Sistemi planetari

Corso facoltativo
Astronomia
Sistemi planetari
Christian Ferrari & Gianni Boffa
Liceo di Locarno
Parte 1: Sistemi planetari
•
•
•
•
•
•
•
Formazione di sistemi planetari
Il sistema solare
Il Sole
Pianeti di tipo terrestre
Pianeti di tipo gioviano
Pianeti nani e corpi minori
Pianeti extrasolari
Astronomia: Sistemi planetari
2
Formazione di sistemi planetari
• La formazione di un sistema planetario segue
dal processo di formazione stellare
• Fine della fase pre-sequenza principale:
– Protostella circondata da un disco di gas e polveri
– Il disco, detto protoplanetario, darà vita ai pianeti
– La protostella diventerà una stella con reazioni di
fusione dell’idrogeno al centro
• Sequenza:
disco protoplanetario → planetesimi →
protopianeti → pianeti (ev. con satelliti)
Astronomia: Sistemi planetari
3
Formazione di sistemi planetari
• Formazione dei pianeti:
– I granelli di polvere si urtano e formano granelli
sempre più grossi
– A causa della turbolenza del gas crescono ancora e
si dispongono sul piano equatoriale, su orbite
ellittiche
– Gli agglomerati più grossi inglobano quelli più
piccoli e arrivano fino a qualche km di diametro
(per effetto di collisioni casuali e non di gravità)
– Si ha la formazione dei planetesimi
Astronomia: Sistemi planetari
4
Formazione di sistemi planetari
– I planetesimi si uniscono per formare aggregati
più grossi
– Più essi crescono, più attraggono per gravità la
materia, le collisioni si fanno sempre più violente
– Alcuni planetesimi diventano dominati con
diametri di qualche migliaia di km
– Si ha la formazione dei protopianeti
– I protopianeti attirano a se i planetesimi e sono
così sempre più «bombardati»
Astronomia: Sistemi planetari
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Formazione di sistemi planetari
– Meccanismi simili al precedente si possono creare
attorno ai protopianeti
– Si formano i pianeti ed eventualmente i loro
satelliti
• La formazione si arresta quando i pianeti
maggiori hanno ripulito tutte le proprie orbite
• Il sistema planetario è ora composto da:
– Stella centrale
– Pianeti e satelliti
– Asteroidi e comete
Astronomia: Sistemi planetari
6
Formazione di sistemi planetari
Astronomia: Sistemi planetari
7
http://www.eso.org/public/images/eso0827a/
Planet-forming disc
(Artist's Impression)
Astronomia: Sistemi planetari
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http://www.spacetelescope.org/images/opo9545b/
Protoplanetary Discs
in the Orion Nebula
Astronomia: Sistemi planetari
9
http://www.spacetelescope.org/images/opo9545c/
Edge-On Protoplanetary
Disc in the Orion Nebula
Astronomia: Sistemi planetari
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Formazione di sistemi planetari
http://www.eso.org/public/videos/eso1325a/
Astronomia: Sistemi planetari
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Il sistema solare
• Una stella: il Sole
• 8 pianeti e relativi satelliti
– Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno,
Urano, Nettuno
• 4 pianeti nati
– Cerere, Plutone, Makemake, Eris
• Numerosi corpi minori
– Asteroidi e comete
Astronomia: Sistemi planetari
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Il sistema solare
Astronomia: Sistemi planetari
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Il sistema solare
Astronomia: Sistemi planetari
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Il sistema solare
Astronomia: Sistemi planetari
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Il sistema solare
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Il sistema solare
Astronomia: Sistemi planetari
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Il sistema solare
• Durante la formazione la composizione dei
planetesimi dipende dalla distanza dal Sole:
– Nelle parti più interne: rocce e metalli
– Nelle parti più esterne: ghiaccio, idrogeno, elio,
ammoniaca, anidride carbonica, …
• Pianeti interni: rocciosi
• Pianeti esterni: gassosi
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Il sistema solare
• Pianeti di tipo terrestre
Mercurio, Venere, Terra e Marte
• Hanno alcune caratteristiche comuni:
– Sono piccoli
– Sono molto densi (rocciosi)
– Hanno atmosfere sottili o non ne hanno del tutto
– Hanno pochi satelliti
– Si trovano nella regione più interna del sistema
solare
Astronomia: Sistemi planetari
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Pianeti di tipo terrestre: Mercurio, Venere, Terra, Marte
Astronomia: Sistemi planetari
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Il sistema solare
• Pianeti di tipo gioviano
Giove, Saturno, Urano e Nettuno
• Hanno alcune caratteristiche comuni:
– Sono grandi
– Sono poco densi (gassosi)
– Hanno atmosfere spesse e turbolente
– Hanno numerosi satelliti
– Hanno degli anelli
– Si trovano nella regione più esterna del sistema
solare
Astronomia: Sistemi planetari
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Pianeti di tipo gioviano: Giove, Saturno, Urano, Nettuno
Astronomia: Sistemi planetari
