La nascita del sistema solare
Il Sistema Solare si è generato da una nebulosa composta in prevalenza da Idrogeno e in minor
quantità da Elio e in piccole tracce da elementi pesanti come ossigeno, carbonio, silicio e ferro.
A seguito di una perturbazione esterna, come ad esempio
l'esplosione di una supernova o il passaggio ravvicinato di
una stella di grande massa, si ritiene che sia iniziato un
processo di collasso gravitazionale. A causa di ciò nella
nebulosa si sono formati dei globuli di condensazione e da
uno di questi si è formato il Sistema Solare.
Questi globuli di condensazione hanno attratto a sé il gas
circostante aumentando la propria massa e la propria densità.
Con l'aumento della massa e della densità è aumentata la
pressione, a causa di ciò è aumentata anche la temperatura. Il
processo prosegue fino al raggiungimento di temperature di
alcuni milioni di gradi sufficienti all'attivazione di reazioni di
fusione nucleare.
Ciò che osserviamo è la nascita di una protostella definita
cosi perché ci troviamo in una fase precedente all'esistenza
della stella vera e propria.
Il processo di collasso è accompagnato da un aumento della velocità di rotazione della nebulosa
protoplanetaria, dovuto al principio di conservazione del momento angolare. La rotazione fa sì che
il materiale si disponga in una forma a disco, in conseguenza degli effetti dovuti alla forza
centrifuga.
Questa è esattamente la forma del Sistema Solare di oggi in cui quasi tutti i pianeti orbitano più o
meno vicini al piano dell'eclittica.
All'interno di questo disco si sono formati dei vortici che hanno favorito la condensazione della
materia in planetesimi che unendosi a loro volta hanno formato corpi più grandi e infine i pianeti.
La differenza di composizione e dimensione dei pianeti (rocciosi quelli interni, gassosi gli esterni)
è dovuta al fatto che gli elementi più pesanti si sono portati più vicino al centro del Sistema.
Un'altra ragione è che il vento solare ha spazzato via l'idrogeno e l'elio spingendoli in regioni più
esterne del Sistema Solare; infatti Giove e Saturno sono composti essenzialmente da questi
elementi.
Le idee dei pionieri
Tra i primi a studiare il cielo ci furono i greci che cercarono di dare delle spiegazioni logiche ai moti
degli oggetti celesti senza ricorrere a motivazioni religiose per la spiegazione di tali avvenimenti.
L'almagesto di Tolomeo (100-178 d. C. ca.), astronomo e matematico del periodo ellenistico, fu
l'opera che influenzò di più il pensiero astronomico occidentale. Questo modello mette al centro
dell'universo la terra, con tutti gli altri pianeti che le ruotano attorno, seguendo una serie di orbite
circolari dette deferenti.
Per dare una spiegazione alle irregolarità dei moti dei corpi celesti (in particolare ai moti retrogradi
mostrati talvolta dai pianeti), Tolomeo suggeriva che i pianeti non ruotassero direttamente sui
deferenti ma che ruotassero su dei cerchi più piccoli chiamati epicicli col centro posto sul deferente.
Gli epicicli poi , seguendo il deferente, ruotavano attorno alla terra.
I pianeti considerati da Tolomeo, dal più vicino al più lontano dalla terra erano: Luna, Mercurio,
Venere, Sole, Marte, Giove, Saturno. Le cosiddette stelle fisse si trovavano su una sfera esterna a
quella di Saturno. Quest'ordine era giustificato dalla considerazione pratica che gli oggetti celesti
che si muovono più veloci in cielo dovessero essere più vicini degli altri.
Copernico
A differenza di Tolomeo negò che la Terra fosse posta
al centro dell'universo, e affermò che il Sole era al
centro dell'universo, e che tutti i pianeti, Terra
compresa, vi ruotavano attorno, ancora su orbite
perfettamente circolari.
Il cerchio era ancora considerato una delle figure
geometriche perfette, e dal punto di vista filosofico
Copernico riteneva che gli astri dovessero essere
perfetti e immutabili, seguendo l'ordine divino (da
questo punto di vista il suo pensiero non si allontana
dalla scuola di Tolomeo). L' opera di Copernico fu
rivoluzionaria perché per la prima volta dopo oltre un millennio si sosteneva che la Terra e quindi
l'Uomo non si trovassero al centro dell'Universo.
