pianeti

APPUNTI DI SCIENZE della TERRA
I pianeti del sistema solare
Prof.ssa Patrizia Moscatelli
Liceo Scientifico Statale Vito Volterra
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1 . Mercurio
Generalità
Mercurio, nella mitologia Romana, era il dio dei
commerci, dei viaggi e dei ladri. Il pianeta, dai
Greci, ha ricevuto due nomi diversi: Apollo, come
stella del mattino, e Ermete, come stella della
sera. Gli astronomi greci sapevano però che i due
nomi
si
riferivano
allo
stesso
oggetto.
Probabilmente ha ricevuto questo nome a causa
del suo rapido moto attraverso cielo: è infatti il
pianeta del Sistema Solare che possiede il moto
di rivoluzione più rapido.
Caratteristiche fisiche
Mercurio è il pianeta più interno del Sistema Solare ed è il più piccolo dei pianeti
rocciosi. Esso è noto almeno dall'epoca dei Sumeri, cioè
dal terzo millennio prima di Cristo, ma, essendo molto
vicino al Sole, è anche difficile da osservare a causa
della luce solare.
Ha una densità analoga a quella terrestre, molto
alta (seconda dopo la terra), giustificata dalla presenza
di un grosso nucleo di ferro e nichel che si estende
per circa sette decimi del raggio del pianeta, rendendo
Mercurio il pianeta più ricco di ferro di tutto il Sistema
Solare. Probabilmente è proprio questa caratteristica a
renderlo unico pianeta terrestre, oltre alla Terra, a
possedere un campo magnetico dipolare.
Mercurio, a differenza degli altri pianeti terrestri, come la Luna è praticamente privo
di atmosfera. Ciò è dovuto alla massa piccola ed alla temperatura elevata, che gli
impediscono di trattenere le sostanze gassose costituenti l'atmosfera con la
conseguente dispersione nello spazio.
A causa dell'assenza dell'atmosfera, il cielo su Mercurio appare di colore nero e le
stelle sarebbero visibili anche durante il giorno.
Il Sole appare più grande (circa due volte e mezza) rispetto a come è visto dalla Terra
e i suoi raggi sono quasi sette volte più forti di quanto sono sulla superficie terrestre.
Moti
Su Mercurio non esistono stagioni analoghe a quelle che si manifestano sul nostro
pianeta. Ciò accade perché l’asse di rotazione del pianeta è posto virtualmente ad
angolo retto rispetto alla sua orbita; di conseguenza vicino ai poli ci sono aree che non
ricevono mai la luce del Sole.
Ruota attorno al Sole con un periodo molto più breve rispetto agli altri pianeti: circa
88 giorni. Il suo moto di rotazione è invece molto lento: esso impiega 58,6 giorni
terrestri per compiere un giro su se stesso. Mercurio completa quindi tre rotazioni ogni
due rivoluzioni.
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Per la vicinanza al sole, la lunga durata del periodo di rotazione e la mancanza di
atmosfera, durante il giorno le temperature raggiungono valori estremamente alti
(410°C) e di notte estremamente bassi (-143°C), pertanto l’escursione termica
giornaliera è elevata.
La superficie di Mercurio ricorda quella lunare, ricca di crateri da impatto, prodotti
dalla caduta di meteoriti.
2 . Venere
Generalità
L'orbita di Venere è tale che il pianeta è visibile in
cielo nelle vicinanze del Sole, in certi periodi
all'alba e in altri al crepuscolo. Per questo gli
antichi credevano che si trattasse di due astri
distinti: Lucifero quello del mattino, Vespero
quello della sera. A causa della sua particolare
lucentezza, questo pianeta è stato dedicato alla
dea della bellezza e dell'amore.
Caratteristiche fisiche
Le caratteristiche fisiche di Venere (massa, densità, presenza di atmosfera,
dimensioni) sono molto simili a quelle terrestri, tanto che viene considerato un
"gemello" della Terra anche se differisce da questa per la mancanza di una superficie
dinamica, per il campo magnetico quasi inesistente, per la densa atmosfera (la più
alta tra i pianeti del Sistema solare), per il senso di rotazione orario, per la mancanza
di stagioni e di satelliti.
Il pianeta riflette il 70 % della luce che riceve dal Sole: la sua albedo è la più alta di
tutto il Sistema Solare. L’altissimo potere riflettente sembra determinato dall’
atmosfera molto spessa che ha sempre ostacolato l’osservazione diretta del pianeta
tanto da essere studiato solo dopo gli anni ’60 con l’esplorazione diretta da parte di
sonde spaziali.
L'atmosfera di Venere è costituita quasi esclusivamente (96,4%) da anidride carbonica
(CO2), da azoto (3,4%), da concentrazioni variabili di vapore acqueo (circa 0,01%) e
tracce di ossigeno.
La temperatura al suolo è infernale: tocca infatti i 450-460 °C e la densa atmosfera
immagazzina e trasporta così efficacemente il calore da eliminare qualunque
variazione diurna, stagionale o latitudinale. In altre parole, la differenza di
temperatura tra l'equatore e i poli è di soli pochi gradi ed anche durante la lunga notte
il caldo non diminuisce. La pressione superficiale è pari a 90 atmosfere; sulla Terra
bisognerebbe scendere sott'acqua alla profondità di 900 metri circa per sperimentare
una pressione simile.
Nubi di acido solforico (H2SO4) collocate in una fascia d'altezza compresa tra 42 e 59
km, si spostano ad una velocità media di 360 km/h e nella fascia più alta si
presentano condensate in goccioline di piogge acide per le basse (-20°C) temperature
atmosferiche. Al di sotto dei 30 km, tali goccioline evaporano senza raggiungere il
suolo, per l’alta temperatura, 300°C (temperatura di ebollizione dell’acido). L'enorme
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quantità di anidride carbonica nella bassa
atmosfera genera inoltre un pronunciato
effetto serra che impedisce lo smaltimento
del calore, determinando sul pianeta la più
alta temperatura superficiale del Sistema
solare (circa 480 °C). Non solo la
temperatura è addirittura superiore a quella
che si raggiunge
su Mercurio,
ma
l'escursione termica tra il giorno e la notte è
estremamente ridotta.