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Astronomia: Sistemi planetari
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Il sistema solare
• Pianeta:
– Ruota intorno al Sole
– È abbastanza massiccio per aver acquisito forma
sferica
– Ha ripulito la propria orbita dai corpi minori
• Pianeta nano:
– Ruota intorno al Sole
– È abbastanza massiccio per aver acquisito forma
sferica
• Corpo minore:
– Ruota intorno al Sole
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http://www.eso.org/public/images/eso0526b/
Artist's impression of the triple
asteroid system, 87 Sylvia
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http://www.spacetelescope.org/images/opo0933b/
Smallest Kuiper Belt Object
detected (artist's impression)
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http://www.eso.org/public/images/alma-hh-08/
Comet McNaught
seen from the
ALMA site
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http://www.eso.org/public/images/alma-hh-08/
Astronomia: Sistemi planetari
Halley Comet
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Il sistema solare
Multiple choice (Solar System Characteristics 1-15)
Astronomia: Sistemi planetari
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Il Sole
• Il Sole, come ogni altra stella, è una «palla di
gas» nella quale, raggiunte certe condizioni di
temperatura, pressione e densità, avvengono
reazioni di fusione nucleare
• Come la Terra orbita intorno al Sole, anche la
nostra stella orbita intorno al nucleo galattico,
ciò in circa 250 milioni di anni. Il centro della
galassia si trova a circa 27000 anni luce di
distanza
Astronomia: Sistemi planetari
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Il Sole
• Caratteristiche
– Diametro: 1,39×106 km (110 volte la Terra)
– Massa: 1,99×1030 kg (330'000 volte la Terra)
– Composizione: H (73,46%), He (24,85%), altro
(1,69%)
– Campo gravitazionale: 28g
– Velocità di fuga: 618 km/s
– Luminosità: 3,9·1026 W
– Temperatura superficiale: 5800 K
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Il Sole
• Nucleo
– Sede delle reazioni
di fusione nucleare
– Temperatura
circa 1,5·107 K
– Densità superiore a
150'000 kg/m³,
pressione di quasi
500 miliardi di atm
– Dimensione: 0.25R⊙
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Il Sole
Il Sole converte ogni
secondo 4,2 milioni
di ton di massa
in energia
(564,2 milioni di
ton di H di partenza
-560 milioni di ton
di He prodotte).
Nei 4,5 miliardi di
anni di vita, la massa
persa è pari al 3‰!
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Il Sole
• Zona radiativa
– L'energia viene trasportata come radiazione
elettromagnetica (gamma, X, visibile)
– Il viaggio dura circa 1 milione di anni a causa dei
continui assorbimenti/emissioni di radiazione
– Dimensione: 0.6R⊙
• Zona convettiva
– L'energia viene trasportata sotto forma di moti
della materia (plasma caldissimo)
– Dimensione: 0.15R⊙
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Il Sole
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Il Sole
• Fotosfera
– Regione dalla quale
proviene la luce
visibile
– Temperatura
circa 6'000 K
• Macchie solari
– Aree più scure e
fredde della fotosfera
– Temperatura
circa 4'000 K
Astronomia: Sistemi planetari
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Il Sole
• Cromosfera
– Si trova sopra la fotosfera e sotto la corona
– È più calda della prima e più fredda della seconda
• Corona
– Regione più esterna, visibile a occhio nudo solo
durante le eclissi totali
– Caldissima: alcuni milioni di gradi
• Buco coronale
– Area della corona che nei raggi X e UV appare più
scura
– Si trova tipicamente ai poli
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Cromosfera
Astronomia: Sistemi planetari
38
Corona durante
un’ecclissi
Astronomia: Sistemi planetari
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Corona solare con coronografo di SOHO
Astronomia: Sistemi planetari
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Buco coronale
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Il Sole
• Protuberanza
– Enorme e luminoso getto di plasma solare che,
partendo dalla cromosfera si estende nella zona
della corona solare
– Regione di condensazione dei gas coronali sulle
linee del campo magnetico
– Il gas si disperde poi nello spazio interplanetario
allontanandosi per migliaia di chilometri, spinto
dalle forze del campo magnetico del Sole
Astronomia: Sistemi planetari
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Protuberanza
Astronomia: Sistemi planetari
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Il Sole
• Flare
– Violenta eruzione di materia che esplode dalla
fotosfera che proiettano protoni radiazioni X e
gamma nello spazio
– Creano delle spettacolari protuberanze solari ed
emettono fasci di vento solare molto energetico
• Emissioni coronali di massa (CME)
– Espulsione di materia dalla corona solare
– La Terra è colpita da 1 a 4 giorni dopo
– Si possono verificare danni agli apparecchi
elettronici, ma anche … le aurore boreali!
