Il sole ed i pianeti del sistema solare

Caratteristiche

Ogni caratteristica del sole dipende dalla sua massa che è la quantità di materia di un corpo e la resistenza del corpo all'inerzia.

Massa

1,39x10³⁰ kg.

Raggio medio

7x10⁵ km.

Per la legge di gravitazione universale, la grande massa si auto-attrae tendendo a condensarsi in materia sempre più densa.

Densità media

¼ densità terrestre.

A causa dell'altissima temperatura i nuclei si scontrano tra loro dando origine a fenomeni di fusione nucleare che liberano E creando un equilibrio tra la pressione di radiazione e la forza gravitazionale. Oltre a compensare la forza di gravità, l'E totale liberata è tanto alta da riversarsi nell'Universo ed è pari a 3,9x10²⁶ J/s.

Accelerazione di gravità sulla superficie

28 volte quella terrestre.

Contiene quasi tutti gli elementi della tavola periodica perché deriva dall'esplosione di antiche stelle, raccogliendo quindi una gran quantità di materia.

Struttura interna

E' di medie dimensioni e ha strati concentrici.

Si ipotizza la sua struttura in base alle radiazioni che emette.

Nucleo: (raggio= 150.000 km) è il cuore del sole e qui avviene la produzione di E attraverso reazioni nucleari (aumenta He a spese di H) possibili grazie alla sua elevata temperatura  di 15mln di gradi Kelvin gli atomi e gli elettroni si muovono quindi liberamente. L'E nucleare, prodotta sottoforma di raggi gamma e neutrini, si trasmette successivamente nella zona radiativa.

Zona radiativa: (spessore= 450.000 km); la materia è allo stato plasmatico. Non è possibile innescare reazioni nucleari perché la temperatura non è sufficientemente alta. Gli atomi dei gas, che qui si trovano a una pressione minore, vengono colpiti dai raggi gamma (che rimarranno qui intrappolati per mln di anni) e si muovono innescando vortici di materia nella zona convettiva.

Zona convettiva: (spessore= 10⁴ km); i vortici di materia sono detti moti convettivi o celle convettive.

Fotosfera: (temperatura media= 5.785 K); è la superficie del sole in cui la materia conserva la sua densità. Ha un aspetto granulare (bolle di gas come in continua ebollizione) dovuto ai moti convettivi. Non è omogenea perché presenta macchie solari: (scoperte da Galileo; non compaiono mai da sole) sono zone di notevoli dimensioni molto più scure della fotosfera; aree fredde in cui le particelle (ioni) vengono trascinate molto più in basso rispetto ad altre zone questo dimostra una maggiore attrazione del campo magnetico solare. Sono piccole aree scure depresse nelle quali si distingue una zona centrale di ombra e una di penombra; la loro luminosità è ridotta a 1/3 rispetto alla fotosfera. Si muovono in un moto che va dai Poli verso l'Equatore in entrambi gli emisferi e hanno un periodo di moto di circa 11 anni. La loro presenza dimostra una maggiore attività del sole; in periodi di scarsa attività, gli altri corpi celesti ne subiscono le conseguenze (miniglaciazione del 1650, ecc.).

Atmosfera solare

Cromosfera: (spessore= 10.000 km; temperatura di 10⁴ K, più alta rispetto alla fotosfera le particelle sono accelerate) è un involucro di gas che avvolge la fotosfera. Il suo colore rosso (colore di emissione di H) è visibile durante le eclissi totali di luna. Presenta le spicole: prolungamenti verso l'alto dovuti ai moti turbolenti dei granuli della fotosfera; h max= 15.000 km. 

Corona solare: (non ha un limite definito ma alcuni ritengono che abbia uno spessore di 17.000 km); di colore giallo è la parte più esterna dell'atmosfera solare ed è un involucro di gas ionizzati sempre più rarefatti man mano che ci si allontana da sole. Nella parte più esterna le particelle ionizzate hanno velocità sufficiente a sfuggire all'attrazione gravitazionale del sole e si disperdono formando un flusso detto vento solare che interagisce con i corpi celesti che incontra (come le comete).