Caratteristiche geomorfologiche
La maggior parte della sua estensione è
occupata da pianure desertiche. Sulla sua
superficie sono presenti anche delle vaste
depressioni, due grandissimi altopiani e
alcune regioni montuose, alcune delle quali
raggiungono i 10 km di altezza. Questi
monti sono di natura vulcanica, e gran parte
della superficie di Venere è coperta di lava
solidificata.
Non si osservano invece crateri recenti
sulla superficie venusiana: i meteoriti che
attualmente cadono hanno dimensioni sufficientemente
completamente disgregati dalla densa atmosfera del pianeta.
piccole
da
venire
Moti
La velocità orbitale è piuttosto elevata e la distanza dal Sole relativamente ridotta,
pertanto il pianeta compie una rivoluzione completa intorno al Sole in un tempo
abbastanza breve (circa 225 giorni). Al contrario, il moto di rotazione di Venere
attorno al proprio asse è il più lento tra tutti i pianeti del Sistema solare (una
rotazione completa richiede circa 244 giorni) ed il periodo di rotazione risulta
maggiore del periodo di rivoluzione. La durata del giorno, intesa come insieme del dì e
della notte (pari a circa 117 giorni terrestri), è comunque inferiore alla durata
dell'anno, in quanto il moto di rotazione di Venere è retrogrado; avviene cioè in senso
inverso rispetto a quello degli altri pianeti.
A causa della velocità di rotazione estremamente ridotta, Venere non possiede un
campo magnetico.
3 . Marte
Generalità
Marte viene spesso chiamato il 'pianeta rosso' perché
nel cielo notturno appare come una stella arancionerossa. Il colore associato a quello del sangue sparso sui
campi di battaglia spinse gli antichi greci e romani a
chiamarlo come il loro dio della guerra (Ares per i Greci
e Mars per i Romani). Oggi, grazie ai satelliti
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esplorativi e scientifici, sappiamo che l'aspetto del pianeta è dovuto alla prevalenza di
ossido di ferro (ruggine) nelle rocce marziane.
I nomi dei due satelliti di Marte, Deimos e Phobos, significano in lingua greca,
rispettivamente "follia" e "paura", e oltre ad avere lo stesso nome dei due figli di Ares,
rappresentano gli aspetti spaventosi della guerra, impersonata dal dio.
Marte
è
sempre
stato,
nella
letteratura
e
nell'immaginario collettivo, il luogo più adatto nel
Sistema solare ad ospitare forme di vita extraterrestri.
Già alla fine dell'800 un astronomo americano propose
l'idea che i canali avvistati sulla superficie marziana
potessero essere opere di ingegneria realizzate dagli
abitanti del pianeta.
Questo pianeta possiede le tre condizioni ritenute dagli
scienziati indispensabili per la vita:
- elementi quali carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto
- energia sotto forma di energia solare o calore
proveniente dal sottosuolo
- acqua
Nel 1976 la sonda spaziale Viking 1, in orbita attorno al pianeta, scattò la foto di una
porzione della superficie di Marte nella quale compare una particolare conformazione
rocciosa (di circa 3 x 1,5 km) che ricorda le sembianze di un volto umano. Tra le
diverse interpretazioni della foto, ve ne fu una che sosteneva si trattasse di qualche
sorta di monumento artificiale costruito da antiche forme di vita intelligenti che
visitarono o abitarono Marte in passato.
Fino ad oggi non si sono riscontrati segni di vita su Marte presente o passata. La
sonda Nasa Curiosity un robotlaboratorio spaziale ha identificato
evidenti tracce di acqua più "pesante"
di
quella
terrestre,
contenente
deuterio, zolfo, cloro e molecole
organiche semplici che nulla ci dicono
sulla presenza di vita su Marte.
La NASA, così come altre Agenzie
Spaziali, continua infatti ad inviare
sonde e apparecchi come Curiosity
equipaggiati da RTG (radioisotope thermoelectric generator) ovvero un generatore
termoelettrico a radioisotopi, cioè convertitore di calore in energia elettrica che sfrutta
l’energia nucleare (decadimento radioattivo) liberata dal letale plutonio 238.
Così come sulla Terra non si accetterebbe un auto che girasse nelle nostre città con
questo materiale altamente radioattivo e mortale, non si comprende, se non per il
profondo egoismo umano, come si possa "scoprire la vita" con una "bomba sporca" su
rotelle. Fatto sta che proprio questo "reattore nucleare" permetterà la vita di Curiosity
per almeno altri 55 anni.
La NASA ha quindi deciso il 4 dicembre 2012 di estendere la missione di Curiosity fino
a "consumazione" (o ad "esaurimento") del Mars Science Laboratory(Curiosity) stesso.
Ufficialmente la fine dell'operatività di Curiosity era prevista dopo due anni.
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Caratteristiche fisiche
L'inclinazione dell'asse di rotazione è praticamente simile a quella terrestre (24°46'
contro i 23°27' terrestri) per cui su Marte si ha un'alternanza di stagioni come le
nostre; solo che, a causa della maggior distanza dal Sole e della maggior durata di
un'intera rivoluzione (pari a 687 giorni terrestri), le stagioni sono più fresche e durano
quasi il doppio. Marte ha delle calotte permanenti di ghiaccio ad entrambi i poli,
composte per lo più di anidride carbonica solida ("ghiaccio secco"). Queste calotte
mostrano una struttura stratificata, con strati di ghiaccio alternati a concentrazioni di
polvere scura. Durante l'estate nell'emisfero nord, l'anidride carbonica sublima
completamente, lasciando uno strato residuo di ghiaccio d'acqua. Non si sa se ci sia
uno strato analogo sotto la calotta del polo sud (a sinistra), poiché la sua anidride
carbonica non scompare mai del tutto. Ciò si pensa sia dovuto alla diversa durata
delle stagioni nei due emisferi, estate più lunga, ma meno calda nell’emisfero boreale
rispetto a quello australe per la diversa distanza dal sole. I cambiamenti stagionali
conseguenti al mutamento delle calotte polari fanno variare la pressione atmosferica
di circa il 25% visto che questa è formata soprattutto da anidride carbonica.
