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Il sistema solare: origine

astronomia


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Il sistema solare: origine

Possiamo classificare le teorie sulla genesi del sistema solare in catastrofiche e nebulari.

Le prime, oramai completamente abbandonate, ipotizzano la formazione dei pianeti attraverso l'espulsione violenta di materia solare per cause diverse. Ricordiamo ad esempio l'ipotesi del naturalista francese Buffon il quale, nel 1745, avanzò l'idea che i pianeti si fossero formati in seguito alla condensazione di uno spruzzo di materia solare generato dalla caduta di una cometa sulla superficie del sole. Teorie di questo genere vennero riprese anche nel nostro secolo. Agli inizi del '900, ad esempio, trovò un certo credito l'ipotesi che i pianeti si fossero formati per aggregazione di materia solare strappata al sole dall'attrazione gravitazionale di una stella passata casualmente nelle vicinanze (Chamberlin, Moulton, Jeans). L'ipotesi venne presto abbandonata quando divenne chiaro che le probabilità di collisione tra due stelle sono talmente basse da risultare trascurabili e che la materia solare eventualmente strappata al sole sarebbe comunque troppo calda per potersi condensare in pianeti.

Verso gli anni '40 del secolo scorso iniziò dunque a prendere definitivamente piede la teoria di una nascita del sistema solare per evoluzione di una nebulosa primordiale. Si trattava della riedizione di una vecchia ipotesi nota come teoria nebulare di Kant-Laplace.



Nel 1755 Kant ipotizza che il sole ed i pianeti si siano formati per aggregazione gravitazionale (ricordiamo che la legge di gravitazione newtoniana aveva da poco dimostrato tutta la sua potenza) all'interno di una nebulosa discoidale di gas e polveri in lenta rotazione.

Nel 1796 Laplace tentò di giustificare dal punto di vista scientifico le affermazioni di Kant, cercando di dimostrare che mentre la nube primordiale si contraeva essa d 828b13i oveva aumentare la sua velocità di rotazione (per la conservazione del momento angolare) fino a produrre nelle sue regioni periferiche una forza centrifuga tale da permettere la separazione di anelli di materia, all'interno dei quali si sarebbero successivamente formati i pianeti.

La teoria laplaciana si affermò durante la prima metà dell'ottocento soprattutto grazie all'enorme fama ed autorità di cui godeva l'autore presso il mondo scientifico contemporaneo. Ma nella seconda metà dell'ottocento Maxwell dimostrò che l'ipotetica nube in contrazione non poteva avere velocità sufficiente per espellere anelli di materia per forza centrifuga.

La teoria nebulare non era inoltre in grado di spiegare l'attuale distribuzione del momento angolare all'interno del nostro sistema solare. Se infatti il sole ed i pianeti si sono formati per contrazione e frammentazione di una massa di gas in rotazione, il momento angolare complessivo della nebulosa si sarebbe dovuto suddividere proporzionalmente alle masse dei diversi componenti del sistema solare. Così ci si dovrebbe attendere che la maggior parte del momento angolare si trovi concentrato nel sole il quale possiede il 99,9% della massa del sistema solare. In realtà il sole contribuisce solo per il 2% al momento angolare complessivo, mentre il rimanente 98% è concentrato nei pianeti.

Nel 1943 Carl von Weizsäcker ripropone la teoria nebulare di Kant-Laplace integrando e rendendo più solida l'ipotesi originaria. La teoria nebulare, nella formulazione odierna, può essere così riassunta.

La nebulosa primordiale, costituita prevalentemente di idrogeno, elio e piccolissime quantità di elementi pesanti aggregati in granuli microscopici, si trovava in lenta rotazione intorno ad un asse. Il moto di rotazione costrinse il materiale in fase di collasso a distribuirsi su di un disco appiattito, rigonfio al centro. E' infatti facile verificare che mentre la forza gravitazionale ha la stessa intensità in tutti i punti periferici della nebulosa equidistanti dal suo centro, la forza centrifuga risulta maggiore per il materiale più distante dall'asse di rotazione. La composizione di tali forze produsse quindi una risultante diretta non verso il centro della nebulosa, ma verso il suo piano equatoriale.