Attività solare

Come detto prima, l'attività del sole può essere segnalata dalla comparsa delle macchie solari, dalle protuberanze e dai flares (brillamenti).

Le protuberanze sono nubi di H che si ionizzano nella cromosfera e subentrano nella corona solare con lunghezza di 100-200.000 km e con una temperatura di 15-25.000 K. Possono formare anche archi e ponti.

I flares sono violente esplosioni di E, lampi di luce associati a scariche elettriche che liberano una gran quantità di radiazioni (flusso di particelle atomiche ad altissima E e velocità prossima a quella della luce). Quando le particelle di questo vento solare raggiungono la Terra (nel giro di 26 h) colpiscono le particelle ionizzate dell'atmosfera terrestre spingendole nella ionosfera (zona presso i poli in cui il campo magnetico terrestre è minore) e danno origine ad aurore polari (boreali o australi) per una durata di 5-6 gg gli elettroni colpiti assorbono E dal vento solare ed emettono luce "colorata".

Moti del sole

Moto di rotazione differenziale: - periodo di rotazione ai poli: 30 gg.

- periodo di rotazione all'Equatore: 25 gg.

Si muove intorno al baricentro del sistema solare con un periodo di 12 anni (è molto condizionato da Giove).

Si muove verso Ercole.

Si muove intorno al centro della galassia con v= 220km/s e il suo periodo di rivoluzione è di 240mln di anni.

Subisce il moto di recessione delle galassie.

Reazioni nucleari

Ciclo protone-protone: è una reazione ciclica a catena e non finisce finché non si esaurisce il combustibile (H). La reazione tra 2 nuclei di prozio comporta la formazione di un nucleo di deuterio e la liberazione di un positrone e di un neutrino. Se aggiungiamo al deuterio un nuovo protone  si forma un isotopo di He, un positrone e un raggio gamma. Se aggiungiamo un'altra carica positiva insieme all'isotopo, l'He si stabilizza, ma può sempre innescare reazioni più complesse con un maggiore supporto di E (sottoforma di E termica).

Ciclo carbonio-azoto: riguarda i nuclei più pesanti e sono presenti nuclei di C. Anche questo ciclo concorre alla formazione di He.

I raggi gamma (intrappolati nella zona radiativa per mln di anni) sono onde elettromagnetiche con altissima frequenza e bassa lunghezza d'onda.

Raggi gamma raggi X raggi UV fotoni raggi infrarossi.

I neutrini (liberati dalle reazioni nucleari) impiegano 2 secondi per uscire dal sole e non hanno alcun effetto conosciuto.

La trasformazione di H in He è in atto da 5 mld di anni ma la quantità di H nel nucleo è tale che occorreranno altri 5 mld di anni perché tutto il nucleo sia composto interamente da He e il combustibile sia esaurito; seguiranno quindi altre trasformazioni che significheranno il declino della nostra stella destinata a divenire una gigante rossa.

Campo magnetico solare

E' molto forte, circa il doppio di quello terrestre; può essere misurato e l'unità di misura è il Weber. Le sue linee di forza non sono regolari perché la materia è fluida e le particelle cariche distorcono e raggruppano in fasci le linee dei forza. Dopo un periodo di 11 anni il campo magnetico inverte la polarità. Il sole ha un equilibrio stabile grazie a una "pulsazione" ogni 5 min.

I PIANETI

La forza di attrazione del sole riesce a trattenere alcuni corpi celesti intorno a sé, verso i quali irradia un continuo flusso di E che interferisce con le loro superfici.

Legge di gravitazione universale: due corpi si attirano in modo direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionali al quadrato della loro distanza.