Marte ha un atmosfera molto sottile, composta per lo più dalla modesta quantità
residua di anidride carbonica (95,3%), cui si aggiungono azoto (2,7%), argo (1,6%) e
tracce di ossigeno (0,15%) e acqua (0,03%). Tuttavia è densa abbastanza per avere
venti molti forti e vaste tempeste di sabbia che talvolta coprono l'intero pianeta per
mesi. La lieve atmosfera di Marte produce un effetto serra, ma è sufficiente soltanto
ad aumentare la temperatura di superficie di 5 gradi; molto meno di quanto vediamo
su Venere e sulla Terra.
Caratteristiche geomorfologiche
La maggior parte della superficie marziana è assai antica e craterizzata, ma ci sono
anche valli, creste montuose, colline e pianure molto più giovani.
L'emisfero meridionale di Marte è costituito soprattutto da antichi altipiani
craterizzati, in un certo modo simili a quelli della Luna. Al contrario, la maggior parte
dell'emisfero settentrionale è
formato da pianure che
sono più giovani, meno
elevate e hanno una storia
più complessa. Sul confine fra
le due zone sembra esserci
un brusco cambiamento di
altitudine.
Le
ragioni
di
questa
dicotomia
globale
sono
sconosciute
(alcuni
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ipotizzano che sia dovuta ad un gigantesco
impatto verificatosi subito dopo la formazione del
pianeta).
La parte interna di Marte è conosciuta solo
attraverso la combinazione dei dati riguardanti la
superficie con le statistiche sulla massa del
pianeta. L'ipotesi più verosimile vede un denso
nucleo di 1.700 km di raggio, un mantello di
roccia fusa un po' più denso di quello terrestre, e
una crosta sottile. La densità di Marte è
relativamente bassa, se comparata a quella
degli altri pianeti terrestri: ciò indica che il suo
nucleo contiene probabilmente una buona
frazione di zolfo oltre al ferro (ferro e solfuro di
ferro).
Moti e satelliti
La durata del giorno su Marte è, casualmente, quasi la stessa (24h 37' 23") del giorno
sulla Terra. Il periodo di rivoluzione è quasi il doppio di quello terrestre, dovuto alla
maggiore distanza dal Sole.
Marte ha due satelliti: Deimos e Phobos. La loro esistenza era stata ipotizzata circa un
secolo e mezzo prima sia dallo scrittore inglese Jonathan Swift, che nel racconto “I
viaggi di Gulliver” fa dire dagli scienziati dell'isola galleggiante di Laputa che Marte ha
due satelliti, che da Voltaire, che fa dire la stessa cosa all'abitante di Saturno e di Sirio
nel libro Micromega. Sicuramente si tratta di pura coincidenza, in quanto i telescopi di
quel periodo, prima metà del 1700, non erano in grado di mostrare satelliti così
piccoli. Può essere interessante sapere che entrambi gli scrittori facevano parte della
Massoneria che sembra fosse in contatto con i Templari i quali sembra conservassero
conoscenze astronomiche risalenti agli antichi egizi e a questi tramandate addirittura
da antiche civiltà risalenti ai tempi di Atlantide.
I due satelliti hanno entrambi il periodo di rivoluzione uguale a quello di rotazione
intorno al proprio asse, pertanto come nel caso della
Luna con la Terra, mostrano la stessa faccia a Marte.
Phobos e' un corpo allungato, dai contorni irregolari,
oscuro e costellato di crateri. Misura appena 13,5 x 10,8
x 9,4 Km ed è il satellite più grande e più vicino a Marte.
Completa un orbita in poco più di un terzo del periodo di
rotazione marziano (7h 39' ) e proprio a causa della
vicinanza col pianeta le forze attrattive di questo stanno
"restringendo" l'orbita di Phobos di circa 1.8 m al secolo,
quindi più che di un'orbita circolare si dovrebbe parlare
di un'orbita spiraleggiante molto ampia. Quando il raggio
dell'orbita scenderà sotto i 5000 km, Fobos cadrà sul pianeta o, più
probabilmente, si disintregrerà; questo dovrebbe avvenire tra circa
50 milioni di anni.
Deimos ha la forma di un uovo, delle dimensioni di 7,5 x
Km. La sua superficie di colore rossastro è molto
fortemente craterizzata, anche se sembra molto più liscio
di Phobos in quanto le cavità sono riempite parzialmente
6,1 x 5,5
scura, e
e levifato
da detriti grossi almeno una
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decina di metri. Ruota intorno a Marte in un tempo superiore al suo moto di rotazione
e cioè in 30h 18' pertanto tende ad allontanarsi sempre di più.
I due satelliti sono simili per composizione chimica hanno rocce ricche di carbonio e
ghiaccio e sono simili ad asteroidi, infatti alcuni scienziati sostengono che si tratta di
due asteroidi catturati dal campo gravitazionale di Marte.
Si ritiene che i satelliti abbiano la stessa origine: o sono due grandi pezzi di un unico
asteroide che si è frantumato passando vicino Marte, o sono frammenti di un satellite
più grosso andato in pezzi in seguito ad una catastrofica collisione avvenuta in tempi
remoti con una cometa o con un asteroide.
Marte è inoltre l’unico pianeta terrestre assieme al quale ruotano, lungo la stessa
orbita, gruppi di asteroidi detti troiani che orbitano 60° avanti e dietro al pianeta.
4 . Giove
Generalità
Dopo lo stesso Sole, la Luna e Venere, il quarto oggetto
più luminoso del cielo ed il maggiore pianeta per massa e
dimensioni. Per tali motivi è stato chiamato come il re
degli dei dell'Olimpo (Zeus per i greci e Giove per i
romani).