Possiamo inoltre facilmente convincerci che durante tale processo di sedimentazione sul piano equatoriale, il materiale che si trovava nelle adiacenze dell'asse di rotazione era in quantità maggiore rispetto a quello che si trovava a maggiori distanze da esso. Ciò spiega la formazione della massiccia protuberanza centrale destinata a formare il protosole.

Nelle fasi iniziali il protosole era ancora instabile ed emetteva enormi quantità di materia sotto forma di un intenso vento solare. E' lo stadio T-Tauri (dal nome della giovane stella variabile nella costellazione del Toro, in cui per la prima volta venne rilevato tale fenomeno), attraverso il quale il sole avrebbe allontanato dalla zona più interna del disco nebulare gran parte dei gas più leggeri e si sarebbe alleggerito di una frazione notevole della sua massa.

L'introduzione dello stadio T-Tauri nel modello nebulare permette di giustificare l'anomala distribuzione osservata del momento angolare. Perdendo massa il sole diminuisce infatti anche il suo momento angolare.

Nelle regioni adiacenti al protosole poterono accumularsi solo gli elementi più pesanti, in grado di non evaporare e di non essere spazzati via dal vento solare. Essi precipitarono sul piano del disco fornendo il materiale col quale si formarono poi i pianeti interni. I composti più leggeri, come l'elio, l'idrogeno, l'acqua, l'ammoniaca ed il metano si accumularono invece nella parte più esterna del disco nebulare, più lontana dal protosole e quindi più fredda, diventando il materiale da cui si formarono in seguito i pianeti gioviani e i corpi cometari.

A poco a poco le particelle iniziarono ad aggregarsi all'interno del disco nebulare, creando agglomerati di dimensioni maggiori, detti planetesimi, che divennero centri di attrazione gravitazionale per i frammenti più piccoli. Ogni planetesimo spazzava così lo spazio intorno a sé, accrescendosi a spese del materiale intercettato, in modo analogo a quanto fa una valanga.

Non tutti i planetesimi erano destinati a diventare pianeti. Negli urti reciproci alcuni si disgregarono ritornando a formare materiale meteorico di piccole dimensioni, mentre altri prevalsero definitivamente diventando i protopianeti.

Le differenze di dimensioni tra Giove e Saturno, da una parte, ed Urano e Nettuno, dall'altra, possono essere interpretate sulla base della diversa velocità orbitale. Urano e Nettuno più distanti dal sole e quindi più lenti furono meno efficienti di Giove e Saturno nel catturare il materiale nebulare.

La grande massa acquisita da Giove divenne infine causa di disturbi gravitazionali così elevati da impedire l'ulteriore accrescimento di altri pianeti nelle immediate vicinanze. Si spiega in tal modo la presenza della fascia degli asteroidi tra Marte e Giove.

I residui della nebulosa troppo lenti e distanti per aggregarsi in pianeti rimasero a ruotare ai bordi del sistema solare andando a formare la nube di Oort.


1          Le stelle: classificazione e sistemi di riferimento

Il sole è una dei 100 miliardi di stelle che costituiscono la nostra galassia. Fin dall'antichità le stelle sono state raggruppate in costellazioni, alle quali sono stati attribuiti nomi di animali, di oggetti e di figure mitologiche. Una costellazione è un raggruppamento di stelle vicine le une alle altre solo per ragioni prospettiche e non prodotto da una reale prossimità fisica. Nel 1928 l'Unione Astronomica Internazionale decise di uniformare l'utilizzo delle costellazioni per individuare una stella sulla volta celeste. L'intera sfera celeste venne così suddivisa in 88 aree poligonali, diverse per forma e dimensioni, ognuna contenente una precisa costellazione. Quando oggi gli astronomi si riferiscono ad una qualche costellazione, in realtà individuano in maniera univoca un settore ben determinato della sfera celeste.  La sfera celeste è un'astrazione che noi utilizziamo per comodità, al fine di poter individuare in modo univoco nel cielo un oggetto celeste, tramite opportuni sistemi di coordinate. Per poter costruire un sistema di coordinate celesti è necessario individuare sulla sfera celeste alcuni elementi di riferimento. Tra questi i più importanti sono:

·      L'asse del mondo, prolungamento dell'asse terrestre, che interseca la sfera in corrispondenza di due punti detti poli celesti (nord e sud). A causa della rotazione terrestre l'intera sfera celeste sembra quindi ruotare intorno ai poli celesti da est verso ovest. 