Astronomia: Sistemi planetari
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Astronomia: Sistemi planetari
45
Flare
Astronomia: Sistemi planetari
46
Flare
Astronomia: Sistemi planetari
47
Flare
Astronomia: Sistemi planetari
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CME
Astronomia: Sistemi planetari
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Il Sole
http://www.focus.it/scienza/spazio/buon-compleannosdo_180213_7844_C7.aspx
Astronomia: Sistemi planetari
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Il Sole
• L'interno del Sole: come conoscerlo?
• Teoricamente:
– Conoscendo le leggi della fisica e le condizioni al
contorno* è possibile fare delle ipotesi ragionevoli
su ciò che avviene all’interno
* Temperatura, emissione di radiazione, campi
magnetici, composizione, flussi di materia, densità,
stato della materia, ecc…
Astronomia: Sistemi planetari
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Il Sole
• Il Sole vibra:
– Diffusione di oscillazioni (vere e proprie onde
acustiche) al suo interno
– Rilevazione con gli
spettrometri Doppler, si
può risalire alla velocità
di propagazione e alle
riflessioni delle onde
– Deduzione su che cosa
c'è dentro il Sole
Astronomia: Sistemi planetari
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Il Sole
• Le macchie solari:
– Aree più fredde della fotosfera, nelle quali la
risalita del gas caldo viene inibita dal campo
magnetico che fuoriesce dal Sole
– Ciclo, lungo circa 11 anni, durante il quale il
numero di macchie solari varia «oscillando»
Astronomia: Sistemi planetari
53
Il Sole
– Ciclo solare conosciuto da molto tempo … ma solo
da 150 anni viene studiato con rigore scientifico!
Astronomia: Sistemi planetari
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Macchie solari
Astronomia: Sistemi planetari
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Astronomia: Sistemi planetari
56
Macchie solari
Astronomia: Sistemi planetari
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Il Sole
Astronomia: Sistemi planetari
Ciclo solare
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Il Sole
• Campo
magnetico
del Sole
Astronomia: Sistemi planetari
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Macchie solari
con linee di
campo magnetico
Astronomia: Sistemi planetari
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Il Sole
• La Specola Solare Ticinese
– È un Osservatorio dedicato al Sole, che segue il
ciclo con regolarità da 50 anni …
Astronomia: Sistemi planetari
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Il Sole
– … effettuando ogni giorno
il disegno delle macchie
per determinare il
numero di Wolf
– È diventata riferimento
mondiale del SIDC
nel network di osservatori
del ciclo solare
Astronomia: Sistemi planetari
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Il Sole
• Vento solare: plasma tenuissimo
– 95% protoni ed elettroni, in proporzione circa
uguale
– 5% particelle alfa con tracce di nuclei di elementi
più pesanti
• Vicino alla Terra: velocità tra 200 km/s e 900
km/s, densità da alcune unità a decine di
particelle per cm3
• Genera un campo magnetico
Astronomia: Sistemi planetari
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Il Sole
• Il campo magnetico del vento solare rimane
collegato alla sua origine nella fotosfera,
l'espansione radiale del vento solare dal Sole e
la rotazione di questo
fanno sì che il campo
magnetico si curvi in
modo da formare una
spirale
• Si estende fino a circa
160 AU
Astronomia: Sistemi planetari
64
Il Sole
• Il vento solare interagisce con il campo
magnetico terrestre e lo confina in una
regione di spazio detta magnetosfera
Astronomia: Sistemi planetari
65
Astronomia: Sistemi planetari
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Il Sole
• Eliosfera
– «Bolla» nel mezzo interstellare (che è composto
dal gas rarefatto di idrogeno ed elio che riempie la
galassia) creata dal vento solare
– Il bordo più esterno di questa bolla è dove la forza
del vento solare non è più sufficiente a spingere
indietro il mezzo interstellare
– Bordo conosciuto come eliopausa, ed è spesso
considerato come il confine esterno del sistema
solare
Astronomia: Sistemi planetari
67
Astronomia: Sistemi planetari
68
Astronomia: Sistemi planetari
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Il Sole
