Il Sistema solare Gainotti, Modelli Incontro con le scienze integrate Zanichelli editore 2014

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1 Il Sistema solare

2 In viaggio nello spazio Insieme con altri pianeti la Terra orbita attorno a una stella, il Sole. Il Sole e i pianeti formano il Sistema solare. Il Sistema solare fa parte di una galassia (Via Lattea), un gigantesco insieme di centinaia di miliardi di stelle.

3 In viaggio nello spazio Le unità di misura più utilizzate per esprimere le distanze stellari sono l unità astronomica e l anno-luce. L unità astronomica (UA) è la distanza media tra Terra e Sole, pari a circa 150 milioni di kilometri. Viene usata, in genere, per esprimere le distanze tra i corpi del Sistema solare. Un anno-luce (a.l.) è la distanza percorsa dalla luce nel vuoto in un anno, circa 9460 miliardi di kilometri. Viene usato per esprimere le distanze tra le stelle. (La velocità della luce nel vuoto è circa km/s).

4 Le stelle nella sfera celeste Già nell antichità si individuarono due tipi di astri: quelli che occupano posizioni fisse gli uni rispetto agli altri, le stelle; quelli che si muovono rispetto a tutti gli altri, i pianeti. Dalla Terra sono visibili a occhio nudo circa settemila stelle. Nel corso della notte le stelle ruotano apparentemente attorno a un punto fisso, a causa della rotazione terrestre. Per chi si trova nel nostro emisfero terrestre, il moto avviene attorno alla Stella Polare, pressoché fissa.

5 I moti della Terra: la rotazione Anche se non avvertiamo i moti reali della Terra, come conseguenza del loro verificarsi vediamo il Sole e le stelle compiere dei moti che non avvengono realmente e che per questo sono detti moti apparenti. Il moto apparente delle stelle: dalla Terra si ha l impressione che sia il cielo stellato a girare, compiendo una rotazione che si completa in 24 ore. La Stella Polare è l unica che appare immobile nel cielo, trovandosi sul prolungamento dell asse di rotazione terrestre. Tutte le altre stelle sembrano ruotare attorno alla Stella Polare.

6 Le stelle nella sfera celeste Il fatto che le stelle mantengano sempre la stessa posizione reciproca permette di individuare nel cielo notturno delle figure di fantasia, immaginando di unire determinate stelle con dei segmenti. Queste figure, individuate fin dall antichità nel cielo stellato, sono chiamate costellazioni. Le costellazioni sono formate da stelle, spesso, molto distanti tra loro e a diversa distanza dalla terra.

7 Le stelle nella sfera celeste Oggi sappiamo che le stelle sono grandi masse gassose composte principalmente da due elementi chimici: idrogeno; elio. Esse, grazie alle reazioni di fusione nucleare che avvengono nel loro nucleo, emettono grandi quantità di energia, come luce, calore e altri tipi di radiazione.

8 Le stelle nella sfera celeste La diversa luminosità delle stelle dipende: dall effettiva quantità di energia emessa; dalla loro distanza dalla Terra. Alcune stelle possono infatti apparire meno luminose di altre solo perché sono molto più lontane. Un altra caratteristica che distingue le stelle è il loro colore, che dipende dalla temperatura superficiale. In ordine di temperatura decrescente troviamo stelle blu (le più calde), bianche, gialle, arancioni,rosse (le più fredde).

9 Oltre che per la temperatura e il colore, le stelle differiscono anche per le dimensioni. Sono esempi: le supergiganti rosse, con diametro dell ordine del miliardo di kilometri, circa mille volte quello del Sole; le giganti azzurre, con diametro 5-10 volte quello del Sole e una luminosità migliaia di volte quella della nostra stella; le nane bianche, stelle grandi come la Terra ma molto più dense; le stelle di neutroni, densissime e piccole (poche decine di kilometri di diametro). Il primato di densità della materia spetta, però, al buco nero, chiamato così perché la sua elevatissima forza di gravità impedisce perfino alla luce di sfuggirgli. I buchi neri rappresentano le fasi finali della vita di stelle massicce.