Caratteristiche fisiche
E' il più grande dei pianeti giganti gassosi, del quale fanno parte pure Saturno, Urano
e Nettuno. Ha un raggio equatoriale di circa 71.500 km, 11 volte quello della Terra, la
sua massa corrisponde a 318 volte quella del nostro pianeta (il doppio di quella di tutti
gli altri messi insieme) e a causa della minore densità (un quarto di quella terrestre) il
suo volume è più di 1.000 volte quello della Terra. A causa della enorme massa, la
sua forza di gravità risulta quella più alta tra i pianeti e pari a circa 2,4 volte quella
della Terra. Per fare un esempio, un oggetto che sulla Terra pesasse 100 chili, su
Giove ne peserebbe 240.
La temperatura atmosferica di Giove è di circa -150°C, ma va aumentando verso
l'interno dove, negli strati più profondi ai quali giunge dal nucleo un surplus di
radiazione infrarossa, sale a -50°C; il nucleo del pianeta si trova a temperatura
elevatissima.
Il campo magnetico di Giove è molto intenso e ha verso
opposto rispetto a quello terrestre: una bussola sul
pianeta indicherebbe il sud anziché il nord! Tale campo
è dovuto alla grande massa d'idrogeno fluido che
compone il pianeta, la quale funziona come un
gigantesco corpo conduttore elettrico.
Nelle regioni polari del pianeta sono state osservate
emissioni aurorali, simili alle aurore polari terrestri;
esse sono probabilmente dovute a particelle cariche
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provenienti dal satellite Io. Il grande vulcanismo del satellite Io genera un'intensa
produzione di particelle cariche (ioni) . Queste particelle cariche vengono intrappolate
dal campo magnetico di Giove, colpiscono l'alta atmosfera, lì eccitano gli atomi e le
molecole, causando il loro bagliore che appare come scie di emissione bianche, a
forma di "cometa striata".
Caratteristiche geomorfologiche
Il suo aspetto è caratterizzato da fasce parallele d'ampiezza e colori diversi che
circondano la sua superficie e (come altri pianeti gioviani) da uno schiacciamento
polare;tali caratteristiche sono dovute alla combinazione dell'alta velocità di rotazione
e dello stato fluido della materia. La rotazione veloce inoltre è tra le cause delle
turbolenze e dei vortici osservabili nella sua atmosfera.
Come tutti i pianeti gassosi, non ha una superficie solida, ma semplicemente il
materiale gassoso diventa sempre più denso verso l'interno del pianeta. Quella che noi
vediamo non è quindi la superficie fisica, bensì la parte superiore della sua atmosfera.
Le bande colorate sono sistemi di nubi spinte da forti venti in direzione parallela
all'equatore del pianeta, a velocità anche superiori a 600 Km/h, con una temperatura
decrescente all'aumentare della quota, che raggiunge i -150 °C negli strati più esterni;
i venti soffiano in direzioni opposte in due bande adiacenti in modo tale che ogni
striscia è una corrente di venti a direzione contraria rispetto a quella che fiancheggia.
I loro diversi colori indicano la presenza di composti chimici diversi alle varie latitudini
dell'atmosfera gioviana e forse di reazioni chimiche tra essi: i componenti più
importanti delle nubi sono cristalli ghiacciati di ammoniaca e d'idrosolfuro di ammonio.
L'aspetto delle bande cambia con tempi che possono variare da poche ore a qualche
giorno. A volte, addirittura, qualche striscia svanisce nel nulla. E’ successo che la
banda scura appena sotto l’equatore sia scomparsa per poi riapparire dopo mesi. Visto
che si tratta di gas, è probabile che la banda si sia raffreddata per qualche motivo e
sia quindi sprofondata ad altezze minori rispetto alle altre fasce più calde. Per rendersi
di nuovo visibile dopo essersi scaldatai di nuovo per salire in superficie.
Oltre alle fasce sono presenti protuberanze,
vortici e macchie irregolari, la più grande delle
quali è la "Grande Macchia Rossa" grande
abbastanza da contenere due volte la Terra. E'
localizzata nell'emisfero sud del pianeta e
venne scoperta dall'astronomo Cassini nel
1665.
Per secoli è stata facilmente visibile, avendo
avuto uno spiccato colore rosso, ma negli
ultimi decenni si è notevolmente decolorata
arrivando ai giorni nostri ad un leggero colore marroncino, non facilmente distinguibile
dal resto delle strutture gioviane.
Giove si può definire come una stella mancata. La composizione chimica del pianeta è
simile a quella del Sole; infatti è prevalentemente gassoso, col 75% della sua massa
formato d'idrogeno e il restante 25% circa d'elio, con piccole tracce d'altri elementi,
quali ammoniaca, metano e vapore acqueo. Tale composizione, come pure quella di
Saturno, è molto simile alla nube primordiale dalla quale si pensa si sia generato il
Sistema Solare.
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Come Saturno, Giove emette una quantità d'energia due volte e mezzo superiore a
quella che riceve dal Sole, quindi deve possedere, a differenza degli altri pianeti,
qualche sorgente interna. L'energia in eccesso viene prodotta dalla lenta contrazione
gravitazionale del pianeta, la quale trasforma l'energia potenziale gravitazionale in
energia radiattiva, portando la zona nucleare ad una temperatura dell'ordine dei
20.000 Kelvin.
Tale temperatura è insufficiente ad innescare le reazioni di fusione termonucleare nel
centro di Giove ma, se la sua massa fosse stata almeno 90 volte più elevata, la
temperatura e pressione al suo interno sarebbero state tali da permettere la fusione
dei nuclei d'idrogeno ed esso sarebbe diventato una stella.
La conoscenza dell'interno di Giove, come per tutti gli altri pianeti gassosi, è
impossibile e, quel poco che sappiamo,
deriva per lo più da evidenze indirette.
Al suo centro c'è probabilmente un
piccolo nucleo solido di ferro e
silicati, il quale contiene una massa
10-15 volte quella terrestre. Qui la
compressione
gravitazionale
del
pianeta produce elevatissime pressioni
(450
milioni
di
atmosfere)
e
temperature che raggiungono i 24.000
°C. Il grande calore generato dal
nucleo
è
causa
delle
correnti
convettive negli strati fluidi più esterni.
