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Il Sole: struttura e caratteristiche

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Il Sistema solare, o Sistema planetario, è l'insieme dei corpi celesti, pianeti, satelliti, asteroidi, comete e meteoriti, che hanno come centro motore il Sole.

Il Sole: struttura e caratteristiche

Il Sole è la stella più vicina alla Terra, centro del nostro sistema planetario, oltre che principale fonte di calore e di luce; esso rende perciò possibile sulla Terra la vita organica.

Se al nostro sguardo esso appare come un luminoso disco omogeneo, in realtà non è un corpo solido, ma una gigantesca sfera di gas e plasma dal diametro di 1 milione e 400mila km, e con una massa pari a 333mila volte quella della Terra. È composto, come tutte le altre stelle, da idrogeno (75%) ed elio (25%), e diventa sempre più denso a mano a mano che si arriva al nucleo centrale.

Nella struttura del Sole si possono distinguere, procedendo dall'interno verso l'esterno, quattro strati con caratteristiche diverse: il nucleo, la fotosfera, la cromosfera e la corona solare, tenendo presente che, essendo tutti gassosi, non esistono tra essi limiti precisi.




Il Nucleo è la zona più interna e densa del Sole, che racchiude quasi tutta la massa solare, e dove avvengono, a causa dell'altissima temperatura (15.000.000° C), le potenti reazioni termonucleari che trasformano l'idrogeno in elio con una liberazione immensa di energia.

Questa energia viene trasmessa prima per diffusione radiativa, cioè per irraggiamento, e poi per convenzi 525f59f one, cioè con spostamento di materia, fino a giungere alla superfice della fotosfera, dove viene liberata sotto forma di luce e di calore.


La Fotosfera, da foto = luce, o «sfera della luce­», è la superfice splendente del Sole e consta di materiale fluido incandescente con temperatura sui 6.000°C.

La superfice della fotosfera non è liscia, ma presenta una struttura a granuli brillanti, dovuti al contrasto tra il materiale caldo e luminoso che sale verso l'esterno e il materiale freddo e più scuro che scende nell'interno. Ogni granulo dura pochi minuti, ma il movimento di tutti i granuli fa sembrare la superfice della fotosfera in continua ebollizione.

Inoltre, la superficie brillante della fotosfera non è omogenea, ma appare costellata da "macchie solari", cioè da zone scure che corrispondono alle sue regioni più fredde, continuamente variabili per dimensioni, per forma e, soprattutto, per numero, la cui vita media varia da pochi giorni a qualche decina di giorni. Il loro numero non è costante, ma passa da valori minimi, che arrivano fino all'assenza di macchie, a valori massimi, e si presentano in generale a gruppi, con una periodicità che ha permesso di individuare un ciclo di 11 anni. Queste perturbazioni provocano sensibili variazioni del campo magnetico terrestre e, probabilmente, anche variazioni climatiche.


Al di sopra della fotosfera, si estende la Cromosfera, o «sfera colorata», poiché è questa la zona dove la luce acquista il suo particolare colore rosso vivo. Essa consiste in un involucro di gas incandescente che avvolge la fotosfera, ed è visibile solo durante un'eclissi totale di Sole, quando la Luna va a coprire il disco della fotosfera.

Nella cromosfera si verificano alcuni fenomeni come i brillamenti, caratterizzati da improvvisi aumenti di splendore con liberazione di grandi quantità di energia, che raggiungono grande intensità ma ritornano alla normalità in pochi minuti, e le protuberanze, che sono gigantesche fiammate di gas, che s'innalzano fino ad un'altezza di 200.000 Km.

Sia il fenomeno dei brillamenti sia quello delle protuberanze è dovuto all'accumulo di energia in certi punti della superfice solare.


Infine, la Corona è la parte più esterna dell'atmosfera solare e non ha confini precisi, ma forma un alone luminoso costituto soprattutto da gas ionizzati sempre più rarefatti man mano che ci si allontana dalla sottostante cromosfera. Nella parte più esterna della corona queste particelle ionizzate hanno velocità sufficiente per sfuggire all'attrazione gravitazionale del Sole, e si disperdono così nello spazio dando origine al vento solare, e provocano tempeste magnetiche che possono disturbare le comunicazioni radio sulla Terra. Questo mitragliamento di radiazioni e particelle impedirebbe la vita sulla Terra se non fossimo protetti dall'atmosfera, ed in particolare dallo strato di ozono.