Tycho Brahe
Un grande astronomo osservativo, affermava che lo studio dell'astronomia era possibile solo con
un'accurata osservazione giornaliera. Cercò di migliorare gli strumenti osservativi a sua
disposizione e ne creò di nuovi allo scopo di ottenere misure delle posizioni dei pianeti sempre più
precise. Gli strumenti che utilizzava erano per lo più quadranti per l'osservazione ad occhio nudo.
Tycho seguiva un suo modello geocentrico, che posizionava la Terra al centro dell'Universo con la
Luna ed il Sole che vi giravano attorno, e tutti gli altri pianeti che giravano attorno al Sole. Le sue
precise misure delle posizioni dei pianeti consentirono al suo successore Keplero di stabilire le tre
leggi del moto dei pianeti del sistema solare che portano il suo nome.
Tycho è ricordato per l'osservazione e lo studio della supernova esplosa in Cassiopea nel 1572.
Studiandone la posizione non rivelò nessuna parallasse né alcun moto rispetto alle stelle fisse: per
quel periodo la scoperta fu sconcertante perché si riteneva che il cielo fosse immutabile (le comete,
che comparivano improvvisamente, venivano considerate fenomeni meteorologici e non astri).
Keplero
Successore di Tycho non era un osservatore ma un matematico che credeva nel sistema
copernicano.
Utilizzò le carte di Tycho e in particolare le misure relative a Marte per mettere a punto le sue tre
leggi:
1. L'orbita descritta da un pianeta è un'ellisse di cui il Sole occupa uno dei due fuochi.
2. Il raggio vettore che unisce il centro del Sole con il centro del pianeta descrive aree uguali in
tempi uguali.
3. I quadrati dei periodi di rivoluzione dei pianeti sono direttamente proporzionali ai cubi dei
T2
=K ).
semiassi maggiori delle loro orbite (
R3
Le tre leggi inizialmente furono proposte come un artificio matematico “per far tornare i conti”,
anche se introducevano un radicale cambiamento filosofico nella visione dell'epoca: Per la prima
volta si affermava che i moti dei pianeti non erano circolari e non si svolgevano a velocità uniforme.
Queste leggi fecero in modo che la visione copernicana venisse accettata più facilmente in quanto
permettevano di fare previsioni con grande precisione.
Galileo Galilei
Fu l'inventore del metodo scientifico moderno, e tra le altre
cose fu uno dei primi a usare un telescopio per l'osservazione
del cielo notturno.
Con le sue osservazioni di Giove scoprì quattro corpi che gli
ruotavano attorno, contrariamente alla convinzione comune che
tutto ruotasse attorno alla Terra. Inoltre osservando la Luna
scoprì che era coperta di crateri e montagne, in modo simile
alla Terra: Anche in questo caso contro la convinzione comune
che gli oggetti celesti fossero perfettamente sferici e privi di
irregolarità. Vale la pena ricordare che il suo contributo fu
fondamentale perché si affermasse definitivamente la teoria
copernicana e un modo di considerare le cose della Natura più dall'osservazione che non da
riflessioni di natura filosofica o teologica. Per questo fu processato da un tribunale ecclesiastico e
costretto alla abiura.
Isaac Newton
Newton riesce a unificare con delle leggi semplici e matematiche la conoscenza della natura
accumulata fino ad allora. Grazie alle sue leggi della dinamica è finalmente in grado di descrivere i
moti di tutti gli oggetti, che siano corpi celesti o terrestri. Con la Legge di Gravitazione Universale
riesce a dimostrare le leggi di Keplero e a far cadere definitivamente ogni convinzione riguardo alle
differenze tra i pianeti e la Terra: quel che accade in Cielo obbedisce alle stesse leggi degli eventi
che accadono sulla terra.
La legge di Gravitazione Universale
F =−G
m1 m 2
La Forza esercitata tra due corpi di massa m1
r 122
ed m2 è attrattiva e proporzionale al prodotto delle masse e decresce col quadrato della distanza (G è
una costante detta costate di gravitazione universale).
Fu il padre dell'ottica e inventò il primo telescopio riflettore (a specchi), scoprì che la luce bianca
può essere dispersa con un prisma nei colori dell'arcobaleno, ma non si limitò a questo, essendo
ricordato per la moltitudine di scoperte che fece.
Il Sole
E' la stella a noi più vicina è l'unica di cui vediamo la superficie.
