0
Marte
1,5
0,53
Asteroidi
2-4
Giove
Eccentricità
dell’orbita
---
1,0
5,52
1,0
1
0,000
0,0167
0,11
3,95
1,029
2
1,850
0,0934
Cerere, Pallade, Vesta e Giunone sono i maggiori. Nella fascia si trovano oltre 170.000 oggetti
5,2
11
318
1,33
0,411
63
1,308
0,0483
Saturno
9,5
9
95
0,69
0,445
62
2,488
0,0560
Urano
19,2
4
15
1,29
0,748
27
0,774
0,0461
Nettuno
30,1
4
17
1,64
0,671
13
1,774
0,0097
TNOs
Oggetti Transnettuniani
Plutone
Pianeti
extrasolari
30-100
39,5
Più di 1.000 corpi celesti oltre l’orbita di Nettuno. Plutone e Eris sono i più noti
0,18
0,002
2,03
6,39
3
17,15
0,2482
442 pianeti tra cui 41 Sistemi extrasolari multipli ed una “superterra” di 4,7 masse terrestri
Osservatorio Astronomico di Bologna
17-09-2010 12:23:45
i pianeti gassosi
Giove visto dalla
sonda Cassini
I quattro pianeti esterni confrontati con quelli interni: le dimensioni reciproche sono rispettate
La Grande Macchia Rossa osservata dal Voyager 1
PIANETI ESTERNI (GASSOSI)
I quattro pianeti giganti, Giove, Saturno, Urano e Nettuno, contengono il 99% del
materiale del Sistema solare, Sole escluso. Sono formati da gas di idrogeno ed elio con
miscugli di metano, ammoniaca, ed acqua. Tutti e quattro hanno, probabilmente, un
nucleo costituito da metalli, silicati ed idrogeno fortemente compresso. Tre dei pianeti
Giganti irradiano più calore di quanto ne ricevano dal Sole. Curiosamente solo Urano non
presenta questo eccesso di calore.
Tutti i pianeti giganti possiedono un sistema di anelli, che è particolarmente eclatante nel
caso di Saturno. Mentre tra i pianeti interni solo la Terra ha un satellite, i quattro pianeti
esterni hanno un gran numero di satelliti di grandi dimensioni, alcuni dei quali persino più
grandi di Mercurio.
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pannelli grand.indd 5
Giove dista 5,20 U.A. e impiega quasi 12 anni terrestri per compiere un’intera rivoluzione
attorno al Sole alla velocità media di 13,06 km/sec (47.000 km/h). La temperatura negli
strati più bassi dell’atmosfera è molto bassa, attorno ai –145 gradi ºC.
Giove, essendo una gigantesca palla di gas, non ha una superﬁcie solida. La sua
atmosfera appare come una nuvola con strisce e macchie colorate. La formazione
colorata più grande, chiamata Grande Macchia Rossa, è una gigantesca tempesta,
grande diverse volte più della Terra, che si manifesta ininterrottamente da più di 300 anni.
I “pianeti medicei” sono i principali tra i suoi oltre 60 satelliti. Io presenta un sistema di
vulcani attivi, generati dal forte riscaldamento mareale del suo interno. Europa ha una
superﬁcie ghiacciata e uno strato interno spesso alcune decine di chilometri dove l’acqua
si trova allo stato liquido. L’acqua è molto più abbondante nella fascia esterna del Sistema
solare che in quella interna. Ganimede ha chiazze chiare e scure con solchi e crateri.
Callisto ha una superﬁcie antica, cosparsa di crateri.
Osservatorio Astronomico di Bologna
17-09-2010 12:32:03
i pianeti gassosi
Saturno ed il suo sistema di anelli visti dalla sonda Cassini
Saturno dista 9,54 U.A. dal Sole e percorre un’intera
orbita intorno ad esso in circa 29,5 anni alla velocità di
9,64 km/sec (35.000 km/h).
È il più esterno dei pianeti visibili ad occhio. È il secondo
dei pianeti esterni per dimensioni, ma è quello con la
densità più bassa, persino inferiore a quella dell’acqua.