L'energia solare

L'energia solare si genera nel nucleo, dove a causa dell'altissima temperatura e dell'altissima pressione, si generano le reazioni di fusione, che trasformano l'idrogeno in elio.

In pratica, ogni 4 atomi di idrogeno si fondono in 1 atomo di elio, la cui massa è inferiore a quella degli atomi di idrogeno. E cioè il 99,3% della massa dei quattro nuclei di idrogeno va a costituire la massa del nucleo di elio, mentre il rimanente , rappresenta lo squilibrio che viene a determinarsi tra la massa iniziale dei quattro nuclei di idrogeno e la massa finale del nucleo di elio. In realtà, 1+1 non è uguale a 2, ma è uguale a -2.

Tale squilibrio, chiamato "difetto di massa", si trasforma allora in energia sotto forma di raggi gamma, secondo la relazione di Einstein E=mc2, dove «E» è la quantità di energia; «m» la massa, e «c» la velocità della luce.

Tre atomi di elio, a loro volta, si trasformano in un atomo di carbonio, ed anche in tale trasformazione una parte della materia diventa energia.

L'energia irradiata dal Sole nell'universo è immensa, ma la Terra, che è a circa 150 milioni di km di distanza, ne riceve solo una piccolissima frazione, appena 1,9 calorie per cm2 di superfice. Questa quantità di energia viene detta costante solare.


Posizione e movimenti del Sole

Il Sole occupa una posizione periferica nella nostra galassia, essendo situato in uno dei suoi bracci a circa 30.000 anni luce dal centro.

Come tutte le stelle, esso non è immobile, ma dotato di tre movimenti fondamentali: uno di rivoluzione generale, che compie, insieme a tutte le stelle della nostra galassia, intorno ad un asse che passa per il centro della galassia secondo un'orbita quasi circolare, effettuando il giro completo in circa 200 milioni di anni; un movimento di rotazione attorno al proprio asse, che avviene da ovest ad est, cioè nello stesso senso dei pianeti, e si svolge, essendo il Sole costituito da gas, con una velocità diversa a seconda della latitudine; e un movimento di traslazione, che viene compiuto, insieme al sistema planetario, verso un punto della Costellazione di Ercole, detto "apice solare".


I pianeti del sistema solare

Il Sole è il centro motore di un sistema planetario che comprende 9 pianeti, ruotanti interno ad esso e sparsi a lunga distanza gli uni dagli altri.

Il termine "pianeta" deriva dal verbo greco plano, che significa "viaggiare, volare", e questo perché già gli antichi si accorsero che, a differenza delle stelle che consideravano infisse sulla volta celeste, e quindi immobili, i pianeti cambiavano continuamente posizione.

In realtà, i pianeti sono corpi celesti opachi che si muovono intorno alle stelle, dalle quali ricevono luce e calore, riflettendone una parte. Il potere riflettente, cioè il rapporto tra la quantità della luce riflessa e quella ricevuta, si chiama albedo, e varia in base alla costituzione fisico-chimica della superfice riflettente.

I pianeti che conosciamo attualmente sono, a partire da quello più vicino al Sole: Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano, Nettuno e Plutone.



In base alle loro caratteristiche si distinguono in due gruppi.

I più vicini al Sole, e cioè Mercurio, Venere, Terra e Marte, sono detti pianeti terrestri o interni, e si trovano tra la Terra e il Sole ed hanno dimensioni inferiori a quelle della Terra (pianeti piccoli).

Gli altri pianeti, e cioè Giove, Saturno, Urano, Nettuno e Plutone, sono detti pianeti solari o esterni, ed hanno dimensioni maggiori della Terra.

Ogni pianeta, ad eccezione, di Mercurio, Venere e Plutone, è accompagnato da uno o più satelliti, cioè corpi celesti minori, che girano intorno ad essi. Questi satelliti hanno nomi mitici, e ciò indica che erano già conosciuti dagli antichi.