• Secondo la missione Voyager 1 e 2, si suppone
che l'eliosfera sia piena di «bolle magnetiche»
(ognuna larga circa 1 AU), che creano la «zona
schiumosa»
Astronomia: Sistemi planetari
70
Astronomia: Sistemi planetari
71
Il Sole
http://www.youtube.com/watch?v=SOz1bpRk08k
Astronomia: Sistemi planetari
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Il Sole
Multiple choice (Sun)
Astronomia: Sistemi planetari
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Pianeti di tipo terrestre: Mercurio
• Caratteristiche
– Distanza media dal Sole 0,387 AU
– Periodo di rivoluzione 88 giorni
– Periodo di rotazione 59 giorni
– Diametro: 4878 km (38% della Terra)
– Massa: 3,31×1023 kg (5,6% della Terra)
– Densità: 5,44 kg/m3 (99% della Terra)
– Temperatura: giorno 430°C, notte –100°C
– Pressione superficiale: 10–12 bar
Astronomia: Sistemi planetari
74
http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/display.cfm?IM_ID=7543
Astronomia: Sistemi planetari
Mercury
75
Pianeti di tipo terrestre: Mercurio
• Nucleo
– Particolarmente massiccio (fino all'80% del
raggio del pianeta) formato da elementi pesanti
– Interno solido ed esterno liquido
– Mantenimento di un nucleo liquido per miliardi
di anni richiede la presenza di un elemento più
leggero, come lo zolfo, che ne abbassi la
temperatura di fusione dei materiali
– Nucleo liquido spiega il debole campo
magnetico, inclinato di circa 10° rispetto all’asse
di rotazione Astronomia: Sistemi planetari
76
Pianeti di tipo terrestre: Mercurio
1) Crosta:
100-200 km
2) Mantello:
600 km
3) Nucleo:
1800 km
Astronomia: Sistemi planetari
77
Pianeti di tipo terrestre: Mercurio
• Superficie
– Crateri ovunque, bombardata da meteoriti per
assenza di atmosfera
– Solcata da lunghe scarpate alte anche 3 km e
lunghe centinaia
– Bacino Caloris:
•
•
Il più grande cratere del sistema solare: diametro
1300 km (più di ¼ del diametro del pianeta),
profondità 9 km
Onda d’urto tanto violenta da essere trasmessa dalla
parte opposta, formando quello che viene chiamato
terreno bizzarro, massi e rilievi mescolati a caso
Astronomia: Sistemi planetari
78
http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/display.cfm?Category=Planets&IM_ID=10291
Astronomia: Sistemi planetari
Mercury’s Double
Ring Crater
79
Pianeti di tipo terrestre: Venere
• Caratteristiche
– Distanza media dal Sole 0,723 AU
– Periodo di rivoluzione 224,70 giorni
– Periodo di rotazione 243,01 giorni (retrogrado)
– Diametro: 12’104 km (95% della Terra)
– Massa: 4,87×1024 kg (82% della Terra)
– Densità: 5,24 kg/m3 (95% della Terra)
– Temperatura: 477°C
– Pressione superficiale: 90 bar
Astronomia: Sistemi planetari
80
Venus
Astronomia: Sistemi planetari
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Astronomia: Sistemi planetari
82
Pianeti di tipo terrestre: Venere
• Atmosfera
– 97% di anidride carbonica e il 3% da argon e
azoto, tracce di monossido di carbonio, fluoruro
di idrogeno e cloruro di idrogeno
– Una piccola frazione della luce solare attraversa
l’atmosfera, è sufficiente per scaldare la
superficie
– Opaca che assorbe la radiazione infrarossa:
effetto serra enorme dovuto al CO2 e alla grande
densità dell’atmosfera (90 volte quella terrestre)
Astronomia: Sistemi planetari
83
Pianeti di tipo terrestre: Venere
– Velocità dei venti: 100 m/s al di sopra delle nubi,
al suolo di 1 m/s
– Temperatura di 480°C sia all’equatore sia ai poli
• L’aspetto della superficie è stato determinato
con segnali radar dalla sonda Magellan
• Gira su sé stesso in senso antiorario ed è
l’unico pianeta il cui giorno è più lungo
dell’anno
• Presenta delle fasi poiché tra il Sole e la Terra
Astronomia: Sistemi planetari
84
http://www.spacetelescope.org/images/opo9516g/
Venus Cloud Tops
Viewed
Astronomia: Sistemi planetari
85
http://solarsystem.nasa.gov//multimedia/display.cfm?IM_ID=9603
Astronomia: Sistemi planetari
Hemispheric
View of Venus
86
Astronomia: Sistemi planetari
87
Pianeti di tipo terrestre: Terra
• Caratteristiche
– Distanza media dal Sole 1 AU
– Periodo di rivoluzione 365,26 giorni
– Periodo di rotazione 23h 56min 04s
– Diametro: 12’756 km
– Massa: 5,98×1024 kg
– Densità: 5,50 kg/m3
– Temperatura: da – 50°C a 50°C
– Pressione superficiale: 1 bar
Astronomia: Sistemi planetari
88
http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/display.cfm?IM_ID=9643
