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I PIANETI E GLI ALTRI COMPONENTI DEL SISTEMA SOLARE - TRA FUOCO E GHIACCI: I PIANETI

astronomia


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I PIANETI E GLI ALTRI COMPONENTI DEL SISTEMA SOLARE

Soleà centro del Sistema solareà sua forza di attrazione tiene vincolati in una modesta regione dello spazio numerosi altri corpi, verso i quali irradia un continuo flusso di energia che interferisce con le loro superfici.

KEPLERO: COME SI MUOVONO;      NEWTON: PERCHÉ SI MUOVONO COSI'

Pianeti visibili ad occhio nudo (Mercurio, Venere, Marte, Giove, Saturno) si distinguono dalle stelle x' cambiano sensibilmente 626f54g e con regolare periodicità la loro posizione nella volta celeste rispetto agli altri corpi.

Copernicoà primo a riconoscere che i pianeti ruotano intorno al Soleà sistema eliocentricoà rivoluzionò concezione di Tolomeoà poneva la Terra al centro dell'Universo;



secondo Copernicoà i pianeti seguivano orbite circolari.

Kepleroà stabilisce che i pianeti percorrono orbite a forma di ellisse, di cui il Sole occupa uno dei due fuochià movimento dei pianeti è regolato dalle 3 leggi di Keplero:

             I pianeti descrivono orbite ellittiche, quasi complanari, aventi tutte un fuoco comune in cui si trova il Sole. Il senso della rivoluzione intorno al Sole è in genere antiorario per un osservatore che si trovi al Polo nord celeste.

             Il raggio che unisce il centro del Sole al centro si un pianeta (raggio vettore) descrive superfici con aree uguali in intervalli di tempo uguali.àLe aree sono proporzionali ai tempi impiegati a percorrerleà un pianeta si muove + velocemente quando è + vicino al Sole (al perielio) e + lentamente quando è + lontano (all'afelio)

ƒ             I quadrati dei tempi che i pianeti impiegano a percorrere le loro orbite (periodi di rivoluzione) sono proporzionali ai cubi delle loro distanze medie dal Sole. (distanze misurate in U.A. / periodi in anni) à la velocità media di un pianeta è tanto < quanto + esso è lontano dal Soleà questa legge xmette di calcolare la distanza di un pianeta dal Sole, conoscendone il periodo di rivoluzione, e viceversa.

Newtonà intuisce l'esistenza di una forza di attrazione tra i corpi e ne descrive gli effetti attraverso la legge della gravitazione universaleà"due corpi si attraggono in modo direttamente proporzionale alla loro massa e in ragione inversa al quadrato della loro distanza".

          M x m

F = G0  ------------

           d2

A causa della forza di gravitàà ogni corpo celeste viene attratto dalle masse circostanti e a sua volta le attrae;

à pianeta subisce:     -           forte attrazione da Soleàx' relativamente vicino e con grande massa;

-           debole attrazione da altri pianeti(x' massa piccola) e da stelle(x' lontane).

à tali azioni:   -           impediscono al pianeta di muoversi con velocità costante e in linea retta;

                        -           lo costringono ad una continua "caduta" verso il Soleà orbita ellittica.

Data l'influenza della massa Sole ha azione prevalente su pianeti, ma tutti gli altri pianeti manifestano azione della loro massa attraverso perturbazioni = deviazioni nella forma delle orbite da ellissi perfette.

 

Satelliti artificiali:

o         descrivono orbite ellittiche di cui il corpo celeste occupa uno dei due fuochi;

o         affinché satellite si possa svincolare da 1 pianeta è necessario imprimergli una velocità iniziale = o > a velocità di fuga del pianeta à velocità dipende da massa del corpo celeste e da distanza veicolo da pianeta;

raggiunta o superata la velocitàà veicolo può proseguire indefinitamente nello spazio per inerzia: la forza di attrazione del pianeta di partenza, che diminuisce rapidamente con la distanza, continua a rallentarlo, ma sempre + debolmente e non è in grado di farlo tornare à traiettoria del satellite può venir modificata solo dall'avvicinarsi di un altro corpo celesteà sua forza di attrazione farebbe accelerare la navicella e ne modificherebbe il percorso: a seconda della traiettorie di avvicinamento la navicella potrebbe venir attratta:

fino a cadere sulla superficie del pianeta

fino a rimanere in orbita attorno ad esso

fino ad arrivare ad una minima distanza dal pianeta con velocità superiore a quella di fugaà dopo aver sorvolato il pianeta si allontanerebbe da esso rapidamenteà effetto fionda planetaria.