Altri oggetti presenti nel sistema solare sono gli asteroidi o pianetini, corpi celesti di piccole dimensioni che, come i pianeti, ruotano intorno al Sole lungo un'orbita compresa in genere tra quella di Marte e Giove, detta fascia degli asteroidi, dove si pensa sia avvenuta l'esplosione di un protopianeta, di cui gli asteroidi rappresentano i resti. Secondo altri, invece, si tratterebbe di materiale che non è mai riuscito ad aggregarsi per formare un pianeta, a causa delle perturbazioni gravitazionali di Giove.

I pianetini possono essere luminosi se formati da silicati, opachi se formati da sostanze carboniose.


Le principali caratteristiche dei pianeti

I pianeti del sistema solare sono diversi per struttura fisico-chimica, per dimensioni e per distanza dal Sole.


MERCURIO è il pianeta più vicino al Sole, il più piccolo e il più denso. È quasi completamente privo di atmosfera, e quindi né venti né pioggia possono modificarne l'ambiente. La sua superfice si presenta per molti aspetti simile a quella della Luna, cioè cosparsa di crateri, grandi e piccoli, di origine vulcanica o più spesso meteoritica.

Poiché il suo periodo di rotazione è poco più breve rispetto a quello di rivoluzione (59 e 88 giorni), ha una faccia lungamente esposta al Sole; pertanto su di essa la temperatura tocca i 400°C, mentre su quella opposta scende molto al di sotto dello zero.


VENERE è il pianeta più vicino alla Terra, ed anche il più simile per massa, raggio e costituzione interna. È perennemente circondato da una densissima atmosfera di anidride carbonica che ne impedisce l'osservazione del suolo, e in virtù del suo «effetto serra», per cui il calore una volta entrato non riesce più a disperdersi nello spazio, ha una temperatura molto elevata, in grado di bruciare qualsiasi forma vivente; per queste ragioni su Venere non ci può essere acqua.

Tale involucro, inoltre, riflette in ogni direzione i raggi solari e conferisce una perenne luminescenza crepuscolare al pianeta, che, quando è visibile al tramonto viene chiamato Vespero, quando appare al mattino Lucifero.

Venere, inoltre, è l'unico pianeta che ha un periodo di rotazione lunghissimo, impiega ben 244 giorni per compiere un giro su se stesso. Inoltre, essendo più vicino al Sole di quanto lo sia la Terra, per fare un giro intorno al Sole impiega 224 giorni. Ciò significa che Venere impiega più tempo per ruotare su se stesso che per girare intorno al Sole: in pratica, una giornata dura più di un anno.

Venere, come ho già detto, è completamente avvolto dalle nubi, che ce ne nascondono la superficie, ma le recenti immagini trasmesseci dalle sonde spa­ziali mostrano che la sua superficie è rocciosa, qua e là squarciata da crateri poco profondi e dotata di modesti rilievi. Sul pianeta soffiano venti fortissimi che possono arrivare fino a 360 km l'ora.


Marte che porta il nome del mitico re della guerra, è il pianeta che per varie presunte analogie con la Terra, ci ha fatto sognare, e ci fa sognare tuttora, l'esistenza di forme di vita.

Esso ha una caratteristica colorazione rossastra, dovuta alla presenza di ossidi di ferro.

Il suo asse di rotazione, analogamente a quello della Terra, è inclinato rispetto al piano dell'orbita, per cui su Marte si ha l'alternarsi di stagioni simili alle nostre; solo che, a causa della maggiore distanza dal Sole e della maggiore durata di un'intera rivoluzione, le stagioni sono più fresche e durano quasi il doppio; inoltre le osservazioni al telescopio hanno da tempo rilevato nelle zone polari la presenza di calotte polari, composte, a differenza di quelle terrestri, prevalentemente di ghiaccio secco; una serie di circostanze che sembrano rendere Marte il pianeta più simile al nostro, anche se con una temperatura molto più secca e gelida e un'atmosfera assai rarefatta e priva di ossigeno, mentre predomina l'anidride carbonica. A volte sul pianeta si creano delle vere bufere di sabbia, che possono durare interi giorni.