Astronomia: Sistemi planetari
Earth
89
Pianeti di tipo terrestre: Terra
• Luna: caratteristiche
– Distanza media dalla Terra 0,0026 AU
– Periodo di rivoluzione 27,32 giorni
– Periodo di rotazione 27,32 giorni
– Diametro: 3476 km (27% della Terra)
– Massa: 7,35×1022 kg (1,2% della Terra)
– Densità: 3,36 kg/m3 (61% della Terra)
– Temperatura: giorno 127°C, notte –173°C
– Pressione superficiale: 0 bar (assenza di atmosfera)
Astronomia: Sistemi planetari
90
http://solarsystem.nasa.gov/planets/profile.cfm?Object=Moon
Astronomia: Sistemi planetari
Earth's Moon
91
Pianeti di tipo terrestre: Marte
• Caratteristiche
– Distanza media dal Sole 1,524 AU
– Periodo di rivoluzione 1,88 anni
– Periodo di rotazione 24h 37min 23s
– Diametro: 6794 km (53% della Terra)
– Massa: 6,42×1023 kg (11% della Terra)
– Densità: 3,94 kg/m3 (72% della Terra)
– Temperatura: giorno 20°C, notte –140°C
– Pressione superficiale: 0,008 bar
Astronomia: Sistemi planetari
92
http://www.spacetelescope.org/images/opo0322g/
Hubble's Close
Encounter with Mars
Astronomia: Sistemi planetari
93
Pianeti di tipo terrestre: Marte
• Nucleo
– Composto principalmente da ferro con il 14-17%
di solfuro di ferro
– Raggio di circa 1480 km
– Molto probabilmente non è liquido, ma allo stato
viscoso
– Marte non presenta un campo magnetico
apprezzabile (massimo 5 nT) né attività geologica
di rilievo: mancanza di protezione del suolo del
pianeta dall'attività di particelle cosmiche ad alta
energia, la maggiore distanza dal Sole rende meno
violente le conseguenze della sua attività
Astronomia: Sistemi planetari
94
Astronomia: Sistemi planetari
95
Pianeti di tipo terrestre: Marte
• Atmosfera
– Anidride carbonica (CO2) 95,32%, Azoto (N2) 2,7%
Argon (Ar) 1,6%, Ossigeno (O2) 0,13%
– I venti solari asportano materiale dalla ionosfera in
assenza di un forte campo magnetico, questo
mantiene l'atmosfera del pianeta piuttosto sottile
– La pressione atmosferica media è di 700 Pa (circa
1% rispetto alla Terra) : minimo di 30 Pa
sull'Olympus Mons e oltre 1155 Pa nella
depressione di Hellas Planitia
Astronomia: Sistemi planetari
96
Atmosfera di Marte
Astronomia: Sistemi planetari
97
http://mars.jpl.nasa.gov/multimedia/images/?ImageID=5338
Opportunity's view of
'Solander Point'
Astronomia: Sistemi planetari
98
http://mars.jpl.nasa.gov/multimedia/images/?ImageID=5333
'Point Lake' Outcrop
in Gale Crater
Astronomia: Sistemi planetari
99
Curiosity Sol 343 Vista With 'Twin Cairns' on Route to Mount Sharp
http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/display.cfm?Category=Top10&IM_ID=17605
Astronomia: Sistemi planetari
100
http://www.eso.org/public/images/mars-paranal/
Mars & Paranal
Astronomia: Sistemi planetari
101
Pianeti di tipo terrestre: Marte
Spirit's Snapshots of Mars (NASA)
Astronomia: Sistemi planetari
102
Pianeti di tipo terrestre: Marte
• Valles Marineris: il canyon più grande del
sistema solare
si estende per
oltre 3000 km,
largo fino a 600
km e profondo
8 km …
il Grand Canyon
è lungo appena
800 km
Astronomia: Sistemi planetari
103
Pianeti di tipo terrestre: Marte
• Inverno:
– Abbassamento della temperatura e
condensamento del 25-30% dell'atmosfera che
forma spessi strati di ghiaccio secco o di anidride
carbonica
• Estate:
– Il ghiaccio sublima causando grandi sbalzi di
pressione e conseguenti tempeste con venti che
raggiungono i 400 km/h; questi fenomeni
stagionali trasportano grandi quantità di polveri e
vapore d'acqua che generano grandi cirri
Astronomia: Sistemi planetari
104
Pianeti di tipo terrestre: Marte
• Calotte polari
– Composte principalmente da acqua ricoperta da
uno strato di circa 1 metro di anidride carbonica
solida al polo nord; lo stesso strato raggiunge gli 8
metri in quello sud
– Entrambi i poli presentano dei disegni a spirale
causati dall'interazione tra il calore solare
disomogeneo e la sublimazione e condensazione
del ghiaccio. Le loro dimensioni variano a seconda
della stagione
Astronomia: Sistemi planetari
105
Calotta di ghiaccio secco
Astronomia: Sistemi planetari
106
Pianeti di tipo terrestre: Marte
• Satelliti
– Due: Phobos e Deimos
– Phobos è il maggiore dei due
misurando 26,6 km
nel suo punto più largo
– Deimos è il minore e più
esterno e piccolo,
misura 15 km nella
sua sezione più lunga
Astronomia: Sistemi planetari
107
Pianeti di tipo terrestre