Se si potessero buttare tutti i pianeti in uno specchio
d’acqua, Saturno sarebbe l’unico a galleggiare. Il pianeta
è caratterizzato da un sistema di anelli che ne fanno il più
spettacolare tra i pianeti del Sistema solare. I suoi anelli
sono formati da particelle di varie dimensioni ruotanti
attorno al pianeta in orbite circolari indipendenti.
Alcuni tra i suoi satelliti di ghiaccio, come Encelando,
presentano fenomeni di eruzioni di acqua che dall’interno
del satellite prorompe verso l’esterno sotto forma di
Geyser, confermando la presenza di grandi quantità di
acqua nella fascia esterna del Sistema solare.
Urano è il primo dei pianeti del Sistema solare
sconosciuti agli antichi; è stato scoperto solo nel 1781
da W. Herschel. Dista dal Sole 19 U.A. e impiega 84 anni
per compiere una rivoluzione attorno al Sole percorrendo
l’orbita alla velocità di 6,8 km/s (24.000 km/h). Urano
gira come una trottola caduta su un lato. Ciò signiﬁca
che il Sole alternativamente ne illumina direttamente i
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pannelli grand.indd 6
Urano il “pianeta rotolante” con alcuni dei suoi satelliti osservato dal telescopio Spaziale HST
Nettuno, il più lontano, osservato dal telescopio Spaziale HST
poli. Di conseguenza, estate e inverno durano 21 anni,
rendendo i poli alternativamente i luoghi più caldi e più
freddi del pianeta. Osservato da Terra, Urano appare
come un disco verdastro in cui si distinguono striature
simili alla strutture a bande di Giove. E’ stato visitato nel
1986 dal Voyager 2.
Nettuno è stato scoperto solo nel 1846 da Johann
Galle, un astronomo dell’Osservatorio di Berlino. Nettuno
è praticamente un gemello di Urano. Il suo volume è 57
volte maggiore di quello della Terra, ma gira piuttosto
velocemente, considerando che un giorno dura solo
16 ore e 7 minuti. La sua distanza media dal Sole è
di circa 4.500 milioni di chilometri - circa 30 U.A. - e
un anno di Nettuno equivale a quasi 165 anni della
Terra ruotando attorno al Sole alla velocità di 5,4 km/
sec (19.440 km/h). Come Urano, anche l’atmosfera di
Nettuno è costituita di idrogeno, elio e metano. Il suo
interno è invece composto di ghiacci, con un nucleo
probabilmente roccioso. Sebbene l’atmosfera sia molto
fredda (–220º C), sul pianeta blu sofﬁano venti molto forti
e si scatenano violente tempeste. Ha inoltre 13 satelliti
noti, di cui il più grande è Tritone, un mondo di ghiacci
più vasto di Plutone. Tritone è molto freddo, perciò la sua
sottile atmosfera si è congelata sulla superﬁcie.
Sommario del Sistema solare
D (UA)
R/RT
M/MT
Densità
(g/cm3)
Prot/PT
Lune
Inclinazione
dell’orbita
Sole
0
109
332.800
1,410
25-36
---
---
Mercurio
0,39
0,38
0,05
5,43
58,8
0
7
0,2056
Venere
0,72
0,95
0,815
5,25
244
0
3,394
0,0068
Terra
1,0
1,0
Marte
1,5
0,53
Asteroidi
2-4
Giove
Eccentricità
dell’orbita
---
1,0
5,52
1,0
1
0,000
0,0167
0,11
3,95
1,029
2
1,850
0,0934
Cerere, Pallade, Vesta e Giunone sono i maggiori. Nella fascia si trovano oltre 170.000 oggetti
5,2
11
318
1,33
0,411
63
1,308
0,0483
Saturno
9,5
9
95
0,69
0,445
62
2,488
0,0560
Urano
19,2
4
15
1,29
0,748
27
0,774
0,0461
Nettuno
30,1
4
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1,64
0,671
13
1,774
0,0097
TNOs
Oggetti Transnettuniani
Plutone
Pianeti
extrasolari
30-100
39,5
Più di 1.000 corpi celesti oltre l’orbita di Nettuno. Plutone e Eris sono i più noti
0,18
0,002
2,03
6,39
3
17,15
0,2482
442 pianeti tra cui 41 Sistemi extrasolari multipli ed una “superterra” di 4,7 masse terrestri
Osservatorio Astronomico di Bologna
17-09-2010 12:34:26
i pianeti
extrasolari
51 Pegasi Hot Jupiters il primo extrasolare osservato (ricostruzione artistica)
Il sistema extrasolare Epsilon Eridani confrontato con il nostro Sistema solare (ricostruzione artistica)
2M1207 una Nana Bruna situata nella costellazione dell’Idra a 173 anni luce dalla Terra (immagine diretta)
Fino alla metà degli anni ‘90, l’esistenza dei pianeti extrasolari era relegata al regno della fantasia. Solo nell’ottobre del 1995 M. Mayor e D. Queloz dell’Osservatorio
di Ginevra annunciarono la scoperta di un pianeta di grande massa attorno alla stella di tipo solare, 51 Pegasi. Pochi mesi dopo anche G. W. Marcy e R.P. Butler
dell’Università Statale di S. Francisco e dell’Università della California, Berkeley, riferirono la scoperta di altri due corpi in orbita intorno a stelle simili, 47 Ursae Majoris e