Attorno a esso troviamo uno strato di idrogeno metallico, uno stato fisico molto
particolare che si determina per effetto di alte pressioni. I protoni vengono circondati
da elettroni liberi in movimento, come nei metalli. Tale strato di idrogeno a sua volta
dovrebbe essere ricoperto ancora da idrogeno ma allo stato liquido (come il solido,
solo che non forma un reticolo cristallino) che, grazie all’elevata velocità di rotazione
del pianeta, genera un campo magnetico dieci volte più intenso di quello della Terra.
L'ultimo strato, spesso circa 1.000 km, costituisce l'atmosfera del pianeta.
Giove è fornito di un piccolo sistema di tre anelli molto piccoli e deboli. Queste
strutture, scoperte per caso, sono scure e probabilmente composte da piccolissimi
grani di materiale roccioso. Queste particelle, che compiono un giro completo intorno
al pianeta in 5 - 7 ore, non vi rimangono a lungo perché tendono a cadere verso la
superficie di Giove attratte dalla forza gravitazionale. La sonda Galileo ha scoperto che
gli anelli vengono continuamente riforniti di materia dalla polvere che si origina
dall'impatto di micrometeoriti con i quattro satelliti interni, ma anche grazie all'attività
vulcanica di Io.
Moti e satelliti
La velocità di rotazione del pianeta attorno al proprio asse è la più elevata fra tutti
quelli del Sistema solare, per cui Giove compie un giro completo su se stesso in poco
meno di 10 ore. Al contrario, vista la grande distanza dal Sole, il suo periodo di
rivoluzione è piuttosto lungo e corrisponde circa a 12 anni.
Attorno a Giove, orbitano numerosi satelliti (oltre 60) di cui però solamente 16 hanno
un diametro superiore ai 10 km. Fra questi, ne esistono quattro principali, detti
galileiani, in quanto scoperti nel 1610 da Galileo Galilei. Egli dedicò i nuovi astri a
Cosimo II de Medici, signore di Firenze e famoso mecenate, chiamandoli astri medicei.
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Furono poi battezzati con i
nomi di Io , Europa,
Ganimede e Callisto in
ordine di distanza dal
pianeta.
Un tempo si riteneva che i
satelliti galileiani fossero
freddi mondi inerti con
superfici
craterizzate
dall'impatto di un gran numero di oggetti nelle prime fasi di vita del Sistema solare.
Numerose furono le sorprese rivelate dalle sonde che permisero la loro osservazione.
Io è senza dubbio il più spettacolare tra tutti i satelliti del Sistema solare. Ha un
vivace colore arancione e non presenta crateri. Si può quindi dedurne che si è formato
dopo il periodo di bombardamento meteoritico che ha caratterizzato il Sistema solare
nelle prime epoche della sua formazione. La sua superficie però è disseminata di
vulcani attivi, caratteristica che ha in comune solo con la Terra.
Europa è un satellite di colore biancastro senza vulcani né crateri ben evidenti e il
suo aspetto richiama quello di un oceano artico con la superficie composta da ghiaccio
solcato da linee. È un satellite liscio quasi come una palla di biliardo e si suppone
rivestito da una crosta di ghiaccio profonda un centinaio di km sovrastante una
fanghiglia di acqua e ghiaccio e un nucleo roccioso, il cui raggio misura 1.400 km. In
particolare la superficie presenta
sotto di sé uno strato di acqua
liquida della profondità di forse 50
km.
5 . Saturno
Generalità
Conosciuto fin dall'antichità venne
chiamato col nome del dio romano
dell'agricoltura, marito della dea
del raccolto Opi, nota anche come Rea, e padre fra gli altri di Cerere, Giove, Nettuno e
Plutone; dai Greci era identificato con la divinità Crono, il dio del tempo che divorava i
propri figli. E’ l’ultimo pianeta visibile ad occhio nudo dalla Terra.
Il primo ad osservarlo al telescopio fu Galileo Galilei nel 1610 e l‘immagine che
documentò fu quella di un pianeta rigonfio all’equatore non riuscendo ad individuare
gli anelli che caratterizzano questo pianeta. Il primo a capire la vera geometria degli
anelli fu Christiaan Huygens nel 1659. Con l'evoluzione degli strumenti in seguito si
osservò che gli anelli sono molteplici, separati da spazi "vuoti" e gli anelli sono
suddivisi a loro volta in innumerevoli sottoanelli, diventati addirittura migliaia grazie
alle immagini riportate dalle sonde interplanetarie.
Caratteristiche fisiche
Secondo pianeta del sistema solare per massa e dimensioni. E’ un pianeta gigante
gassoso molto simile a Giove. Appare molto più schiacciato ai poli degli altri pianeti
gioviani . Questo è il risultato della sua rapida rotazione e del suo stato fluido.
E’ il pianeta meno denso del Sistema solare, con un valore di densità inferiore a
quello dell’acqua analoga più o meno a quella di un tappo di sughero.
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L'asse di rotazione è inclinato di 26,731 gradi, regalando al pianeta un ciclo di stagioni
più o meno analogo a quello terrestre e marziano, ma assai più lungo.
Come Mercurio, la Terra e Giove anche Saturno possiede un campo magnetico
dipolare, ma a differenza di questi pianeti l’asse del dipolo è quasi coincidente con
l’asse di rotazione. Presenta un campo magnetico notevolmente più basso rispetto a
quello di Giove e analogo a quello terrestre anche se, come Giove, a polarità inversa
rispetto a quello terrestre.
Anche Saturno, come Giove, sembra avere una sorgente interna di energia che gli fa
emettere circa 2,2 volte più energia di quella che riceve dal Sole. Probabilmente si
tratta della lenta contrazione gravitazionale del pianeta, che produce un riscaldamento
dello stesso: il suo nucleo ha una temperatura di circa 12.000 gradi.