·      L'equatore celeste, proiezione dell'equatore terrestre sulla sfera celeste.

·      L'eclittica, il percorso apparente che il sole compie tra le costellazioni zodiacali in un anno. L'equatore celeste e l'eclittica giacciono su due piani inclinati di 23° 27' e si intersecano in due punti opposti detti rispettivamente punto  (gamma) o punto d'Ariete o punto vernale e punto (omega) o punto di Bilancia o punto autunnale. Il punto d'Ariete è il punto che il sole occupa durante l'equinozio di primavera (21 marzo). Esso deve il suo nome al fatto che nell'antichità tale punto era situato nella costellazione dell'Ariete (attualmente si trova nei Pesci), il cui segno zodiacale è la lettera greca gamma () che ricorda la testa di un ariete. Il punto di Bilancia è il punto che il sole occupa durante l'equinozio di autunno (23 settembre). Esso deve il suo nome al fatto che nell'antichità tale punto era situato nella costellazione della Bilancia (attualmente si trova in Vergine), il cui segno zodiacale è la lettera greca omega () che richiama la forma di una bilancia.

·      Il meridiano celeste fondamentale, o colùro equinoziale, è il cerchio massimo passante per il punto Gamma (ed ovviamente anche per il punto Omega) e per i poli celesti e quindi perpendicolare all'equatore celeste.

Questi elementi sono comuni a tutti gli osservatori, in qualsiasi punto della terra l'osservatore si trovi. Esistono poi alcuni elementi propri di ciascun osservatore:

·      Lo Zenit, il punto delle sfera celeste che si trova sulla perpendicolare dell'osservatore ed il Nadir,  in posizione diametralmente opposta e non è quindi visibile;

·      L'orizzonte celeste, il cerchio massimo perpendicolare alla verticale dell'osservatore, che individua la porzione di sfera celeste osservabile in un certo istante (volta celeste).

Un sistema di coordinate celesti che faccia riferimento alla posizione dell'osservatore si dice relativo, in caso contrario si dice assoluto.

A) Il sistema altazimutale o orizzontale è un sistema relativo, usato fin dall'antichità. Utilizza come asse di riferimento l'orizzonte. Le due coordinate sono



·      l'altezza h della stella (da 0 a 90°) definita come la distanza angolare della stella rispetto all'orizzonte, misurata perpendicolarmente ad esso (in direzione dello zenit)

·      l'azimut A è la distanza angolare (da 0° a 360°) che il piede dell'altezza della stella forma con il Sud (misurata in senso orario, da sud verso ovest).

Le coordinate altazimutali di una stessa stella sono ovviamente diverse a seconda del luogo di osservazione e, per uno stesso luogo, cambiano con l'ora a causa dell'apparente moto di rotazione della sfera celeste

B) Il sistema equatoriale mobile è un sistema assoluto. E' detto mobile poiché è ancorato alla sfera celeste e la segue nel suo moto apparente. Utilizza come elementi di riferimento l'equatore celeste ed il meridiano celeste fondamentale. Le due coordinate sono

·      la declinazione  (da 0° a 90°), definita come la distanza angolare della stella rispetto all'equatore celeste misurata perpendicolarmente all'equatore stesso (lungo l'arco di meridiano passante per la stella)

·      l'ascensione retta  o AR, definita come la distanza angolare tra il punto Gamma ed il piede del meridiano passante per la stella (misurata in senso antiorario). L'ascensione retta si misura in genere in unità di tempo siderale (ore, minuti, secondi) da 0 a 24h siderali, piuttosto che in gradi (da 0° a 360°).