Non è possibile osservarlo ad
occhio nudo, né con telescopi o
binocoli senza ricorrere a
speciali accorgimenti.
Il metodo più semplice è la
proiezione: puntiamo il
telescopio verso il Sole e
facciamo in modo che la luce
che esce dall'oculare incida su
uno schermo bianco; questa
tecnica può essere utilizzata solo
con telescopi rifrattori, e con
oculari con lenti non cementate
(come i Kellner ).
Un altro metodo decisamente
più sicuro e utilizzabile con tutti
gli strumenti, è l'utilizzo di un
filtro da anteporre
all'obbiettivo ( invece i filtri
solari da avvitare all'oculare,
andrebbero evitati perché
pericolosi).
IL SOLE NON DEVE ESSERE OSSERVATO AD OCCHIO NUDO SENZA L'USO DI FILTRI!!!
I Filtri solari
I filtri solari sono essenzialmente di due tipi:
1) Filtri in luce bianca o continuo
2) Filtri interferenziali (essenzialmente H-alfa)
I Filtri in luce bianca Si limitano ad attenuare di un fattore 10.000 circa la quantità di luce che entra
nel nostro telescopio, rendendo sopportabile la visione del Sole. Possono essere: di vetro (i più
costosi, danno al Sole un color arancio), in mylar (una pellicola che dà al Sole un color azzurro) e
in astrosolar (una sottile pellicola che dà al sole un color lilla, è la soluzione più economica e
migliore dal punto di vista ottico). Con l'uso di questi filtri e con la proiezione, possiamo vedere i
dettagli della fotosfera solare: le macchie solari, e le facole.
I filtri H-alfa Sono filtri molto sofisticati (e costosi!) in grado di trasmettere solo la luce solare di
lunghezza d'onda prossima alla riga H-alfa dell'idrogeno (656 nm), con una “finestra” ampia pochi
nanometri. Ne esistono diversi tipi, sia da anteporre all'obiettivo, che da mettere prima dell'oculare;
in entrambi i casi devono essere sintonizzati in modo da selezionare correttamente la lunghezza
d'onda da trasmettere. Permettono di osservare i dettagli della cromosfera solare: granulazione,
facole e protuberanze.
Cosa osserviamo sul Sole
Il Sole è estremamente attivo: ruotando in circa 22 giorni ci mostra diversi punti della sua
superficie.
Il bordo del Sole appare più scuro del centro (perché i suoi strati esterni sono in parte trasparenti).
Le macchie che noi osserviamo sono regioni un po' più fredde della superficie, e si riuniscono in
gruppi, circondati da regioni di penombra, si formano e scompaiono in un tempo di alcune
settimane.
La granulazione appare come grani che “ribollono” in tempi dell'ordine di alcune ore.
Le protuberanze sono getti o fontane di plasma, che si osservano al bordo, sopra le macchie solari.
La formazione di queste strutture sul Sole segue un ciclo di circa 11 anni, durante i quali l'attività
cresce con la formazione di sempre più macchie, fino a un massimo, dopo il quale il numero di
macchie comincia a decrescere
La Luna
Si suppone che la formazione della Luna sia avvenuta
con l'urto di un grosso corpo celeste che abbia provocato
il distaccamento di una parte della superficie terrestre, ed
i frammenti unendosi,avrebbero dato origine all'unico
satellite che ruota attorno alla Terra.
È l'unico satellite di dimensioni significative che orbiti
attorno un pianeta roccioso del Sistema Solare interno.
La Luna è il satellite più grande in relazione al pianeta
attorno a cui gira, infatti il sistema Terra-Luna può essere
definito come un pianeta doppio.
Con studi di dinamica si è notato che la Luna va
gradualmente allontanandosi dalla Terra per ragioni
legate alle stesse forze che causano le maree negli
oceani.
Galileo Galilei fu il primo che osservò la Luna al telescopio notando i suoi monti, i suoi crateri (
depressioni circolari sulla superficie di un Pianeta, luna, o altro corpo celeste) ed i suoi mari
( termine che viene usato per indicare le zone più scure sulla superficie lunare),
L'orbita della luna è ellittica, il suo periodo di rotazione attorno alla terra è esattamente uguale al
suo periodo orbitale, questo effetto è stato provocato da un Frizione gravitazionale che ha
rallentato il suo moto, facendo in modo che la Luna ci mostri sempre la stessa faccia. L' attrazione
gravitazionale che la Luna esercita sulla Terra è la causa delle maree.
