Geografia astronomica: Il sistema solare

Geografia astronomica: Il sistema solare

Il Sistema Solare

- Breve introduzione

- Il Sistema Solare

- Il Sole ed il vento solare

- I pianeti

- Altri corpi del sistema solare

- Le comete

- Movimenti dei pianeti e dei satelliti

- Cenni sull'origine del Sistema Solare

Non avendo trattato direttamente la Luna durante l'anno scolastico, ho preferito inserirla all'interno del più amplio quadro del Sistema Solare

Il Sistema solare 

E' un insieme di corpi celesti di cui fanno parte il Sole, i nove pianeti con i loro satelliti, le comete, migliaia di asteroidi (pianetini) e i meteoriti; lo spazio in cui orbitano questi corpi ha forma simile a quella di una sfera, con un diametro di circa 20.000 miliardi di chilometri, ed è riempito dalla cosiddetta materia interplanetaria, composta prevalentemente da polveri finissime e gas. Il sistema solare è l'unico sistema planetario di cui sia stata accertata e ampiamente documentata l'esistenza. Nel corso degli anni Ottanta è stato rilevato che attorno ad alcune stelle, come Vega, orbitano corpi composti da materia fredda; l'ipotesi più accreditata sostiene che non si tratti di pianeti quanto piuttosto di nane brune. Molti astronomi ritengono tuttavia che i sistemi planetari siano molto comuni nell'universo: in base a recenti studi sembra che attorno ad alcune stelle ruotino uno o più pianeti.

Il Sole e il vento solare

Il Sole è una stella tipica, di dimensioni e luminosità medie. L'energia che irraggia ha origine in un nucleo centrale dove si verificano condizioni di temperatura e pressione tali da innescare violente reazioni di fusione nucleare dell'idrogeno in elio. Nonostante questo processo porti a convertire e bruciare milioni di tonnellate di idrogeno ogni secondo, la massa del Sole è tale da consentirgli di continuare a brillare per altri cinque miliardi di anni.

Il Sole è una stella molto attiva. Sulla sua superficie si formano, secondo cicli di 11 anni, delle regioni scure che prendono il nome di macchie solari, alle quali sono associati intensi campi magnetici. Queste strutture non interessano tutta la superficie solare, ma compaiono solo a latitudini comprese tra i tra 40° N e i 40° S. Connesse al fenomeno delle macchie solari sono improvvise emissioni di energia e di particelle cariche (brillamenti), che possono causare disturbi ai segnali radio sulla Terra e aurore boreali. Il Sole emette inoltre un continuo flusso di particelle cariche che si propaga a spirale, in virtù della rotazione della stella, in tutto il sistema. Tale fenomeno, definito vento solare, è molto violento e può arrivare a modellare le code ionizzate delle comete. Tracce dei suoi effetti sono state rinvenute sul suolo lunare dagli astronauti che parteciparono alle missioni Apollo, nel corso delle prime esplorazioni dello spazio.

I pianeti

I nove pianeti del sistema solare vengono comunemente divisi in due gruppi: pianeti interni (Mercurio, Venere, Terra e Marte) ed esterni (Giove, Saturno, Urano, Nettuno e Plutone). I pianeti interni sono piccoli e composti essenzialmente di rocce e ferro, mentre quelli esterni, con l'eccezione di Plutone, hanno dimensioni maggiori e sono composti principalmente di idrogeno, elio e ghiaccio.

L'atmosfera planetaria va via via addensandosi ed aumentando man mano che ci si allontana dal Sole.

La superficie di Mercurio presenta numerosi crateri dovuti all'impatto di meteoriti. Il pianeta, circondato da un'atmosfera molto sottile, ha un'alta densità dovuta probabilmente alla grande massa di ferro che ne costituisce il nucleo. Venere è avvolto da un'atmosfera di anidride carbonica 90 volte più densa di quella terrestre; ciò provoca un intenso effetto serra e un conseguente riscaldamento della superficie, dove la temperatura supera i 450 °C. La Terra è l'unico pianeta su cui vi siano acqua allo stato liquido ( si pensa ) e forme di vita. Esistono prove di una passata presenza di acqua anche su Marte; tuttavia oggi questo pianeta è circondato da un'atmosfera molto sottile, che rende la superficie arida e fredda, con grandi calotte polari di anidride carbonica (CO2) allo stato solido. Giove è il pianeta più grande del sistema solare; è avvolto da caratteristiche nubi e da un'atmosfera composta di idrogeno ed elio; l'immensa magnetosfera, gli anelli e i satelliti ne fanno un vero e proprio sistema planetario. L'altro grande pianeta del sistema, Saturno, è circondato, come Giove, da un sistema di anelli e satelliti. Urano e Nettuno contengono minori quantità di idrogeno rispetto ai due pianeti giganti; Urano, in particolare, ruota intorno a un asse che giace quasi sul piano dell'orbita. Plutone è l'ultimo tra i pianeti scoperti sino a oggi; ha un diametro molto piccolo, un'orbita ellittica molto eccentrica, e la sua distanza dal Sole è tale (circa 6 miliardi di km) da farne il pianeta più freddo del sistema solare.