Il giorno siderale è il tempo necessario affinché la terra effettui una rotazione completa rispetto al punto Gamma e misura quindi l'intervallo di tempo tra due culminazioni successive del punto Gamma sul meridiano del luogo (circa 23h 56m 4s solari). Gli orologi degli osservatori astronomici sono sincronizzati sul tempo siderale e non sul tempo solare. Così se una stella ha un'ascensione retta di 2h e 20m essa culminerà sul meridiano del luogo esattamente 2h e 20m dopo il punto Gamma e quindi nel momento in cui l'orologio siderale dell'osservatorio segnerà proprio tale ora. Le stelle di ogni costellazione vengono classificate in base alla loro luminosità. Secondo la convenzione introdotta da Johann Bayer nel 1603, la stella più brillante di una costellazione è indicata con la prima lettera dell'alfabeto greco (alfa) seguita dal nome della costellazione al genitivo o dalle sue prime tre lettere (-Centauri o Cen). La seconda in ordine di luminosità con la seconda lettera dell'alfabeto greco (beta) e così via. Fanno eccezione le stelle dell'Orsa Maggiore (Grande Carro) in cui le lettere greche accompagnano la successione delle stelle nella costellazione.

Ben presto ci si rese conto che le stelle in una costellazione sono più numerose delle lettere dell'alfabeto. Nel 1725 Flamsteed, nel suo libro Historia Coelestis Britannica introdusse un nuovo sistema di classificazione ancor oggi comunemente usato, secondo il quale a ciascuna stella di una costellazione viene assegnato un numero arabo progressivo in ordine di ascensione retta.

Abbrev.                 Nome                                     Genitivo                 Traduzione

And                         Andromeda                           Andromedae                        Andromeda (figlia di Cèfeo) (B)

Ant                           Antlia                                      Antliae                                   Macchina Pneumatica, Pompa

Aps                         Apus                                       Apodis                                   Uccello del Paradiso

Aqr                          Aquarius                                Aquarii                                   Aquario (Z)

Aql                           Aquila                                     Aquilae                                  Aquila

Ara                          Ara                                          Arae                                        Altare

Ari                            Aries                                       Arietis                                     Ariete (Z)

Aur                          Auriga                                    Aurigae                                  Auriga (B)

Boo                         Bootes                                   Bootis                                    Boote, Vaccaro (B)

Cae                         Caelum                                 Caeli                                      Scalpello, Bulino

Cam                       Camelopardalis                  Camelopardalis                  Giraffa (B)

Cnc                         Cancer                                   Cancri                                    Cancro, Granchio (Z)

CVn                         Canes Venatici                    Canum Venaticorum          Cani da Caccia, Levrieri (B)

CMa                        Canis Major                          Canis Majoris                       Cane Maggiore

CMi                         Canis Minor                          Canis Minoris                       Cane Minore (B)

Cap                         Capricornus                         Capricorni                             Capricorno (Z)

Car                          Carina                                    Carinae                                 Carena

Cas                         Cassiopeia                           Cassiopeiae                        Cassiopea, (madre di Andromeda) (B)

Cen                         Centaurus                             Centauri                                                Centauro




Cep                         Cepheus                               Cephei                                   Cèfeo (re d'Etiopia) (B)

Cet                          Cetus                                     Ceti                                         Balena

Cha                         Chamaeleon                        Chamaeleontis                    Cameleonte

Cir                           Circinus                                 Circini                                    Compasso

Col                          Columba                               Columbae                             Colomba

Com                       Coma Berenices                 Comae Berenices               Chioma di Berenice (B)

CrA                          Corona Australis                 Coronae Australis               Corona Australe

CrB                         Corona Borealis                  Coronae Borealis                                Corona Boreale (B)

Crv                          Corvus                                   Corvi                                       Corvo

Crt                           Crater                                     Crateris                                 Coppa

Cru                          Crux                                        Crucis                                    Croce del Sud

Cyg                         Cygnus                                  Cygni                                      Cigno     (B)

Del                          Delphinus                             Delphini                                 Delfino (B)

Dor                          Dorado                                  Doradus                                                Pesce Spada

Dra                          Draco                                     Draconis                               Dragone (B)

Equ                         Equuleus                              Equulei                                  Cavalluccio (B)

Eri                           Eridanus                               Eridani                                   Eridano, (il fiume Po)

For                          Fornax                                    Fornacis                                                Fornace

Gem                       Gemini                                   Geminorum                          Gemelli (Z)

Gru                          Grus                                       Gruis                                      Gru