TRA FUOCO E GHIACCI: I PIANETI

Pianetià diversi tra loro come natura, grandezza, distanza dal Sole;

Superficià caratteristiche dipendono da distanza da Soleà da essa dipende la quantità di energia, per unità di superficie, che raggiunge i pianeti e ne condiziona la temperatura superficiale;

anche le masse hanno condizionato l'evoluzione dei singoli pianeti: famiglia dei pianeti piccoli o di tipo terrestre famiglia dei pianeti giganti di tipo gioviano o solare. Plutone, di cui si conosce ben poco non rientra in nessuna delle due distinzioni. Differenza più evidente dimensioni: diametro pianeta terrestre più grande circa1/4 di quello del pianeta gioviano più piccolo; densità: nei pianeti terrestri è in media 5 volte superiori a quella dell'acqua, in quelli gioviani arriva solo a 1,5 volte o meno. La densità dipende dalla natura dei materiali che costituiscono i pianeti e si possono distinguere in tre categorie: gas, sostanze rocciose e ghiacci. Mercurio, Venere, Terra e Marte piccole sfere rocce metalli orbitano vicino al sole. Pianeti gioviani formati in prevalenza di idrogeno ed elio, quantità variabili di ghiacci assieme ad una certa quantità di materiale roccioso.

ASTEROIDI, METEOROIDI E COMETE

Sono gli altri corpi che ruotano intorno al sole e si possono suddividere in tre gruppi, collegati tra loro per l'origine e l'evoluzione:

o         asteroidi à (o pianetini) corpi formati dallo stesso materiale da cui si è formato il sistema solare, e di cui hanno conservato la composizione originale;

o         meteoroidi à corpi la cui orbita interseca quella terrestre, per cui vengono attratti e cadono sul nostro pianeta, consumandosi nell'atmosfera (meteore o stelle cadenti) o arrivando fino al suolo (meteoriti).

o         comete à corpi di polveri e ghiacci che stazionano a grandissime distanze dal Sole e che possono immettersi su orbite lunghissime, fino a giungere in vicinanza del sole, perdendo nello spazio lunghe scie di materiali finissimi (code);

GLI ASTEROIDI

Si trovano in gran parte tra le orbite di Marte e Giove, dove formano la fascia degli asteroidi; alcuni di loro hanno orbite che si avvicinano a quelle della terra o addirittura la intersecano;

la loro superficie è segnata da numerosi crateri da impatto;

vi è un migliaio di pianetini che ruotano nell'orbita di Giove: sono i troiani, divisi in 2 gruppi, uno che precede (troiani) e l'altro che segue (i greci).

ORIGINE: vecchia ipotesi à fossero i resti di un pianeta disintegratosi à non + sostenibile;

nuova ipotesi à origine "planetesimale" = per graduale aggregazione di corpi minori.

Nell'attuale fascia degli asteroidi tale aggregazione è stata interrotta da qualche meccanismo non ancora ben chiaro, ma legato a perturbazioni gravitazionali provocate dalla vicina enorme massa di Giove.

Stimolante à x' il materiale degli asteroidi è quanto di più simile ci sai al materiale originario del sistema solare, e sulla Terra sono arrivati e arrivano di continuo frammenti (meteoriti).

Gli asteroidi sono imparentati anche con le comete: uno di essi (orbita estesa oltre urano) cominciato a manifestare segni di attività cometaria (espulsione di gas) avvicinandosi al Sole; il più lontano sta seguendo un'orbita circolare al di là di Plutone, che lo porta addirittura nella fascia di Kuiper, da cui proviene gran parte delle comete.

METEOROIDI

Sono gli innumerevoli frammenti di materiale extraterrestre sparsi nel sistema solarein orbita attorno al sole, troppo piccoli per essere chiamati asteroidi o comete. Quando un meteoroide si avvicina all'orbita della Terra, può essere attratto dal nostro pianeta e attraversare l'atmosfera: l'attrito lo rende incandescente e lo fa evaporare e il fenomeno da origine a una scia luminosa che viene chiamata meteora (stella cadente); se il corpo è abbastanza grande da non venir tutto consumato dall'attrito, il materiale che raggiunge la superficie costituisce un meteorite.