I pianeti del sistema solare sono di due tipi: terrestri (o rocciosi) e gioviani (o gassosi). I primi comprendono Mercurio, Venere, Terra e Marte; gli altri sono Giove, Saturno, Urano e Nettuno; infine Plutone viene considerato un sistema binario. I pianeti rocciosi si distinguono in quanto hanno una struttura formata da tre strati concentrici: -nucleo metalli pesanti ad alta densità

-mantello silicati di ferro e magnesio

-crosta rocce di varia natura

La proporzione di questi strati varia da pianeta a pianeta.

I pianeti gassosi sono composti prevalentemente da H ed He allo stato gassoso.

PIANETI ROCCIOSI

Mercurio

E' un pianeta piccolo (poco più grande della Luna), difficile da osservare a causa della sua vicinanza al sole.

Ha una forte escursione termica perché non ha atmosfera e orbita vicino al sole: -giorno: +450°C

-notte: -175°C

Periodo di rotazione: 59gg.

Periodo di rivoluzione: 88gg (ogni p.to della sua superficie è illuminato per 88gg e per altri 88gg rimane in ombra); per la vicinanza con il sole e del periodo di illuminazione la temperatura raggiunta nel dì causa la fusione di metalli come lo stagno e il piombo.

Ha poca attrazione gravitazionale per le sue modeste dimensioni.

La sua superficie è molto simile a quella della Luna perché è craterizzata (ci sono tracce del bombardamento di asteroidi avvenuto durante il primo mld di anni di esistenza del pianeta) e non viene levigata dall'atmosfera, come invece succede sulla Terra. I crateri da impatto sono generalmente circolari con il bordo rialzato che si è deformato quando non era ancora rigido; il materiale polverizzato dall'impatto si è alzato ed è ricaduto formando "raggi" intorno al cratere. Se l'asteroide è sufficientemente grande, surriscalda il materiale roccioso e penetra dentro al pianeta creando ampie distese pianeggianti di lava indurita mari.

1974 -mariner 10 ] sonde che hanno analizzato Mercurio (NASA)

-hermes ]

Venere

E' il corpo più luminoso nel cielo notturno dopo la Luna, ed è stato considerato per molto il gemello del nostro pianeta. E' estremamente caldo, coperto da nubi di anidride carbonica liberata dall'attività vulcanica.

Periodo di rotazione: 273gg.

Atmosfera: -97% di CO₂

-3% di H₂O, N, H₂SO₄ tutti allo stato gassoso

Pressione sulla superficie: 90 volte quella terrestre.

Temperatura: +460°C costante grazie alla sua densissima atmosfera che simula un "effetto serra".

Nonostante la sua forte pressione tutti i liquidi evaporano (non esiste H₂O allo stato liquido).

La superficie presenta al 60% deboli ondulazioni, al 16% depressioni, e al resto vasti rilievi come i Monti Maxwell (h= 11km). Ci sono anche crateri da impatto e vulcani a "scudo" (5 km). A causa dell'elevata temperatura le superfici sono molto smussate e le rocce sono plastiche.

La CO₂ viene prodotta dalle eruzioni vulcaniche (più rare rispetto alla Terra), ma non può essere disciolta perché sul nostro pianeta c'è una quantità sufficiente di H₂O allo stato liquido, alla quale a sua volta viene sottratta anidride carbonica dai microrganismi del mare ( la trasformano in CaCO₃) o viene sfruttata nella fotosintesi; su Venere, invece, l'alta temperatura ha favorito l'evaporazione di H₂O causando una crescente concentrazione di CO₂.

1975 -venera 9    ] sonde inviate dalla Russia

-venera 10 ]

Marte

E' stato ritenuto a lungo un ambiente sul quale sarebbe stato possibile trovare forme di vita. Di dimensioni minori di quelle della Terra atmosfera più rarefatta. E' il "pianeta rosso" perché la sua superficie è formata da silicati di ferro e di alluminio.

Schiapparelli notò sulla superficie dei canali rettilinei che invece non esistono.

Attrazione gravitazionale: 2/5 di quella terrestre.