Multiple choice (Solar System Characteristics 16-23)
Astronomia: Sistemi planetari
108
Pianeti di tipo terrestre: Giove
• Caratteristiche
– Distanza media dal Sole 5,203 AU
– Periodo di rivoluzione 11,86 anni
– Periodo di rotazione 9h 50min
– Diametro: 142’800 km (11,2 volte la Terra)
– Massa: 1,90×1027 kg (318 volte la Terra)
– Densità: 1,31 kg/m3 (24% della Terra)
– Temperatura: –110°C (nubi alte)
Astronomia: Sistemi planetari
109
http://www.spacetelescope.org/images/opo9426b/
Astronomia: Sistemi planetari
Jupiter
110
Pianeti di tipo gioviano: Giove
• Struttura interna
– Nucleo solido avvolto da una coltre liquida e
gassosa di idrogeno che grazie alla rapida
rotazione del pianeta produce un campo
magnetico 10 volte maggiore di quello della Terra
• Aurore polari sono prodotte dalla cattura
delle particelle cariche emesse dal Sole (vento
solare) da parte della magnetosfera del
pianeta
Astronomia: Sistemi planetari
111
Astronomia: Sistemi planetari
112
http://www.spacetelescope.org/images/opo9632a/
Jupiter's Aurora
Astronomia: Sistemi planetari
113
Pianeti di tipo gioviano: Giove
• Atmosfera
– Composizione: 90% idrogeno e 10% elio con
quantità minime di metano, vapore acqueo, neon,
acido solfidrico e cianidrico
– I venti raggiungono i 650 km/h, le strisce che si
osservano al telescopio sono la manifestazione di
questi spostamenti di masse gassose
– La colorazione è dovuta a piccole differenze di
composizione, i composti dello zolfo danno una
colorazione gialla-rossa o marrone
Astronomia: Sistemi planetari
114
Pianeti di tipo gioviano: Giove
• La Grande Macchia Rossa
– È il vortice più noto e più grande, che corrisponde
ad una vasta tempesta anticiclonica
– Dimensioni variabili: 20-40’000 km per
12-14’000 km
– Altezza delle nubi più alte circa 8 km al di sopra
degli strati circostanti
• Impatto della cometa Shoemaker-Levy 9 nel
1994
Astronomia: Sistemi planetari
115
http://www.spacetelescope.org/images/opo9929b/
Jupiter's Great Red Spot
Astronomia: Sistemi planetari
116
http://www.spacetelescope.org/images/opo0842a/
Jupiter and Ganymede
Astronomia: Sistemi planetari
117
http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/display.cfm?Category=Planets&IM_ID=16528
Astronomia: Sistemi planetari
Comet Shoemaker-Levy 9
Approaches Jupiter
118
http://www.spacetelescope.org/images/opo9434a/
True colour Image of
Multiple Impact Zones
Astronomia: Sistemi planetari
119
Pianeti di tipo gioviano: Giove
• Anelli e satelliti
– Debole sistema di anelli scoperti grazie alle sonde
spaziali
– 4 satelliti galileiani:
Ganymede, Callisto, Io, Europa
– In totale 67 satelliti
Astronomia: Sistemi planetari
120
http://www.spacetelescope.org/images/opo9535a/
Jupiter's Galilean Satellites
Astronomia: Sistemi planetari
121
http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/display.cfm?Category=Planets&IM_ID=2099
Jupiter's Galilean Satellites:
Ganymede, Callisto, Io, Europa
Astronomia: Sistemi planetari
122
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA01529
Jupiter Ring System
Astronomia: Sistemi planetari
123
Pianeti di tipo terrestre: Saturno
• Caratteristiche
– Distanza media dal Sole 9,54 AU
– Periodo di rivoluzione 29,46 anni
– Periodo di rotazione 10h 13min
– Diametro: 120’000 km (9,3 volte la Terra)
– Massa: 5,69×1026 kg (95 volte la Terra)
– Densità: 0,7 kg/m3 (13% della Terra)
– Temperatura: –180°C (nubi alte)
Astronomia: Sistemi planetari
124
http://saturn.jpl.nasa.gov/photos/imagedetails/index.cfm?imageId=3379
Astronomia: Sistemi planetari
Saturn
125
Pianeti di tipo gioviano: Saturno
• Anelli e satelliti
– Decine di satelliti,
• Uno importante: Titano, un mondo dominato dal
metano
• Fra le lune minori spiccano: Dione, Tethys, Encelado
– Straordinario sistema di migliaia di anelli,
composti da particelle di ghiaccio e roccia fra 1 cm
e 10 m, mantenuti dai «satelliti pastore»
Astronomia: Sistemi planetari
126
Astronomia: Sistemi planetari
127
Astronomia: Sistemi planetari
128
http://www.spacetelescope.org/images/opo0418g/
Saturn as Seen by Cassini
Astronomia: Sistemi planetari
129
http://saturn.jpl.nasa.gov/photos/imagedetails/index.cfm?imageId=4868
The Day the Earth Smiled: Sneak Preview
Astronomia: Sistemi planetari
130
http://saturn.jpl.nasa.gov/photos/imagedetails/index.cfm?imageId=4153
Interplay between light and
shadow on Saturn’s Rings