Her                          Hercules                               Herculis                                 Ercole (B)

Hor                          Horologium                          Horologii                               Orologio

Hya                         Hydra                                     Hydrae                                   Idra

Hyi                           Hydrus                                   Hydri                                       Serpente d'acqua

Ind                           Indus                                      Indi                                         Indiano d'America

Lac                          Lacerta                                  Lacertae                                                Lucertola (B)

Leo                         Leo                                         Leonis                                   Leone (Z)

LMi                          Leo Minor                              Leonis Minoris                     Leoncino (B)

Lep                         Lepus                                    Leporis                                  Lepre

Lib                           Libra                                       Librae                                    Bilancia (Z)

Lup                         Lupus                                    Lupi                                        Lupo

Lyn                          Lynx                                        Lyncis                                    Lince (B)

Lyr                           Lyra                                        Lyrae                                      Lira (B)

Men                         Mensa                                    Mensae                                 Tavola

Mic                          Microscopium                      Microscopii                           Microscopio

Mon                         Monoceros                            Monocerotis                          Unicorno

Mus                         Musca                                    Muscae                                  Mosca



Nor                          Norma                                   Normae                                 Squadra

Oct                          Octans                                   Octantis                                 Ottante

Oph                         Ophiuchus                            Ophiuchi                                Ofiuco, Serpentario

Ori                           Orion                                      Orionis                                   Orione, (cacciatore)

Pav                          Pavo                                       Pavonis                                 Pavone

Peg                         Pegasus                                               Pegasi                                   Pegaso (cavallo alato) (B)

Per                          Perseus                                                Persei                                    Persèo (figlio di Zeus) (B)

Phe                         Phoenix                                 Phoenicis                              Fenice

Pic                           Pictor                                      Pictoris                                  Cavalletto del Pittore

Psc                         Pisces                                   Piscium                                 Pesci (Z)

PsA                         Piscis Austrinus                  Piscis Austrini                      Pesce Australe

Pup                         Puppis                                   Puppis                                   Poppa

Pyx                          Pyxis                                       Pyxidis                                   Bussola

Ret                          Reticulum                             Reticuli                                  Reticolo

Sge                         Sagitta                                   Sagittae                                 Freccia, Saetta (B)

Sgr                          Sagittarius                            Sagittarii                                                Sagittario, (arciere) (Z)

Sco                         Scorpius                                Scorpii                                   Scorpione (Z)

Scl                           Sculptor                                 Sculptoris                              Scultore

Sct                           Scutum                                  Scuti                                       Scudo

Ser                          Serpens                                                Serpentis                              Serpente

Sex                          Sextans                                 Sextantis                               Sestante

Tau                         Taurus                                   Tauri                                       Toro (Z)

Tel                           Telescopium                        Telescopii                             Telescopio

Tri                            Triangulum                           Trianguli                                                Triangolo (B)

TrA                          Triangulum Australe           Trianguli Australis               Triangolo Australe

Tuc                          Tucana                                  Tucanae                                                Tucano

UMa                        Ursa Major                            Ursae Majoris                      Orsa Maggiore (B)

UMi                         Ursa Minor                            Ursae Minoris                      Orsa Minore (B)

Vel                           Vela                                        Velorum                                 Vele

Vir                            Virgo                                       Virginis                                  Vergine (Z)

Vol                           Volans                                   Volantis                                 Pesce Volante

Vul                           Vulpecula                              Vulpeculae                            Volpetta (B)

B = costellazioni boreali   Z = costellazioni zodiacali

Le stelle note fin dall'antichità sono ancor oggi contraddistinte da un nome proprio, spesso di origine araba. Ad esempio: Sirio (9 CMa / CMa = alfa Canis Maioris);  Betelgeuse (58 Ori / Ori = alfa Orionis); Vega (3 Lyr / Lyr = alfa Lyrae);  Mizar (79 Uma / UMa = zeta Ursae Maioris).

Le 88 costellazioni sono disposte 26 sopra l'eclittica, 50 sotto e 12 giacciono sull'eclittica e sono dette costellazioni zodiacali. Mentre la terra ruota intorno al sole, quest'ultimo sembra dunque muoversi sullo sfondo delle costellazioni zodiacali.







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