70 Virginis.
51 Pegasi è un pianeta delle dimensioni di Giove ma molto più vicino alla sua stella di quanto lo sia il Mercurio al Sole.
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Osservatorio Astronomico di Bologna
17-09-2010 12:40:59
i pianeti
extrasolari
Con metodo delle velocità radiali si individuano i pianeti extrasolari
Il metodo delle occultazioni permette di osservare pianeti che transitano sulla stella e in questo modo
di misurarne il raggio e la densità
Il sistema extrasolare della stella 55 Cancri con 5 pianeti extrasolari (ricostruzione artistica)
Sommario del Sistema solare
Sono ormai oltre quattrocento i pianeti extrasolari osservati con diverse metodologie. La maggior parte
di questi sono pianeti giganti simili ai nostri Giove, Saturno, Urano e Nettuno. Alcuni si raggruppano
in veri e propri sistemi extrasolari con tre o quattro componenti, come ad esempio il sistema Epsilon
Eridani e 55 Cancri.
Con lo sviluppo di nuove metodologie si sono osservati pianeti come COROT-7b di 4,74 masse
terrestri e con un raggio di 1,65 raggi terrestri. Dal momento che di questo pianeta si conosce il
raggio, è stato possibile calcolare la densità, risultata analoga a quella terrestre. Possiamo quindi
affermare che è stata scoperta la prima super-terra ad una distanza di 150 anni luce attorno ad una
stella simile al nostro Sole.
A quando una “nuova terra”? Bisognerà aspettare ancora alcuni decenni, ma prima o poi troveremo
un pianeta gemello del nostro.
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D (UA)
R/RT
M/MT
Densità
(g/cm3)
Prot/PT
Lune
Inclinazione
dell’orbita
Sole
0
109
332.800
1,410
25-36
---
---
Mercurio
0,39
0,38
0,05
5,43
58,8
0
7
0,2056
Venere
0,72
0,95
0,815
5,25
244
0
3,394
0,0068
Terra
1,0
1,0
Marte
1,5
0,53
Asteroidi
2-4
Giove
Eccentricità
dell’orbita
---
1,0
5,52
1,0
1
0,000
0,0167
0,11
3,95
1,029
2
1,850
0,0934
Cerere, Pallade, Vesta e Giunone sono i maggiori. Nella fascia si trovano oltre 170.000 oggetti
5,2
11
318
1,33
0,411
63
1,308
0,0483
Saturno
9,5
9
95
0,69
0,445
62
2,488
0,0560
Urano
19,2
4
15
1,29
0,748
27
0,774
0,0461
Nettuno
30,1
4
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1,64
0,671
13
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0,0097
TNOs
Oggetti Transnettuniani
Plutone
Pianeti
extrasolari
30-100
39,5
Più di 1.000 corpi celesti oltre l’orbita di Nettuno. Plutone e Eris sono i più noti
0,18
0,002
2,03
6,39
3
17,15
0,2482
442 pianeti tra cui 41 Sistemi extrasolari multipli ed una “superterra” di 4,7 masse terrestri
Osservatorio Astronomico di Bologna
17-09-2010 12:44:54