La superficie di Marte presenta paesaggi molto diversi: alcune regioni sono craterizzate come la Luna e Mercurio, mentre in altre si alzano giganteschi vulcani, come il Monte Olimpo, alto quasi tre volte l'Everest, o corrono enormi ca­nyon dalle ripide pareti. Nel modellamento della superficie di Marte deve aver avuto un ruolo, nel passato, anche l'acqua, come appare da particolari forme di erosione aventi i caratteri fluviali.

Marte possiede due satelliti, Phobos e Deimos, "paura" e "terrore", dal nome dei figli di Ares, il dio greco della guerra, chiamato Marte dai Romani.


Giove è il pianeta più grande del sistema solare ed ha un diametro oltre 11 volte maggiore di quello della Terra, e dopo Venere è anche il più splendente.

È una grande sfera di idrogeno ed elio e ha una temperatura superficiale molto bassa, ma il pianeta sprigiona dal suo interno, sotto forma di onde magnetiche e radioonde, molta più energia di quanta ne riceve dal Sole, ed è per queste ragioni che gli astronomi definiscono Giove una «stella mai nata» o una «stella mancata», nel senso che se avesse avuto dimensioni superiori sarebbe potuto diventare una piccola stella, una «nana rossa»; infatti, con una massa superiore avrebbe potuto generare una temperatura e una pressione interna sufficientemente alte per innescare i processi nucleari delle stelle .



Giove è sensibilmente schiacciato ai poli per la sua elevata velocità di rotazione intorno al proprio asse, che si compie in meno di 10 ore, con velocità variabile alle diverse latitudini.

Al telescopio esso appare come un disco giallastro solcato da bande scure e zone chiare parallele all'equatore, in cui si inserisce un'enorme macchia rossa, di forma ovale, dovuta probabilmente ad un enorme vortice di gas formatosi negli strati superiori dell'atmosfera.

Attorno al pianeta orbitano numerosi satelliti, uno dei quali, Io, ha un'interessante caratteristica: su di esso, infatti, le sonde spaziali Voyager 1 e 2, hanno rilevato la presenza di vulcani attivi. E proprio a questi vulcani attivi si deve probabilmente la presenza, intorno a Giove, di anelli simili a quelli di Saturno, ma molto più sottili e leggeri. Si tratta di fini polveri che gli girano intorno, provenienti dalle eruzioni dei vulcani di Io, che vengono catturate dall'attrazione gravitazionale del pianeta, formando questi eleganti anelli, che dalla Terra sono stati a lungo invisibili.


Saturno è il sesto pianeta del sistema solare per distanza dal Sole ed è il secondo per dimensioni, essendo inferiore solo a Giove; e come Giove, è in gran parte costituito da gas: soprattutto idrogeno ed elio, ma anche ammoniaca e metano. Sulla sua superficie infuriano venti fortissimi, la cui velocità varia a seconda della latitudine, e all'equatore è addirittura di 1800 km l'ora. Anche l'atmosfera di Saturno, come quella di Giove, è tutta a strisce. Si tratta di un fenomeno dovuto alle differenze di temperatura alle varie latitudini.

La caratteristica più famosa di questo pianeta è il grande sistema di anelli concentrici che lo circonda. Osservandoli dalla Terra se ne vedono soltanto quattro o cinque, ma in realtà sono migliaia, molto sottili, formati da piccole particelle rocciose coperte di ghiaccio, che il campo gravitazionale del pianeta costringe a ruotare sul suo stesso piano equatoriale in modo incredibilmente ordinato. L'origine di questi anelli è incerta: potrebbero essere i resti di una luna disintegrata dalla forte attrazione gravitazionale di Saturno, oppure materiale che non si è mai aggregato in una luna.

Saturno detiene anche il primato per quanto riguarda i satelliti, alcuni dei quali situati all'interno della zona degli anelli. Sia gli anelli che i satelliti, quando passano davanti al Sole, proiettano sul pianeta la propria ombra.


Urano è quindici volte più pesante della Terra, è composto principalmente di idrogeno ed elio, ed è per dimensione, il terzo pianeta del Sistema solare, dopo Giove e Saturno.