10 Le stelle nella sfera celeste Confronto tra colore e dimensioni delle stelle.

11 Le galassie sono giganteschi ammassi di stelle Le galassie sono agglomerati di gas, polveri e stelle che ruotano intorno a un centro o nucleo galattico.

12 Le galassie sono giganteschi ammassi di stelle Nell universo esistono miliardi di galassie, ognuna delle quali contiene miliardi di stelle. Esse hanno forma e dimensioni diverse.

13 Le galassie sono giganteschi ammassi di stelle La nostra galassia ha un diametro di circa anni luce e il Sistema solare si trova decentrato a circa anni luce dal nucleo galattico.

14 I pianeti Il Sole, i pianeti e i vari corpi minori, come satelliti, asteroidi e comete, formano il Sistema solare. I pianeti del Sistema solare sono otto e possono essere divisi in: pianeti interni (Mercurio, Venere, Terra e Marte) in quanto sono posti tra il Sole e una zona intermedia detta fascia degli asteroidi che si trova fra Marte e Giove; pianeti esterni (Giove, Saturno, Urano, Nettuno) in quanto sono posti oltre la fascia degli asteroidi. Oltre Nettuno sono presenti pianeti di piccole dimensioni, classificati come pianeti nani, di cui il più famoso è Plutone, un tempo considerato il nono pianeta del Sistema solare.

15 I pianeti

16 I pianeti Copyright 2009 Zanichelli editore Gainotti - Modelli

17 I pianeti Il moto che gli otto pianeti del Sistema solare compiono attorno al Sole è detto moto di rivoluzione. Il tempo impiegato da un pianeta per percorrere un giro completo attorno al Sole si chiama periodo di rivoluzione. I pianeti si muovono in modo antiorario su orbite che giacciono tutte approssimativamente su uno stesso piano.

18 I pianeti Oltre al moto di rivoluzione attorno al Sole, ogni pianeta compie un moto di rotazione attorno a una retta immaginaria, chiamata asse di rotazione.

19 Il moto dei pianeti Nel Seicento lo studio delle orbite dei pianeti e le variazioni della loro luminosità portarono l astronomo tedesco Giovanni Keplero alla formulazione delle tre leggi che descrivono il moto dei pianeti attorno al Sole.

20 Il moto dei pianeti La prima legge di Keplero afferma che le traiettorie, o orbite, descritte dai pianeti sono ellissi di cui il Sole occupa uno dei due fuochi.

21 Il moto dei pianeti Pertanto: un pianeta non si trova sempre alla stessa distanza dal Sole; il punto di minima distanza di un pianeta dal Sole si chiama perielio; il punto di massima distanza si chiama invece afelio. La Terra in perielio si trova a 147 milioni di km dal Sole, mentre in afelio si trova a 152 milioni di km.

22 Il moto dei pianeti Keplero scoprì anche che i pianeti accelerano quando sono più vicini al Sole e rallentano quando se ne allontanano. Questa osservazione è riassunta nella seconda legge di Keplero che dice: il moto di un pianeta non avviene con velocità costante, ma la sua velocità è tale che il raggio vettore (il raggio che unisce il centro del sole al centro del pianeta) descrive aree uguali in tempi uguali.

23 Il moto dei pianeti Keplero notò che i pianeti più lontani dal Sole hanno periodi di rivoluzione più lunghi. Questo perché: 1. essendo più lontani dal Sole, l orbita è più ampia; 2. all aumentare della distanza dal Sole, la velocità del moto diminuisce. Questo fatto è affermato nella terza legge di Keplero, che dice: il periodo di rivoluzione è diverso da pianeta a pianeta e cresce all aumentare della distanza del pianeta dal Sole.