Caratteristiche geomorfologiche
Come su Giove, anche nell’atmosfera di Saturno si alternano fasce scure e zone
chiare, parallele all’equatore. Sia nelle fasce sia nelle zone sono riconoscibili
perturbazioni di tipo ciclonico e formazioni di nubi. Tali caratteristiche però sono meno
marcate rispetto a Giove a causa delle fitte nebbie che sovrastano le nubi. Essendo
infatti Saturno più freddo, gli strati nuvolosi condensano più in basso nell’atmosfera e
appaiono sfumati dalle nebbie e dalla spessa massa atmosferica sovrastante.
E' difficile stabilire dove sia la base della atmosfera di Saturno, infatti pressione e
temperatura variano con la profondità in modo tale che non esiste una netta
separazione fra le regioni in cui idrogeno molecolare ed elio sono allo stato gassoso e
quelle in cui passano allo stato liquido.
Un’altra notevole differenza tra i due giganti gassosi sono i venti che su Saturno
soffiano a una velocità più elevata che su Giove (all’equatore i venti spirano verso est
a 1800 km/h).
Come Giove, anche Saturno è composto per il 75% da idrogeno e per il 25% da
elio con tracce di acqua, metano, ammoniaca e roccia, composizione simile a quella
della nebulosa solare primordiale da cui si è formato il sistema solare. Presenta però
rispetto a Giove una quantità maggiore di idrogeno rispetto all’elio. Ciò si pensa
dovuto ad una attrazione maggiore dell’elio verso il nucleo, fatto che impoverirebbe
maggiormente l’atmosfera di questo gas e potrebbe inoltre aumentare il calore interno
per la frizione con l’idrogeno circostante.
La struttura interna del pianeta
è del tutto simile a quella di
Giove, e le dimensioni del
nucleo interno (probabilmente
roccioso) sono paragonabili a
quelle dell'intera Terra.
Il
modello più accreditato propone
un nucleo solido ferroso, con
ossido di magnesio e biossido di
silicio che racchiude il 25% della
massa
totale.
Lo
spazio
sovrastante sarebbe occupato da idrogeno metallico. In questa zona la pressione è,
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infatti, pari a 3 milioni di atmosfere e la temperatura all’incirca 20 000 K tali che
l’idrogeno e l’elio non solidificano mai, rimanendo allo stato metallico liquido. Al di
sopra e sino alla "superficie" del pianeta si trova uno strato di idrogeno molecolare e
di elio allo stato liquido non metallico.
Moti e satelliti
Saturno ha un periodo di rotazione intorno alle 10 ore e 38 minuti ed un periodo di
rivoluzione completa in 29,458 anni terrestri.
Saturno ha un incredibile numero di
satelliti naturali, se ne conoscono una
cinquantina ma solo trenta possiedono
un nome, gli ultimi 12 sono stati
scoperti nel 2005 dal telescopio
giapponese Subaru. E' impossibile
stabilire il vero numero di satelliti che
possiede Saturno per il semplice motivo
che ognuno dei corpi che ruotano
intorno al pianeta e che formano gli
anelli planetari è da considerarsi un
satellite, ma il satellite più interessante
è Titano, l'unico satellite del sistema
solare che possiede una atmosfera
densa.
Saturno possiede un magnifico sistema di anelli planetari, composti da milioni di
piccoli oggetti ghiacciati, della grandezza di
un chilometro o meno, orbitanti attorno al
pianeta sul suo piano equatoriale, e
organizzati in un anello piatto. Poiché l'asse
di rotazione di Saturno è inclinato rispetto al
suo piano orbitale, anche gli anelli risultano
inclinati. Questa natura "granulare" degli
anelli fu dimostrata per via teorica fin dal
1859 dal fisico scozzese J. C. Maxwell.
Gli anelli iniziano ad un'altezza di circa 6600
km dalla sommità delle nubi di Saturno e si
estendono fino a 120 000 km, poco meno di
un terzo della distanza Terra-Luna. Il loro
spessore è mediamente pari ad appena 3
km.
Gli anelli sono divisi in sette fasce, separate da delle divisioni che sono quasi vuote.
L'organizzazione in fasce e divisioni risulta da una complessa dinamica ancora non ben
compresa, ma nella quale giocano sicuramente un ruolo i cosiddetti satelliti pastori,
lune di Saturno che orbitano all'interno o subito fuori dell'anello.
L'origine degli anelli è sconosciuta. Ci sono due ipotesi principali: che siano il risultato
della distruzione di un satellite di Saturno, ad opera di una collisione con una cometa
o con un altro satellite, oppure che siano un "avanzo" del materiale da cui si formò
Saturno che non è riuscito ad assemblarsi in un corpo unico.
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6 . Urano
Generalità
Urano è il primo dei pianeti del Sistema solare non ancora
noti agli antichi, ha infatti una magnitudine apparente al
limite della visibilità ad occhio nudo. Il nome Urano (Uranus
in latino) rispetta la designazione classica che si rifà alla
mitologia. Urano nella mitologia greca era la prima e
suprema divinità: padre di Saturno, dei Ciclopi e dei Titani e
nonno di Giove (Zeus).
La scoperta di Urano fu un caso fortuito.Il 13 marzo 1781 il
tedesco William Herschel, mentre esplorava la volta celeste
col suo telescopio, notò una fioca “stellina”. Continuando ad
osservare questo curioso astro Herschel capì che si trattava
di un nuovo pianeta del sistema solare.
È il settimo pianeta per distanza dal Sole, il terzo in
grandezza ed il quarto per massa. Data la lontananza dal
Sole, di lui si conosce molto meno rispetto ai pianeti precedenti. Le notizie che
abbiamo risalgono a gennaio 1986, quando la sonda americana Voyager 2 giunse nei
pressi di Urano circa quattro anni e mezzo dopo il passaggio nei pressi di Saturno,
pochi giorni dopo il grande disastro nel cielo di Cape Canaveral che interessò la
navetta Challenger provocando la morte dei sette astronauti a bordo. L'incontro con
Urano era stato preparato con grande cura e con notevoli difficoltà: basti pensare che,
distante circa 3 miliardi di chilometri dal sole, Urano riceve una quantità di luce solare
quasi 400 volte minore di quella che giunge sulla Terra, ed i segnali trasmessi dalla
sonda impiegarono circa 2 ore e 51 minuti a raggiungere la Terra.