Le meteore à prodotte da oggetti che vanno da 0,1g a qualche Kg; velocità di decine di km/s e si "accendono" tra 80 e 120 km di altezza, per spegnersi intorno ai 50, disintegrandosi completamente.

Meteore isolate si osservano tutto l'anno, a intervalli precisi compaiono sciami di meteore à piogge di stelle.

Lacrime di S. Lorenzo à meteore intorno 12 ago, quando la Terra attraversa le polveri disseminate lungo l'orbita della cometa Swift-Tuttle.

Le meteoriti note vanno da 1g a oltre 10 tonnellate; particelle più piccole possono venire rallentate senza bruciare e depositarsi sulla superficie come polvere à micrometeoriti.

Le meteoriti maggiori raggiungono la superficie con impatti violentissimi; nell'urto producono nel suolo una cavità semisferica detta cratere da impatto: il Meteor Crater, in Arizona, diametro 1200m.




Crateri da impatto à rari su Terra x' attività geologica ne cancellerebbe le tracce. Su molti altri corpi del sistema Solare i segni sono vistosi e abbondanti.

NATURA à dei meteoriti à si ritiene provenga dalla fasica degli asteroidi, dove violente collisioni scagliano numerosi frammenti in ogni direzione; qualcosa di analogo si verifica anche negli impatti di grossi corpi su Marte e sulla Luna, da cui si ritiene siano arrivate sulla Terra alcune meteoriti particolari.

In base alla composizione mineralogica, le meteoriti si dividono in tre gruppi:

o         lititi à simili a rocce;

o         sideriti à metalliche (ferro in lega con nichel);

o         sideroliti à miscuglio, in varie proporzioni, di materiale roccioso e metallico.

Alle lititi appartengono le cosiddette condriti contenenti tipiche sferette di aspetto vetroso, di dimensioni millimetriche, chiamate condurle e derivate dal rapido raffreddamento di gocce fuse della "polvere" della nebulosa da cui è nato il Sistema solare. Le condriti hanno in maggior parte un'età simile a quella del sist solare e non mostrano tracce di trasformazioni => miglior campione della composizione media del materiale da cui si è originato il Sistema solare.

Altri tipi di lititi meno antiche e simili a certe rocce magmatiche terrestri e si sono formate per raffreddamento di materiale che in precedenza aveva subito una totale fusione: sono in gran parte frammenti della parte esterna di qualche asteroide o di un corpo maggiore, come Luna o Marte.

Le sideriti sono probabilmente frammenti del nucleo metallico di piccoli asteroidi completamente frantumati da qualche collisione.

LE COMETE

(palle di neve sporca) formate da gas e vapori congelati (acqua, metano, ammoniaca e anidride carbonica), misti a piccoli frammenti di rocce e metalli. Si muovono lungo orbite molto allungate.

Quando si avvicinano al Sole, le radiazioni fanno sublimare i gas congelati, che trascinano con sé le polveri imprigionate nei ghiacci; attorno ad un nucleo si forma un alone rarefatto e luminoso la chioma.

Successivamente si sviluppa la coda che si allunga per milioni di silometri in senso opposto alla direzione del sole, provocato dal pulviscolo spinto dalla luce solare in direzione radiale. Ad ogni passaggio intorno al sole una cometa perde una parte di massa e col tempo diviene meno luminosa, fino ad estinguersi. Dal nucleo parte anche una seconda coda, di colore azzurro, formata da gas ionizzati che vengono incanalati e trascinati via dal campo magnetico Solare.

La ricostruzione delle orbite delle comete a lungo periodo portò l'astronomo olandese Ooort a ipotizzare che tali corpi siano distribuiti nello spazio a formare una specie di alone sferico intorno al Sole e ai pianeti.

La nube di Oort inizia all'esterno del sistema di pianeti e si estende per oltre 100.000 U.A.

In quello spazio, migliaia di miliardi di nuclei ghiacciati si muovono lentamente su orbite lontanissime dal sole; il passaggio ravvicinato di una stella provoca delle perturbazioni nel loro moto, in grado di scagliarli verso lo spazio interstellare o di farli deviare su orbite che li portano in prossimità del sole e dei pianeti.