24 Il moto dei pianeti Alcuni dati riguardanti i pianeti del Sistema solare

25 Il moto dei pianeti I pianeti del Sistema solare sono legati al Sole da una forza, la forza di gravità. L inglese Isaac Newton fu il primo a pensare che la forza che trattiene la Terra e gli altri pianeti attorno al Sole è la stessa che fa cadere i corpi verso il basso e ci tiene con i piedi ben aderenti al suolo. Questa forza è espressa dalla legge della gravitazione universale.

26 Il moto dei pianeti Legge della gravitazione universale: due corpi qualsiasi dell Universo si attraggono mutuamente con una forza che è direttamente proporzionale alle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. m 1. m 2 F g = G. d 2

27 Le caratteristiche dei pianeti L elemento chimico più abbondante nel Sistema solare e nell Universo è l idrogeno (H). Al secondo posto, in quantità minore, troviamo l elio (He). Da solo, il Sole contiene il 99,8% di tutta la materia del Sistema solare ed è formato in prevalenza da idrogeno. I pianeti come la Terra, Mercurio, Venere e Marte sono costituiti in proporzione considerevole di materiali solidi: sono detti pianeti terrestri o rocciosi. I pianeti che si trovano al di là di Marte, Giove e Saturno, hanno notevoli dimensioni e sono costituiti in prevalenza da idrogeno. Essi sono anche detti giganti gassosi. I due pianeti più lontani dal Sole, Urano e Nettuno, possono essere definiti giganti ghiacciati in quanto, a causa delle basse temperature, alcuni dei materiali che sugli altri pianeti sono allo stato gassoso, qui si trovano allo stato solido.

28 Le caratteristiche dei pianeti I pianeti interni del Sistema solare vengono definiti pianeti rocciosi e sono: Mercurio; Venere; Terra; Marte. Hanno densità simili comprese tra i 5,51 g/cm 3 della Terra e i 3,94 g/cm 3 di Marte. Hanno pochi satelliti o addirittura nessuno.

29 Le caratteristiche dei pianeti Mercurio è al tempo stesso torrido e ghiacciato: la temperatura sulla faccia rivolta verso il Sole raggiunge infatti i 470 C, mentre sulla faccia opposta scende anche a -180 C. È molto piccolo, ha un atmosfera rarefatta e un periodo di rotazione di 59 giorni terrestri.

30 Le caratteristiche dei pianeti Venere è perennemente avvolto da una densissima atmosfera che nasconde la sua superficie. Ha un grande effetto serra ed è molto luminoso nel cielo notturno. Ruota in senso orario (rotazione retrograda) al contrario della maggior parte dei pianeti.

31 Le caratteristiche dei pianeti Rispetto ai suoi fratelli del Sistema solare la Terra presenta alcune caratteristiche che ne fanno un pianeta tutto speciale. È, infatti, il solo ad avere abbondanza di ossigeno nell atmosfera; è il solo su cui è presente la vita; è l unico pianeta a possedere vaste distese d acqua allo stato liquido. La Terra ha un satellite di notevoli dimensioni: la Luna.

32 Le caratteristiche dei pianeti Marte è detto il pianeta rosso, per la presenza di ossidi di ferro sulla sua superficie. È un pianeta di piccole dimensioni. L atmosfera di Marte è molto rarefatta. Marte ha due satelliti: Phobos e Deimos.

33 Le caratteristiche dei pianeti I pianeti esterni del Sistema solare sono: Giove, Saturno, Urano e Nettuno e sono detti anche pianeti gioviani o pianeti giganti. Essi sono molto grandi ma poco densi, hanno spesse atmosfere e si pensa che possano avere un piccolo nucleo roccioso. I pianeti giganti sono circondati da un gran numero di satelliti. Su Urano e Nettuno i materiali che sugli altri pianeti sono gassosi si trovano allo stato solido.