Astronomia: Sistemi planetari
131
http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/display.cfm?Category=Planets&IM_ID=16646
Astronomia: Sistemi planetari
Rings of Saturn
132
http://www.spacetelescope.org/images/opo0323a/
The Slant on
Saturn's Rings
Astronomia: Sistemi planetari
133
Pianeti di tipo terrestre: Saturno
– Come Giove è composto quasi esclusivamente da
gas: idrogeno (94%), elio (6%), metano (0,05%),
ammoniaca (0,02%)
– Come Giove, presenta fasce e bande
– Manifesta pure delle aurore polari…
– …quindi produce un campo magnetico
Astronomia: Sistemi planetari
134
http://www.spacetelescope.org/images/heic0504a/
Saturn's dynamic aurorae
Astronomia: Sistemi planetari
135
http://www.spacetelescope.org/images/heic0904a/
Quadruple Saturn
moon transit
Astronomia: Sistemi planetari
136
http://www.spacetelescope.org/images/heic0904f/
Quadruple Saturn
moon transit
Astronomia: Sistemi planetari
137
http://saturn.jpl.nasa.gov/photos/imagedetails/index.cfm?imageId=4395
Sponge-like surface of
Saturn's moon Hyperion
Astronomia: Sistemi planetari
138
Pianeti di tipo terrestre: Urano
• Caratteristiche
– Distanza media dal Sole 19,19 AU
– Periodo di rivoluzione 84,04 anni
– Periodo di rotazione 16.5h
– Diametro: 51’120 km (4 volte la Terra)
– Massa: 8,70×1025 kg (15 volte la Terra)
– Densità: 1,3 kg/m3 (24% della Terra)
– Temperatura: –221°C
Astronomia: Sistemi planetari
139
Pianeti di tipo gioviano: Urano
• Struttura
Astronomia: Sistemi planetari
140
Pianeti di tipo gioviano: Urano
• Nucleo
– di roccia, circa 15’000 km di diametro,
temperatura di circa 7'000 °C e pressione di 20
milioni di atmosfere
– Oltre vi è uno strato ghiacciato di acqua, metano e
ammoniaca
• Atmosfera
– con nuvole e nebbie, composta da idrogeno, elio
e metano che formano le tipiche bande
atmosferiche dovute alla rapida rotazione non
uniforme
Astronomia: Sistemi planetari
141
http://www.spacetelescope.org/images/opo0732a/
Uranus' Rings
Astronomia: Sistemi planetari
142
Astronomia: Sistemi planetari
143
Pianeti di tipo gioviano: Urano
• William Herschel nella notte del 13 marzo
1781 osservava nella costellazione dei Gemelli
un oggetto anomalo. L’oggetto ingrandito al
telescopio appariva come un disco opaco, se
fosse stata una stella, data l’enorme distanza,
avrebbe dovuto apparire come un puntino
• I primi 5 satelliti sono stati scoperti da Terra
mentre i successivi grazie alla sonda Voyager 2
nel 1986, e al telescopio spaziale Hubble
Astronomia: Sistemi planetari
144
http://www.eso.org/public/images/eso0237b/
Uranus with rings
and moons
Astronomia: Sistemi planetari
145
http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/display.cfm?Category=Planets&IM_ID=135
Astronomia: Sistemi planetari
A New Look at
Uranus
146
Pianeti di tipo terrestre: Nettuno
• Caratteristiche
– Distanza media dal Sole 30,06 AU
– Periodo di rivoluzione 164,8 anni
– Periodo di rotazione 18h
– Diametro: 49’528 km (3,9 volte la Terra)
– Massa: 1,03×1026 kg (17 volte la Terra)
– Densità: 1,66 kg/m3 (30% della Terra)
– Temperatura: –230°C
Astronomia: Sistemi planetari
147
http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/display.cfm?IM_ID=2424
Astronomia: Sistemi planetari
Full-Disk Neptune
148
Pianeti di tipo gioviano: Nettuno
• Anelli e satelliti
• 4 Anelli simili a quelli di Urano
• 8 Satelliti
– Tritone: probabilmente catturato, rivoluziona in
senso opposto alla rotazione
– Despina, Galatea, Larissa, Naiade, Nereide, Proteo,
Thalassa
Astronomia: Sistemi planetari
149
http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/display.cfm?Category=Planets&IM_ID=2147
Astronomia: Sistemi planetari
Neptune's Rings
150
http://www.spacetelescope.org/images/opo9633a/
Neptune in
Primary Colours
Astronomia: Sistemi planetari
151
http://www.spacetelescope.org/images/ann1115b/
Neptune and its
moons
Astronomia: Sistemi planetari
152
Pianeti di tipo gioviano
http://www.youtube.com/watch?v=6JHv4FX0RP4
Astronomia: Sistemi planetari
153
Pianeti di tipo gioviano
Multiple choice (Solar System Characteristics 24-32)
Astronomia: Sistemi planetari
154
Pianeti nani e corpi minori
Astronomia: Sistemi planetari
155
http://www.spacetelescope.org/images/opo9417a/
Pluto and Charon
Astronomia: Sistemi planetari
156
http://www.spacetelescope.org/images/opo0724c/
Eris and Dysnomia
Astronomia: Sistemi planetari
157