Le fasi lunari
Sono delle fasi del ciclo di rotazione attorno alla Terra che dura in media 29 giorni, si dividono in
quattro periodi:
●
Luna nuova . La Luna si trova nella stessa direzione del Sole ( congiunzione) , tramonta e
sorge con esso. Non è visibile, essendo completamente invisibile a causa dall'intesa luce del
Sole che la illumina da dietro.
●
Luna crescente :la Luna mostra un disco parzialmente illuminato per meno della metà che è
rivolto verso Ovest.
●
Primo quarto Il Sole è in quadratura (a 90° dalla Luna), la Luna sorge e tramonta 6 ore dopo
di esso mostrando mezzo emisfero illuminato che si trova rivolto verso Ovest. L'età è di 7,4
giorni.
●
Gibbosa crescente La porzione di disco illuminato è di oltre la metà.
●
Luna piena Dalla parte opposta del Sole (opposizione), la Luna è completamente illuminata
é non presenta ombre sui rilievi. Sorge e tramonta in maniera opposta al Sole.
●
Gibbosa Calante Il disco lunare appare illuminato per oltre metà, ma in fase decrescente.
●
Ultimo quarto La Luna si trova a 90° dal Sole, ma verso Ovest. Sorge a mezzanotte e
tramonta alle sei del pomeriggio. Mostra illuminato l'emisfero rivolto ad oriente.
●
Luna calante La frazione illuminata del disco lunare continua a decrescere mostrando ancora
una piccola parte che si trova rivolta verso Est.
Le eclissi
Un eclissi avviene quando un corpo celeste ,
nasconde un altro corpo. Possiamo assistere ad eclissi
di Sole o di Luna e possono essere suddivise in:
Eclissi totale, quando il corpo è completamente
oscurato ( nelle eclissi totali di Luna però essa
rimane comunque visibile )
Eclissi parziale, quando il corpo è solo parzialmente
oscurato.
Eclissi anulare, quando il corpo è più grande
dell'occultatore e quindi non viene oscurato del tutto, e del corpo più grande rimane un cerchio
luminoso ( riguarda solo le eclissi di Sole).
Quelle che osserviamo noi sono:
Eclissi di Sole: Le eclissi di sole avvengono perché le
dimensioni apparenti della Luna e del Sole sono
simili,quando la Luna è interposta tra la terra ed il Sole .
Se l'eclissi avviene in prossimità del perigeo, l'eclissi è
totale.
Se l'eclissi avviene in prossimità dell'apogeo, l'eclissi è anulare.
Un'eclisse totale di Sole è visibile solo da una stretta striscia di terra.
Eclissi di Luna. quando la terra è interposta tra la Luna
ed il Sole. Quando l'eclisse è totale però la Luna non
scopare del tutto dal cielo, perché viene illuminata dalla
luce rossa rifratta dalla luce terrestre.
Un'eclisse totale di Luna é visibile da qualsiasi luogo
della Terra dove la Luna sia sopra l'orizzonte.
Le eclissi non avvengono ogni mese perché l'orbita della luna è inclinata rispetto al piano
del''eclittica. Perché si verifichi un'eclisse è necessario che la Luna si trovi in prossimità di uno dei
suoi nodi della sua orbita.
Un'eclisse di Sole comincia con il disco nero della Luna
nuova che gradualmente copre il disco solare.
Quando la Luna copre interamente il Sole il cielo
diventa scuro come se fosse notte, ( si vedono le stelle) e
si vede intorno al disco occultato la corona solare,
l'atmosfera più esterne e tenue del Sole, che è
estremamente debole.
In questa immagine fortemente elaborata si vede la
corona solare in una eclissi totale di Sole, insieme ad
alcuni dettagli lunari, visibili grazie alla luce riflessa
dalla Terra verso la Luna.
Quest'effetto si chiama luce cinerea ed è visibile anche
ad occhio nudo in prossimità della Luna nuova.
Collage
che mostra lo svolgimento di una eclisse totale di
Luna: Dapprima la Luna entra in una fase di
penombra in cui diventa meno luminosa, Fino a
quando si immerge totalmente nell'ombra della
Terra. A questo punto la Luna non diventa del tutto
nera ma assume un colore rosso mattone, dovuto
alla luce rifratta dall'atmosfera terrestre.
Donatella De Roberto
e
Gerlando Lo Savio