34 Le caratteristiche dei pianeti Da solo, Giove possiede circa il 70% della massa complessiva di tutti i pianeti. L atmosfera di Giove è densa e turbolenta. Giove ha un periodo di rotazione di 9 ore e 56 minuti. La struttura più stupefacente, visibile sull atmosfera di Giove, è un enorme vortice gassoso noto come «la grande macchia rossa». Attorno a Giove si sono contati ben 63 satelliti.

35 Le caratteristiche dei pianeti Saturno, il pianeta con i famosi caratteristici anelli è, come Giove, formato prevalentemente da idrogeno. La fascia di anelli ha una larghezza complessiva di circa km e uno spessore molto piccolo. Saturno ha una densità media inferiore a quella dell acqua; tale densità è la più bassa tra i pianeti del Sistema solare.

36 Le caratteristiche dei pianeti Urano ha una rotazione retrograda come quella di Venere e ha un asse di rotazione parallelo a quello dell orbita. Nettuno è stato scoperto nel 1846 ed è il pianeta più lontano del Sistema solare. Dall anno della sua scoperta non ha ancora terminato la sua orbita intorno al Sole.

37 Le caratteristiche dei pianeti Oltre a Nettuno sono presenti pianeti di piccole dimensioni classificati come pianeti nani, di cui il più famoso è Plutone. Plutone è stato scoperto nel Altri pianeti nani scoperti recentemente sono: Cerere; Eris; Makemake; Haumea.

38 Una stella chiamata Sole Il Sole è un enorme globo di gas con un diametro di circa km, più o meno 109 volte quello terrestre. Ha un volume che è 1,30 milioni di volte quello della Terra e una massa volte maggiore. La densità media del Sole, di solo 1,4 g/cm 3, è poco maggiore della densità dell acqua (1 g/cm 3 ) e circa un quarto della densità media della Terra (5,5 g/cm 3 ).

39 Una stella chiamata Sole Procedendo dall interno verso l esterno del Sole possiamo distinguere quattro involucri gassosi. Il nucleo solare, relativamente piccolo rispetto al volume totale del globo, ha una temperatura sui 15 milioni di gradi. La zona radiativa è lo spesso strato che circonda il nucleo solare. La zona convettiva è la regione nella quale enormi getti di gas incandescente salgono e, dopo essersi raffreddati, ridiscendono. La fotosfera è ciò che si vede, quando si osserva il Sole; ha una temperatura di circa 6000 C e da essa proviene la maggior parte delle radiazioni solari, tra cui la luce.

40 Una stella chiamata Sole Nella fotosfera compaiono delle aree più scure, le macchie solari, variabili nel tempo per forma, dimensione e numero. Le macchie solari, appaiono più scure perché sono più fredde di 1500 C rispetto alle aree circostanti. Il loro numero varia con un ciclo che dura 11 anni, detto ciclo delle macchie solari.

41 Una stella chiamata Sole La cromosfera è sede di imponenti fenomeni come le protuberanze e i brillamenti.

42 La Luna: la compagna su cui il tempo si è fermato La Luna è uno dei satelliti più grandi del Sistema solare. Il suo raggio medio è di 1740 km, un quarto di quello terrestre. La Luna ha una densità media che è circa la metà di quella terrestre. La Luna è caratterizzata da forti escursioni termiche.

43 La Luna E un corpo di piccole dimensioni che a causa della debole forza di gravità (circa 1/6 di quella terrestre), non è capace di trattenere alcuna atmosfera intorno a sé. Per la mancanza di atmosfera, di notte il calore accumulato durante il dì si disperde rapidamente nello spazio, facendo così scendere la temperatura fino a 150 C. Viceversa, durante il dì mancando la protezione dell atmosfera che filtra i raggi solari, la superficie si riscalda enormemente, raggiungendo più di 100 C.

44 La Luna: la compagna su cui il tempo si è fermato Le più importanti formazioni della superficie lunare sono oggi classificate come crateri d impatto, altipiani e mari (scure distese di lava).