La fase di studio prevedeva soltanto un passaggio veloce, prima di proseguire alla
volta di Nettuno. Il bilancio fu molto positivo: grazie alle fotografie della sonda, Urano
aveva finalmente un volto.
Caratteristiche fisiche
La sua densità è quasi uguale a quella di Giove, ma con massa circa 22 volte inferiore.
Mentre la maggior parte dei
pianeti del Sistema solare ha
l'asse
di
rotazione
quasi
perpendicolare
all'eclittica,
Urano invece lo ha quasi
parallelo e per questo il Sole
è visibile da uno stesso polo
per
42
anni
terrestri,
caratteristica molto originale,
che lo rende unico in tutto il
sistema solare. Se i pianeti
“ruotano” intorno al Sole si può ben dire che Urano “rotola” attorno al Sole.
Un risultato di questo strano orientamento è che le regioni polari di Urano ricevono
una grande quantità di energia dal Sole in maniera maggiore rispetto alle regioni
prossime all’equatore. Tuttavia Urano è più caldo all’equatore che ai poli, anche se il
meccanismo responsabile di ciò non è attualmente conosciuto.
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Forse quest' anomala inclinazione dell'asse di rotazione è dovuta ad una collisione con
un corpo di massa simile a quella della Terra.
Grazie alle sonde spaziali si è potuto verificare che Urano ha un campo magnetico, di
intensità pari a quello terrestre. Tale campo magnetico è però molto particolare in
quanto non ha il suo centro nel nucleo del pianeta ed è inclinato di almeno 60°
rispetto all’asse di rotazione. Non si conosce ancora il motivo di tale fenomeno.
Caratteristiche geomorfologiche
Come Giove e Saturno, anche Urano
possiede una atmosfera composta
principalmente da idrogeno ed elio,
ma similmente a Nettuno presenta
una quantità elevata di “ghiacci”,
come l’acqua, l’ammoniaca e il
metano,
assieme
a
tracce
di
idrocarburi. Detiene anche il primato
dell’atmosfera più fredda del sistema
solare, con una temperatura minima
che può scendere fino a 49 K (−224
°C).
Osservato da Terra il pianeta appare
come un disco verde-azzurro in cui si distinguono striature simili alla strutture a bande
di Giove.
Il pianeta non possiede uno strato di idrogeno metallico liquido, ma ha probabilmente
un nucleo solido roccioso, composto soprattutto da silicio e ferro.
Nel 1977 osservazioni basate sull'occultazione di stelle da parte del pianeta
mostrarono che possedeva un sistema di anelli simile a quello di Saturno. Anche
questa scoperta avvenne per caso. L’osservatorio aereo della Cornell University
(Università di New York) doveva studiare l’atmosfera di Urano prima che questo
satellite nascondesse una stella vicina, in modo che i raggi della stella fossero filtrati
dall’atmosfera rendendola visibile. Notarono che la stella scompariva per breve tempo
cinque volte prima che venisse occultata e cinque volte dopo la sua riapparizione. Tale
fenomeno fu giustificato dalla presenza di anelli intorno al pianeta. La confermato
venne dalla sonda Voyager; oggi sappiamo che gli anelli sottili e molto scuri sono 11
interni e due esterni.
Nel dicembre 2005 il telescopio spaziale Hubble ha fotografato due nuovi anelli molto
lontani dal pianeta, il più largo dei quali ha un diametro due volte più grande degli
anelli precedentemente conosciuti.
Moti e satelliti
Urano impiega 84 anni per compiere una rivoluzione attorno al Sole percorrendo
l’orbita ad una velocità di 6,8 km/s e ruota su sè stesso in circa 17 ore con una
rotazione retrograda.
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I satelliti noti di Urano conosciuti attualmente sono 27, di cui i 5
più grandi scoperti prima della missione della sonda Voyager. I
satelliti uraniani (caso unico fra i pianeti del sistema solare) non
vengono battezzati in onore di divinità antiche, ma con i nomi di
personaggi delle opere di William Shakespeare o di Alexander
Pope.
Il loro periodo di rotazione coincide con quello di
rivoluzione, per cui volgono sempre la stessa faccia al pianeta. Si
tratta di satelliti densi e piuttosto scuri, le cui superfici sono
coperte di materiale roccioso e di ghiaccio; il principale è Titania.
7 . Nettuno
Generalità
La nostra storia comincia il 17 marzo 1781 quando sir
Wilhelm Herschel, astronomo dilettante, scoprì al
telescopio il pianeta Urano. Apparentemente viene da
chiedersi quale significato possa avere questo
avvenimento, ma si deve tenere presente che negli anni
successivi le posizioni di Urano sulla volta celeste,
calcolate matematicamente, non coincidevano con
quelle realmente assunte dal pianeta, anzi, tendevano a
divergere sempre di più.
Alcuni astronomi giunsero alla conclusione che l'orbita di Urano doveva essere
perturbata dalla presenza di un altro corpo, forse un pianeta, che viaggiava in una
zona ancora più periferica del Sistema Solare.
Solo nel 1846 il professor Galle dell'Osservatorio di Berlino, in base a calcoli
individuò l’orbita e la posizione di questo ipotetico pianeta che riuscì a visualizzare
come un debole dischetto azzurrastro, a cui venne assegnato il nome mitologico di
Nettuno, dio del mare.
Le notizie che abbiamo su Nettuno sono quelle del viaggio esplorativo della sonda
Voyager 2, durato 12 anni. Dopo lo studio di Urano, nel 1986, nel tragitto di
avvicinamento a Nettuno furono fatti notevoli sforzi per sopperire alle crescenti
difficoltà della missione. Basti pensare che il pianeta dista dalla Terra 4,5 miliardi di
chilometri (ben 1,6 miliardi in più di Urano), per cui è stato necessario potenziare le
antenne paraboliche terrestri per migliorare la qualità della ricezione, oltre a modifiche
nei programmi software della sonda per migliorare l'impaccamento dei dati da inviare.