http://www.eso.org/public/images/eso1144a/
An image of the strange asteroid
Lutetia from the ESA Rosetta probe
Astronomia: Sistemi planetari
158
http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/display.cfm?Category=Planets&IM_ID=14963
Astronomia: Sistemi planetari
Capturing the Surface
of Asteroid Vesta
159
http://solarsystem.nasa.gov/planets/profile.cfm?Object=Asteroids
Astronomia: Sistemi planetari
Asteroid Eros
160
http://www.eso.org/public/images/phot-mar14-hbs-2/
Astronomia: Sistemi planetari
Comet Hale-Bopp
161
http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/display.cfm?Category=Planets&IM_ID=16967
Astronomia: Sistemi planetari
Comet Halley
162
Pianeti nani e corpi minori
Multiple choice (Solar System Characteristics 33-44)
Astronomia: Sistemi planetari
163
Pianeti extrasolari
• Dal 1995 a oggi sono stati scoperti più di 725
altri sistemi planetari (940 pianeti)
• La scoperta è (quasi) sempre stata indiretta: la
luce riflessa dal pianeta è «coperta» dalla
stella attorno alla quale ruota
• I pianeti extrasolari scoperti hanno delle
caratteristiche «sorprendenti» e non simili al
sistema solare → permettono di testare le
teorie sulla formazione del sistema solare
Astronomia: Sistemi planetari
164
http://www.eso.org/public/images/eso1241a/
Artist’s impression of the
planet around Alpha Centauri B
Astronomia: Sistemi planetari
165
Pianeti extrasolari
radial velocity - transit - direct imaging
Astronomia: Sistemi planetari
166
Pianeti extrasolari
• Velocità radiale: effetto Doppler sulla luce
della stella dovuto al suo moto attorno al
«baricentro» del sistema stella-pianeta
– Valore (minimo) per la
velocità di rotazione
della stella
– Valore (minimo) per
la massa del pianeta
Astronomia: Sistemi planetari
167
Pianeti extrasolari
Astronomia: Sistemi planetari
168
Pianeti extrasolari
http://www.eso.org/public/videos/eso0939a/
Astronomia: Sistemi planetari
169
Pianeti extrasolari
• Transito: il pianeta passa davanti alla stella e
provoca una variazione della curva di luce
Astronomia: Sistemi planetari
170
http://www.eso.org/public/images/26a_big-vlt/
2M1207b - First image
of an exoplanet
Astronomia: Sistemi planetari
171
Pianeti extrasolari
http://www.eso.org/public/videos/eso1024a/
Astronomia: Sistemi planetari
172
http://www.eso.org/public/images/eso1024c/
Planet around Beta
Pictoris
Astronomia: Sistemi planetari
173
http://www.eso.org/public/images/eso0842b/
Beta Pictoris as Seen
in Infrared Light
Astronomia: Sistemi planetari
174
Pianeti extrasolari
• Buona parte dei pianeti scoperti sono
tipicamente del tipo gioviano con masse che
vanno da 0,16 a 13 masse di Giove
(oltre sono considerati nane brune)
• A differenza dei gioviani del sistema solare,
sono più ravvicinati alla stella (circa il 60%
sono a meno di 1 AU): 1° scoperto a 0,05 AU!
• Sono chiamati pianeti gioviani caldi (o giganti
rossi)
Astronomia: Sistemi planetari
175
Pianeti extrasolari
• Motivi:
– A pianeti grandi e vicini corrisponde una maggior
velocità della stella → più facili da individuare
– I pianeti si muovono verso l'interno a causa delle
reciproche interazioni gravitazionali (?)
• Ultimamente pianeti più piccoli sono stati
scoperti (grazie alla missione Kepler): pianeti
del tipo Super Terra, ossia rocciosi massivi con
masse tra 2 e 10 masse terrestri
Astronomia: Sistemi planetari
176
Pianeti extrasolari
• L’eccentricità dei pianeti scoperti è spesso
notevolmente più grande di quello che si osserva
nel sistema solare: fino a 0,71!
– Giove 0,048 – extrasolari a distanze paragonabili a
quella di Giove in media 0,4
– Le orbite sono quindi ellittiche e non quasi-circolari
– Conseguenza: espulsione dei piccoli pianeti di tipo
terrestre per effetto gravitazionale
• Pianeti gioviani su orbite quasi-circolari e terrestri
su orbite stabili sono relativamente rari!
Astronomia: Sistemi planetari
177
Pianeti extrasolari
Multiple choice (ExtraSolar Planet)
Astronomia: Sistemi planetari
178
Pianeti extrasolari
http://www.eso.org/public/videos/eso0915a/
Astronomia: Sistemi planetari
179
Pianeti extrasolari
Astronomia: Sistemi planetari
180
Pianeti extrasolari
http://www.youtube.com/watch?v=Aqw2PmiHiXA#t=15
Astronomia: Sistemi planetari
181
Pianeti extrasolari
Astronomia: Sistemi planetari
182
HUBBLE 15 YEARS OF DISCOVERY
CHAPTER 3
Astronomia: Sistemi planetari
183