Ha una caratteristica unica tra i pianeti del Sistema solare: il suo asse di rotazione è quasi parallelo al piano della sua orbita, cosicché «rotola», piuttosto che orbitare, attorno al Sole; di conseguenza volge alternativamente verso il Sole i due poli, e la sua rotazione è retrograda.

Ciò potrebbe derivare da qualche collisione avuta con un grande asteroide, il quale, oltre a rovesciarne l'asse di circa 90°, ne avrebbe invertito il movimento.

Osservato al telescopio, il pianeta ha un colore verde-azzurro, causato dalle nebbie di metano della sua atmosfera, peraltro molto densa. I venti soffiano paralleli all'equatore e, stranamente, in direzione opposta alla rotazione del pianeta, ma non dovrebbero avere grande intensità, perché Urano non ha una sorgente di calore interna, o se c'è l'ha è molto debole.

Urano ha 5 lune principali, tutte formate da un misto di rocce e ghiaccio, con molti crateri e grandi canyon.

Nettuno e Plutone sono pianeti le cui caratteristiche non sono ancora ben note, anche se sembrano somigliare a quelle di Urano. Qui i raggi solari arrivano sempre più deboli e fiochi.

Si pensa che al di là di Plutone ci sia anche un altro pianeta, denominato Pianeta X; ma la sua presenza non è stata ancora rilevata.


La gravitazione universale e le leggi di Keplero

I pianeti compiono due movimenti principali: uno intorno al proprio asse, detto movimento di rotazione, e l'altro intorno al Sole in senso antiorario, detto movimento di rivoluzione.

Girando intorno al Sole i pianeti cambiano continuamente posizione nella volta celeste, in virtù della legge della gravitazione universale, la quale fa sì che ogni corpo in movimento modifichi velocità e direzione se è attratto da masse circostanti.

Tale principio di meccanica celeste, formulato da Newton, dice che: «due corpi si attirano in modo direttamente proporzionale alla loro massa e in ragione inversa al quadrato della loro distanza»; ciò significa che la forza di attrazione sarà tanto più intensa quanto più grande è la massa, ma si attenua a mano a mano che aumenta la distanza.

Il movimento dei pianeti intorno al Sole è regolato dalle tre leggi di Keplero.


La prima legge di Keplero dice che: i pianeti descrivono intorno al Sole orbite ellittiche nelle quali il Sole occupa uno dei fuochi .

Ne deriva che un pianeta non conser­va sempre la stessa distanza dal Sole, ma nel suo movimento di rivolu­zione viene a trovarsi ora più vicino ora più lontano. Il punto in cui il pianeta è più vicino al Sole, si chiama perielio, dal greco perì = "presso" e elio = "sole"; il punto in cui un pianeta è più lontano dal Sole, è detto afelio, da alfa = "assenza".


La seconda legge di Keplero dice che: il raggio vettore, cioè la linea che unisce ideal­mente il centro del Sole a quello del pianeta, descrive aree uguali in tempi uguali .



Se ne deduce che un pianeta, nel suo giro di rivolu­zione, non possiede una velocità costante, ma accelera quando si avvici­na al perielio e rallenta quando si approssima all'afelio. Infatti nel primo caso il raggio vettore minore deve compiere un percorso più lungo, rispetto a quello del raggio vettore maggiore, per coprire un'area uguale in tempi uguali, e quindi avrà una velocità di rivoluzione maggiore.


La terza legge dice che: i quadrati dei tempi di rivoluzione dei pianeti (cioè dei tempi che i pianeti impiegano per percorrere le loro orbite) sono proporzionali ai cubi delle loro distanze medie dal Sole .

Ciò significa che la velocità media di un pianeta nel suo giro di rivoluzione è tanto minore quanto più esso è lontano dal Sole.


Comete e meteore

Le comete dal greco cometés = "chiomato", sono gli oggetti più spettacolari della volta celeste. Sono state definite «palle di neve sporca», perché formate da gas e vapori congelati, come acqua, ammoniaca, metano, anidride carbonica, misti a piccoli frammenti di rocce e metalli. È il ghiaccio che tiene insieme la struttura. Si tratta quindi di oggetti estremamente fragili, che si possono disgregare molto facilmente.