Altro grande problema era costituito dalla pochissima illuminazione del pianeta (quasi
mille volte inferiore a quella terrestre): ciò costringeva lunghi tempi di attesa per le
riprese fotografiche, anche oltre 15 secondi.
La sonda giunse nei pressi di Nettuno nell'estate del 1989, effettuando importanti
ricognizioni e la scoperta di altre sei lune.
Terminata l'esplorazione, la sonda ha proseguito il suo viaggio verso la stella Sirio,
Caratteristiche fisiche
Urano si trova ad una distanza dal Sole di circa 30 volte superiore a quella della Terra
e riceve una quantità di luce e calore dal Sole di circa 900 volte inferiore a quella della
Terra. La temperatura di Nettuno è molto bassa, mediamente intorno a 55° K.
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Anche se più piccolo, sono molte le analogie con Urano, soprattutto in considerazione
dei valori del diametro e della densità. Questi ultimi risultano piuttosto elevati rispetto
alla densità misurata per i giganti Giove e Saturno e ciò implica che Nettuno, pur
contenendo grandi quantità di gas e ghiacci d'acqua, metano ed ammoniaca,
racchiude nel suo interno anche una buona porzione di elementi pesanti come silicio e
ferro.
L'asse di rotazione di Nettuno, inoltre, è inclinato verso il sole di circa 29 gradi
alternando in questo modo l'esposizione al sole degli emisferi nord e sud: abbiamo
quindi un’alternanza delle stagioni, che su Nettuno durano in media 40 anni.
Il campo magnetico di Nettuno, come quello di Urano, è molto inclinato rispetto
all'asse di rotazione, di 47 gradi, inoltre il suo centro è spostato di almeno 13.500 Km
dal centro geometrico del pianeta.
Caratteristiche geomorfologiche
La struttura di Nettuno è diversa da quella di Giove e Saturno. Essa è probabilmente
simile a quella di Urano, cioè il pianeta dovrebbe essere composto di diversi ghiacci e
roccia, mentre l'idrogeno costituisce solo il 15% e l'elio è scarso. La grande
abbondanza di metano, ed in particolar modo il suo caratteristico assorbimento della
luce rossa, conferisce al pianeta il tipico colore azzurro.
Diversamente dagli altri pianeti non presenta uno schiacciamento polare, ma
appare come un piccolo disco abbastanza rotondo.
L'atmosfera di Nettuno è molto simile a quella di Urano, ma molto più attiva, con venti
di eccezionale violenza in modo retrogrado, ossia inverso alla rotazione del pianeta,
che nascono probabilmente dalla emissione di energia (ossia calore) interna del
pianeta che, a differenza di Urano, è di 2,7 volte superiore a quella ricevuta dal Sole.
Tale emissione di calore può essere spiegato attraverso l'opera di correnti
convettive, osservate già su Urano, che si muovono in maniera radiale rispetto al
centro del pianeta e sono in grado di prelevare il calore presente nelle zone più
interne e trasportarlo verso la superficie dove viene dissipato nello spazio. Il fatto che
tali eccessivi flussi di energia non siano stati registrati provenire da Urano fa
comprendere come le correnti convettive che interessano Nettuno debbano essere
molto più efficienti.
Anche Nettuno possiede delle macchie ovali,
di cui la più estesa è la Grande Macchia
Scura, un vortice delle dimensioni della Terra
sopra il quale manca lo strato di nubi di
metano, permettendo una osservazione della
superficie del pianeta.
L’interno di Nettuno si pensava fosse
organizzato in un nucleo roccioso solido
circondato da un mantello liquido di acqua,
metano ed ammoniaca, sovrastato a sua volta
dalla coltre gassosa ricca di idrogeno, elio e metano, che oltremodo sfuma in una più
rarefatta atmosfera. Tale modello è in disaccordo con i moti convettivi interni che
troverebbero ostacoli nel loro spostamento e conseguentemente nella trasmissione del
calore.
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E’ necessario pertanto ipotizzare l'interno del pianeta composto da materiale
distribuito in modo omogeneo,
cioè con parte delle rocce, dei
ghiacci e dei gas uniformemente
miscelati tra loro fino a profondità
di molte migliaia di chilometri e
comunque fin quasi ai limiti del
nucleo.
Anche Nettuno è dotato di un
sistema di anelli; essi sono
sottili e poco luminosi come quelli
di Giove e Urano. Se osservati
dalla Terra, essi si presentano
come deboli archi ai lati del
pianeta e solo la sonda Voyager
ha potuto rivelare la loro vera
natura. Gli anelli sono composti da piccoli grani di polvere, prodotti forse per
disgregazione di piccole meteoriti nell'impatto con le lune di Nettuno. Gli anelli di
Nettuno sono stati ripresi dal Voyager nel 1989, dalla distanza di 280mila Km.
Sono visibili i due anelli principali e, all'interno, un terzo anello più debole.
Moti e satelliti
Impiega circa 164 anni per percorrere la sua orbita intorno al Sole che risulta quasi
circolare. Poco più tardi Lassel scoprì anche il primo satellite del Pianeta, Tritone. Il
moto di rotazione è di 15h 48'.
I satelliti di Urano sono in tutto otto.
Durante la missione della sonda Voyager, oltre alla
scoperta delle 6 nuove lune di Nettuno, sono state
fatte interessanti scoperte relative al satellite
maggiore, Tritone. Il suo moto retrogrado fa
pensare che si tratti di un corpo estraneo al pianeta
Nettuno, successivamente catturato... Con la sua
temperatura di appena 38° K, Tritone è il corpo più
freddo sinora esplorato dell'intero Sistema Solare.
Tritone possiede un'atmosfera, composta da azoto
molecolare e metano ed è un corpo celeste ancora
attivo: nelle rilevazioni di Voyager si è potuto
osservare chiaramente un geyser in eruzione, con una colonna alta circa 8 Km.