Altre comete à a breve periodo (meno di 200 anni) provengono dalla parte + interna della nube à fascia di Kuiper à i corpi che la costituiscono ruotano sullo stesso piano delle orbite dei pianeti, mentre gli altri corpi della nube ruotano su piani diversi.

Nube di Oort à 6000 miliardi di nuclei; dist media tra loro = 1 U.A..

ORGINE DI TALI MATERIALI à si ritiene che si siano formati tra Giove e Nettuno dove dominano i ghiacci che li avrebbero scagliati verso la periferia del sistema solare.

Comete possono entrare in collisione coi pianeti à per tale via che la Terra all'inizio della sua evoluzione, ha ricevuto gran parte delle sue riserve di acqua superficiale; le polveri cometarie sono inoltre ricche di composti organici, che potrebbero aver svolto un ruolo importante nel dare origine ad ambienti adatti alla vita.

LA COMETA HALLEY

Breve periodo à vicino al sole ogni 76 anni circa à ha orbita fin oltre plutone;

Testimonianze dal 239 a.C. astronomi cinesi. 1301 testimone Giotto: trasse ispirazione ne "l'adorazione dei magi". 1682 à astronomo inglese E. Halley concluse che la cometa compiva un'orbita ellittica e che sarebbe ripassata dopo 76 anni. Ritornò puntualmente nel 1758.

Passaggio + recente 1986 à oltre ad osservazioni da Terra 5 sonde spaziali hanno intercettato la sua orbita. una di queste Giotto lanciata dall'Esa (European Space Agency) ha attraversato la chioma ed è passata a soli 600 km dal nucleo à molti dati e immagini.

Nucleo à come una specie di patata irregolare. Ruota lentamente su se stesso, mentre da + punti della superficie rivolta verso il sole partono getti luminosi che si perdono nello spazio. Il resto della superficie, grigiastro, mostra strutture in rilievo e depresse (forse crateri).



COMPOSIZIONE à miscuglio di polveri che intrappolano sostanza in gradi di sublimare rapidamente.

ORIGINE ED EVOLUZIONE DEL SISTEMA SOLARE

Dalla nebulosa originaria al "proto sole" e ai "planetesimali"

Il sistema solare occupa un piccolo settore du uno dei bracci a spirale della Galassia. In base a quanto si sa sull'origine delle stelle in quel settore circa 4,6 miliardi di anni fa doveva estendersi una fredda e rarefatta nube di gas e polveri finissime.

La sua composizione chimica doveva comprendere oltre, all'idrogeno e all'elio, anche una certa quantità di altri elementi.

Gli elementi + pesanti si formano attraverso reazioni termonucleari nelle stelle e si disperdono nello spazio nei processi di formazione delle nebulose planetarie, delle novae e delle supernovae => processi analoghi si sono verificati a spese di stelle + antiche del sole e che parte dei loro resti si siano via via aggiunti alla composizione originaria della nebulosa.

La nebulosa continuò ad assimilare elementi pesanti finché una causa sconosciuta (forse l'onda d'urto dell'esplosione di una supernova vicina) ne perturbò la struttura, costringendo una vasta parte della nube a collassare su se stessa in un vortice gigantesco.

Nella progressiva contrazione e con il crescere della velocità di rotazione, la nube assunse la forma di un disco appiattito ne l cui centro si andava accrescendo un nucleo sempre + denso e caldo detto proto-sole.

All'interno ripetute collisioni tra granuli di polvere e ghiacci portarono all'aggregazione di corpi via via maggiori, che si frantumavano per riaggregarsi poi in corpi sempre + grandi, i planetesimali.

Il sole e i pianeti verso la forma attuale

Temperatura à ruolo fondamentale nella formazione dei pianeti;

Il riscaldamento progressivo del proto-sole impedì l'accumulo di ghiacci nei corpi + vicini.

I corpi + interni, i futuri Mercurio, Venere, Terra e Marte, si accrebbero per aggregazione di rocce e metalli; a distanza maggiori invece quantità sempre maggiori di ghiacci si aggiunsero ai materiali rocciosi. Con il tempo i proto-paianeti (futuri Giove e Saturno) raggiunsero una massa critica, capace di intrappolare e trattenere giganti involucri di gas.