Normalmente esse si trovano ai margini del sistema solare, oltre il pianeta Plutone, e si muovono lungo orbite ellittiche fortemente eccentriche, molte delle quali arrivano in prossimità del Sole, ed è allora che possono essere osservate.

Infatti, nell'avvicinarsi al Sole, la cometa entra, in zone del cielo sempre più calde, le radiazioni fanno evaporare i gas congelati, concentrati nel nucleo, sprigionando vapori che formano un alone rarefatto e luminoso attorno al nucleo, la chioma. Successivamente in quasi tutte le comete si sviluppa la coda, un velo brillante che si allunga per milioni di chilometri in senso opposto alla direzione del Sole, provocato dal vento solare che soffia via la materia della chioma in direzione radiale. Ad ogni passaggio intorno al Sole, quindi, una cometa perde una parte di massa e col tempo diviene meno luminosa, fino ad estinguersi.

Alcune comete effettuano pochissimi passaggi intorno al Sole, in quanto avendo orbite aperte si disperdono nell'infinità dello spazio, oltre la nostra galassia; altre, invece, ritornano periodicamente. Fra le comete periodiche famosa è quella di Halley, che ritorna ogni 76 anni circa.


Simili alle comete sono le meteore[2], che solcano il cielo con particolare frequenza in estate. Esse sono polveri e frammenti provenienti dallo spazio interplanetario che si disgregano al contatto con l'atmosfera della Terra, dando origine a lunghe scie luminose, note come stelle cadenti o filanti. Spesso appaiono in sciami, perché sono associate alle polveri depositate nello spazio dalle comete.

Intorno al 10 agosto, nella notte di San Lorenzo, il fenomeno è ben visibile perché la nube che la Terra attraversa in questo periodo dell'anno è molto ricca di materiale. Talvolta frammenti di corpi celesti riescono a raggiungere la Terra, e se le loro dimensioni sono molto grandi, l'impatto con la superfice terrestre può provocare enormi buchi.

Lo studio dei meteoriti intessa gli scienziati perché questi corpi celesti risalgono allo stesso periodo in cui si sono formati i pianeti, e sono quindi utili per ricostruire le prime fasi della formazione del Sistema Solare.


L'origine del sistema solare

Le ipotesi che si sono succedute per spiegare l'origine del sistema solare sono state numerosissime, tuttavia gli studiosi moderni propendono per la teoria nebulare, elaborata nel 1700 dal matematico Laplace e perfezionata dallo scienziato russo Saratov.

Secondo questa teoria, si suppone che quattro miliardi e mezzo di anni fa, all'origine del sistema solare ci fosse un'unica grande nebulosa, formata da gas e pulviscolo in rapida rotazione. Per effetto della forza centrifuga, essa avrebbe acquistato dapprima la forma di un ellissoide schiacciato e poi di un disco appiattito. Al suo centro si sarebbe poi formato, sotto l'azione della gravità, un nucleo più denso che, contraendosi progressivamente, avrebbe raggiunto una temperatura talmente elevata da innescare le prime reazioni termonucleari: sarebbe nato così il Sole, e questa fase sarebbe durata almeno 10 milioni di anni.

La corona periferica del disco, invece, frantumatasi per la forza centrifuga, sarebbe andata a formare gli altri ammassi di materia cosmica, dalla quale si sarebbero formati i protopianeti, situati nella posizione dei pianeti attuali e avvolti da enormi involucri gassosi. I protopianeti vicini al Sole, sottoposti alle sue alte temperature e ad intensa evaporazione, avrebbero perduto gli elementi più leggeri, mentre quelli lontani, meno riscaldati dalle radiazioni solari, li avrebbero conservati in grande quantità. Ciò spiegherebbe la presenza di pianeti solidi e densi vicino al Sole e di pianeti prevalentemente gassosi lontano da esso.








La differenza tra le stelle e i pianeti è che i pianeti, a differenza delle stelle,

brillano di luce riflessa e non hanno una massa tale da innescare le reazioni termonucleari.

Gli astronomi fanno una distinzione:

le chiamano "meteore" prima che arrivino sulla Terra e "meteoriti" dopo




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