Pressione: bassissima (il sangue di un uomo bollirebbe).

Atmosfera: 95% CO₂, N, O, H₂O gassoso.

Temperatura media: -50°C.

Periodo di rotazione: 27h 40min (molto simile a quello terrestre).

Periodo di rivoluzione: 687gg.

Inclinazione dell'asse di rotazione: 25° 11' (Terra 23° 27'); questo comporta il susseguirsi delle stagioni, i poli sono coperti da calotte di ghiaccio che si sciolgono in "estate". Riceve quantità diverse di E nel suo periodo di rivoluzione in un semestre il polo nord riceve più E e viceversa.

I ghiacci di H₂O sono sotto uno strato di ghiaccio secco di CO₂.

La sua superficie è stata modificata da vari bombardamenti di asteroidi, attività vulcanica, erosione, deposizione, movimenti della crosta. Tuttavia il vulcanesimo e i movimenti crostali sono cessati da lungo tempo, ciononostante la sua morfologia continua a subire cambiamenti grazie al modellamento eolico. Possiede il vulcano più grande di tutto il sistema solare: Olympus (h= 27 km; larghezza= 500 km vulcano a scudo, inattivo). La superficie presenta canali formati dal corso di antichi fiumi dove un tempo scorreva H₂O è probabile che sotto un sottile strato di crosta ci sia H₂O sottoforma di Permafrost (=ghiaccio permanente).

Ci sono deserti rocciosi e rossastri e tempeste di polvere (formata da CO₂ e H) che si muove in caso di variazioni termiche indotte dall'E solare.

1976 -viking 1-2 ] sonde che hanno esplorato Marte

1997 -pathfinder ]

PIANETI GASSOSI

Giove

Volume: 1.316 volte il volume terrestre.

Periodo di rotazione: 9h 50 min.

Periodo di rivoluzione: 11 anni.

Spessore atmosfera: 1.000 km.

Temperatura: -153°C dovuta alla distanza dal sole; all'interno si suppone sia maggiore grazie alla sua grande massa che si auto-contrae.

Internamente è un agglomerato di H solido, liquido e un'enorme impacchettatura di H ed He allo stato gassoso. A 24.000 km di profondità l'H liquido diviene metallico a causa della pressione.

La superficie è gassosa si innescano vortici e si notano fasce chiare (gas in salita) e scure (gas in discesa); il colore è chiaro-scuro a bande rossastre e color crema. Vicino all'Equatore c'è una grande macchia rossa e scura che conterrebbe la Terra ciclone dovuto a differenze di temperatura. Intorno presenta anelli concentrici e rarefatti formati da ghiaccio e polvere.

Stella mancata: se la sua massa fosse stata 10 volte maggiore nel suo nucleo la temperatura sarebbe stata abbastanza da innescare reazioni termonucleari, invece la temperatura interna del nucleo è di 3x10⁴ °C e sta disperdendo, attraverso i moti convettivi, l'E accumulata finora.

Possiede 16 satelliti: Io, Europa, Ganimede, Callisto sono i più importanti.

IO

E' un corpo in continua eruzione: i vulcani eruttano lava a grande concentrazione di zolfo che modella continuamente la morfologia del satellite.

La sua E è di tipo gravitazionale: Giove risucchia il satellite e le sue modifiche lo riscaldano facendo fondere le rocce.

EUROPA

E' un satellite ghiacciato enorme oceano di H₂O ghiacciata di 200 km. Lo strato solido è sottile di 1 km, sotto del quale l'H₂O è liquida. Sulla calotta ghiacciata ci sono tante linee di frattura (causate dall'attrazione di Giove) dalle quali esce H₂O liquida che si risolidifica.

GANIMEDE

E' ancora un corpo ghiacciato (ghiaccio e terra), ma il suo strato di ghiaccio è ancora più spesso perché è più lontano da Giove.

CALLISTO

E' "luminoso", ci sono crateri rocciosi talvolta coperti da ghiaccio.