Altri corpi del sistema solare

Oltre ai pianeti, fanno parte del sistema solare anche gli asteroidi (o pianetini), i meteoriti e le comete. Gli asteroidi sono corpi rocciosi che si trovano per la maggior parte in un'ampia fascia tra le orbite di Marte e Giove. Sono migliaia e le loro dimensioni variano dai 1000 km, a quelle di microscopici grani di polvere. I meteoriti sono frammenti rocciosi che si staccano dagli asteroidi e cadono su corpi più grandi quali pianeti, satelliti e stelle. Alcuni di essi con l'ingresso nell'atmosfera si consumano per effetto dell'attrito, lasciando una scia luminosa e dando origine al fenomeno delle meteore. Studi di laboratorio sui meteoriti hanno permesso di ricavare molte informazioni sullo stato primordiale del sistema solare. Le superfici di Mercurio, di Marte e di molti satelliti (tra cui la Luna) mostrano gli effetti di un intenso bombardamento di meteoriti avvenuto agli inizi dell'evoluzione del sistema solare. Sulla Terra i segni dell'impatto di meteoriti sono stati in gran parte cancellati dall'erosione e dalla presenza di vegetazione

Le Comete

Le comete sono aggregati di polveri rocciose, ammoniaca, ossido di carbonio e anidride carbonica, del diametro compreso tra i 5 e 10 km. Descrivono orbite ellittiche molto eccentriche e ruotano attorno al Sole a distanze enormi. 

Quando si avvicinano al Sole, per effetto della radiazione emessa dalla stella, i gas evaporano e intorno al nucleo centrale si formano le spettacolari chiome e code. La cometa più famosa è quella di Halley, che ritorna nel sistema solare interno ogni 76 anni circa. Nel luglio del 1994 frammenti della cometa Shoemaker-Levy 9 caddero nell'atmosfera di Giove a una velocità di circa 210.000 km/h. Nell'impatto, l'enorme energia cinetica dei frammenti si convertì in calore, lasciando segni visibili nelle nubi del pianeta.

Movimento dei pianeti e dei satelliti

Tranne Venere e Urano, che ruotano in senso orario, tutti i pianeti ruotano intorno al proprio asse e orbitano attorno al Sole in senso antiorario. L'intero sistema è situato approssimativamente su un piano; solo Mercurio e, soprattutto, Plutone hanno orbite inclinate.

I sistemi di satelliti hanno un comportamento che rispecchia quello dei pianeti cui appartengono. Alcuni satelliti di Giove, Saturno e Nettuno descrivono orbite retrograde; altri satelliti hanno orbite fortemente ellittiche

Importanti informazioni sul moto dei satelliti e pianeti, ma più in generale per i corpi orbitanti nello spazio, furono frutto degli studi di Keplero che sintetizzò le tre regole seguenti :

Prima legge : i pianeti percorrono orbite ellittiche, di cui il Sole occupa uno dei due fuochi.

Seconda legge : ogni pianeta si muove sulla sua orbita in modo tale che la linea ( raggio ) che lo congiunge al Sole spazza aree uguali in tempi uguali.

Terza legge :il rapporto tra il quadrato dei tempi di rivoluzione dei pianeti ed il cubo della loro distanza media dal Sole è costante

Origine del sistema solare

Sono sempre esistite cosmologie e teorie sull'origine del sistema solare. In epoca moderna, il filosofo Immanuel Kant (Storia universale della natura e teoria del cielo, 1755) e il fisico e matematico francese Pierre-Simon de Laplace (Esposizione del sistema del mondo, 1796), formularono un'ipotesi secondo la quale il sistema solare si sarebbe formato da una nube di gas, dalla quale si sarebbero originati una serie di anelli e, in seguito, i pianeti. Dubbi circa la stabilità degli anelli condussero gli scienziati a considerare altre ipotesi come l'impatto del Sole con un'altra stella. Ma anche quest'idea fu abbandonata quando si provò che tali incontri sono estremamente rari e, soprattutto, che i gas caldi tendono a dissiparsi, piuttosto che a condensare, rendendo impossibile la formazione dei pianeti.

Le teorie correnti fanno risalire la formazione del sistema solare a quella del Sole, avvenuta circa 4,7 miliardi di anni fa.

La frammentazione e il collasso gravitazionale di una nube di gas e polveri, innescati forse dall'esplosione di una supernova vicina, potrebbero aver portato alla formazione di una nebulosa solare primordiale (tracce di isotopi anomali, che rivelerebbero l'esplosione di una supernova prima della formazione del Sole, sono state rinvenute in alcuni meteoriti). Il Sole si sarebbe poi formato nella regione centrale, più densa, della nube. Quindi si sarebbero creati i pianeti e, successivamente, a maggiori distanze dal centro della nebulosa, i gas, condensando, avrebbero raggiunto lo stato nel quale oggi si trovano su Giove e nel sistema solare esterno. L'ipotesi che vede la contemporanea formazione di stelle e pianeti, già molto affascinante in sé, confermerebbe inoltre l'esistenza di sistemi di corpi celesti analoghi al nostro sistema solare.