Giove si trovò abb vicino per catturare ancora un'enorme qt di gas, ma abb lontano da conservare  grandi masse di ghiacci. => il gigante dei pianeti

Nel proto-sole la temp crebbe tanto da dare inizio alle prime reazioni nucleari, con le quali nacque la nuova stella. Alla sua accensione il Sole emise una gigantesca esplosione che investì l'intero sistema: la cosiddetta fase T-Tauri, durante la quale un vento stellare spazzò nello spazio interstellare i gas e le polveri residue, insieme a buona parte della massa del sole.

I pianeti si erano ormai formati: Giove con il suo intenso campo gravitazionale, aveva impedito l'aggregazione di un altro corpo nell'ampio spazio che lo separa da Marte: le decine di migliaia di frammenti che oggi formano la fascia degli asteroidi = pianeta mancato.

In questa fase, molti corpi isolati vagavano nello spazio secondo orbite irregolari, influenzate dal passaggio di qualche pianeta.

Lentamente, attraverso collisioni  tra loro e i pianeti, lo spazio fu ripulito anche da questi corpi.

Giove costrinse molti asteroidi a seguire orbite che li portavano all'interno del sistema, dove si verificò quella lunga fase di bombardamento cosmico à miriadi crateri su pianeti.

Il bombardamento ebbe la sua max intensità nel primo miliardo di anni: la craterizzazione, cioè la densità di crateri da impatto sulla superficie è un indizio dell'età di quella superficie.

A questo parteciparono le comete che portarono l'acqua sulle superfici.

In questo periodo iniziò l'evoluzione dei singoli pianeti. Quelli + interni x il calore generato dai numerosi impatti con gli asteroidi che cadevano sulla loro superficie e per quello liberato nel loro interno dal decadimento di materiali radioattivi arrivarono ad una fusione quasi totale: nella massa fluida gli elementi + pesanti (ferro e nichel) sprofondarono verso il centro dei pianeti, dove formarono nuclei metallici ad alta densità, mentre gli elementi + leggeri (silicio, ossigeno, calcio, sodio, potassio) migrarono verso la parte + esterna andando a formare mantelli di ossidi e silicati.

COSTITUZIONE DELLE ATMOSFERE

Nella fase di fusione e surriscaldamento, cui seguirono un progr raffreddam e solidific, si liberarono anche grandi qt di materiali gassosi e di vapori, che si unirono a quelli formati da impatti con comete.

Mercurio, + caldo e massa + piccola, non riuscì a trattenere alcun vapore; Marte, +freddo e di massa + grande, si ricoprì di un sottile strato di anidride carbonica; Venere e Terra, in posizione intermedia e di massa maggiore, riuscirono a conservare un notevole involucro atmosferico formato dai gas + pesanti (anidr carbonica, azoto) e di acqua allo stato di Vapore.

Le atmosfere che si andavano così formando su 3 dei pianeti + interni sostituirono in modo decisivo i componenti + leggeri della nebulosa.

Queste atmosfere non saranno xo' quelle definitive, in quanto nella fase successiva dell'evoluzione di questi pianeti le loro condizioni subiranno altre modifiche.

Giove e Saturno invece (+ loro satelliti) lunga evoluzione, ma con notevoli differenze.

A causa delle maggiori distanze dal sole le loro masse raccolsero qt assai maggiori di ghiacci e aumentarono fino a poter trattenere gli elementi + leggeri => i loro nuclei si rivestirono di enormi involucri ricchi di idrogeno ed elio, dense atmosfere alla cui base, per la forte pressione, l'idrogeno si è raccolto a formare anche oceani liquidi.

Analogamente Urano e Nettuno à ma per massa minore hanno trattenuto meno elio => dense atmosfere di idrogeno e metano , che avvolgono suxf di gas congelati.

Su Plutone si è formato un involucro di ammoniaca e di metano solidi, ma, a causa delle ridotto dimensioni à no traccia di atmosfera.

Anche i satelliti sembrano aver seguito un'evoluzione analoga ai pianeti, cioè per aggregazione.

I satelliti dei pianeti giganti sono in genere sfere di ghiacci, forse con nuclei rocciosi e tutti privi di atmosfera, a causa della loro ridotta massa.

Lontano dal sole, dove il vento solare aveva spinto i materiali meno densi si accrebbe pian piano la fascia di Kuiper e cominciò a formarsi la nube di Oort.

I pianeti sono in evoluzione da oltre 4 miliardi di anni.







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