1989 -galileo ]lanciata dall'ESA nell'89 ed entrata in orbita nel '95

Saturno

E' un altro pianeta gigante. E' formato da un involucro di gas di H ed He che avvolge un nucleo di H liquido (ha dimensioni minori di quelle di Giove e la pressione non basta perché l'H sia metallico).

La sua atmosfera è simile a quella di Giove: alternanza di fasce chiare e scure; perturbazioni a carattere rotatorio come i vortici.

La sua principale caratteristica sono gli anelli (4 noti separati da fasce scure): sono costituiti da frammenti di ghiaccio (forse ammoniaca solida) e polvere; sono insiemi di corpi su orbite concentriche, dovuto all'attrazione di gravità di Saturno.

Ha almeno 18 satelliti di ghiaccio di H₂O e craterizzati.

TITANO

E' il satellite più interessante perché ha una vera e propria atmosfera formata da CH₄, C₂H₆ (etano), N, HCN (acido cianidrico), C₂H₂ (acetilene).

Temperatura: -178°C.

Pressione bassissima

Questi due fattori potrebbero aver permesso la formazione di laghi di N liquido e calotte di CH₄ ghiacciato CH₄ e N potrebbero aver reagito tra loro per dar vita a composti organici simili alle nostre cellule.

1980-81 -voyager 1-2

-cassinis-huygens entrerà nell'orbita nel 2004

Urano

Da qui iniziano i pianeti di ghiaccio.

Fu scoperto nel 1781. E' un pianeta gassoso e ghiacciato.

Temperatura < -200°C.

Periodo di rivoluzione: 84 anni.

Periodo di rotazione: 17h intorno all'Equatore si osservano sistemi di nubi (di cui un ciclone permanente) in moto intorno al pianeta, da qui se ne deduce il periodo di rotazione.

Ha l'asse di rotazione sul piano dell'orbita volge verso il sole i suoi poli.

Struttura: ha un nucleo roccioso coperto da un'atmosfera di H, He e CH₄.

Ha sottili anelli e 17 satelliti tra i quali il più importante è Miranda perché la sua crosta è molto craterizzata e fratturata ( segno di attività interna).

Nettuno

Fu scoperto nel 1846 e fu individuato dopo calcoli ben precisi. Ha un'orbita ampia.

Periodo di rivoluzione: 164 anni.

Periodo di rotazione: 16h.

Temperatura in afelio: -232°C.

Temperatura in perielio: -211°C.

Angolo dell'asse di rotazione stagioni.

L'attività dell'atmosfera di Nettuno è dovuta esclusivamente alla sua E interna (forse calore liberato dal nucleo ancora in parte liquido). Agglomerato di gas liquidi (CH₄) e coperto da un'atmosfera di H e CH₄ verde-azzurra. Presenta fasce e cicloni chiaro-scuri come su Giove e Saturno.

Tra gli 8 satelliti il più interessante è Tritone.

TRITONE

E' il corpo più freddo di tutto il sistema solare; temperatura: -225°C.

E' coperto da uno spessore di ghiaccio di 400 km da cui fuoriescono geyser attività interna. La sua superficie è craterizzata.  E' avvolto da un velo di N e CH₄.

Plutone

Fu scoperto nel 1930. E' piccolo e gassoso (sfera di polvere e gas congelati), tuttavia simile ai pianeti rocciosi. Le sue dimensioni sono minori di quelle della Luna. Ha un'orbita molto eccentrica.

Periodo di rivoluzione: 248 anni.

Temperatura superficiale: -236°C i gas pesanti (CH₄ e ammoniaca) si sono solidificati.

Non ha atmosfera. Ha un grosso satellite, Caronte, con cui costituisce un sistema binario entrambi ruotano intorno a un baricentro comune.

CARONTE

La sua superficie è formata da ghiaccio di H₂O; forse un tempo c'era CH₄ e H che si sono allontanati perché il corpo è piccolo e non è riuscito a trattenerli.