IL SISTEMA SOLARE E LA SUA ORIGINE

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1 IL SISTEMA SOLARE E LA SUA ORIGINE

2 CARATTERISTICHE DEL SISTEMA SOLARE 1. Il Sistema Solare è isolato e composto principalmente di "spazio vuoto" con il 99% della massa concentrata nel Sole. 2. Le orbite dei pianeti attorno al Sole sono complanari ed il verso di rivoluzione è uguale per tutti i pianeti ed avviene in senso antiorario. 3. Le inclinazioni delle orbite sono piccole rispetto all'eclittica (a parte Mercurio, 7 e Plutone, 17 ). 4. I pianeti ruotano su sé stessi in senso antiorario esclusi Venere, Urano e Plutone agli estremi opposto del Sistema solare. 5. I pianeti interni sono densi e composti da rocce e ferro mentre i pianeti esterni hanno basse densità e sono composti soprattutto da idrogeno ed elio. 6. Esiste un fascia di asteroidi che separa i pianeti interni dai pianeti esterni indicando una transizione netta tra i due gruppi planetari. 7. I corpi solidi del Sistema Solare, siano essi i pianeti interni o satelliti dei pianeti esterni, mostrano una intensa craterizzazione dovuta all'impatto di meteoriti. 8. I materiali più antichi del Sistema Solare hanno un'età di circa 4.6 miliardi di anni.

3 I pianeti sono piccoli in confronto alle distanze che li separano, e mostrano caratteristiche ben definite di composizione, rotazione, rivoluzione, eccentricità dell orbita, inclinazione dell asse di rotazione.

4 LA SCALA DEL SISTEMA SOLARE

5 IL SOLE Contiene più del 99% della massa del Sistema Solare

6 Densità molto elevata, nucleo di ferro con diametro di 3600 km, probabilmente quasi del tutto solido (c.m. 1/100 di quello terrestre) MERCURIO Escursione termica da 420 C (durante l insolazione) a -180 C (faccia non esposta al Sole). Il mantello è freddo da 1 miliardo di anni Ruota su se stesso in 58 giorni terrestri e orbita in 88 giorni terrestri: 3 giorni mercuriani in 2 anni mercuriani. Evoluzione simile alla Luna: dopo un primo periodo di attività vulcanica (effusiva), geologicamente si è estinto.

7 VENERE Quasi identico come dimensioni alla Terra Rivoluzione in 224 giorni terrestri; rotazione (oraria) in 243 giorni terrestri Asse di rotazione poco inclinato: assenza di stagioni Nucleo esterno probabilmente in parte liquido ma assenza di c.m. per eccessiva lentezza di rotazione che non facilita la circolazione interna al nucleo Estremo effetto serra da CO2. Più caldo di Mercurio: 464 C giorno e notte. Intensa attività geologica, soprattutto vulcanica Superficie poco craterizzata per intensissimo vulcanismo che ha cancellato le strutture preesistenti (età media superficie venusiana: 300 milioni di anni)

8 Terra e Luna in scala TERRA Differenziata internamente in involucri concentrici L unico pianeta con una superficie di acqua liquida nel sistema solare; circa i ¾ della superficie coperti dall acqua Una luna molto grande rispetto alle dimensioni del Pianeta

9 MARTE Rotazione in 24 ore Atmosfera simile a Venere solo per composizione: CO2 per il 95% Rivoluzione in 687 giorni terrestri La metà della dimensione della Terra Inclinazione dell asse terrestre è attorno ai 25 Vulcani enormi (estinti da 2 miliardi di anni), canyon, calotte polari. Venti fortissimi, intensa erosione eolica Due satelliti di dimensioni molto piccole (15 Km e 27 Km)

10 La superficie del Pianeta sembra mostrare le tracce di antichi reticoli idrografici

11 Il più grande vulcano del sistema solare, il Monte Olimpo, alto m (estinto)

12 Antica attività geologica, estinta quando si esaurì il calore interno del Pianeta

13 Aree depresse che potrebbero un tempo avere ospitato oceani

14 GIOVE Maggior pianeta Sistema Solare Rotazione in 10 ore Orbita in 11,8 anni terrestri All esterno, H e He sono in forma gassosa, andando verso il centro, densità e pressione cambiano, e si trovano uno strato di H e He liquidi, poi un nucleo con massa pari a 10 volte quella della Terra, composto da roccia e Fe. Ha un fortissimo c.m., con intensità molto maggiore di quella terrestre, formato (grazie alla velocissima rotazione) nello strato in cui l idrogeno si comporta reologicamente come un liquido metallico. Parafulmine per corpi vaganti nello spazio che sono attratti dalla sua gravità

15 GIOVE Possiede 4 grandi satelliti detti Lune gaileiane scoperte da Galileo nel 1610, e moltissime piccole lune esterne Io: satellite con il vulcanismo più attivo del Sistema Solare con eruzioni si H2S Europa: grande quasi come la Luna, crosta ghiacciata spessa 10 km, al di sotto della quale si pensa possa esservi acqua liquida, con profondità di 100 km circa (volume maggiore di tutti gli oceani terrestri). Ganimede: maggiore satellite del Sistema Solare (più grande di Mercurio e Plutone); simile a Titano, maggior satellite di Saturno. Callisto: satellite con superficie ghiacciata, più craterizzata di qualsiasi altro corpo del sistema solare.

16 SATURNO Pianeta composto soprattutto da gas (H e He, CH4) allo stato gassoso, liquido (come Giove) Possiede anelli più evidenti di quelli degli altri quattro pianeti gassosi Ha 60 satelliti, compreso Titano, la seconda luna del sistema solare C.m. come la Terra, forse per minore spessore involucro di H metallico

17 SATURNO I suoi anelli non sono solidi: sono fatti di innumerevoli frammenti di ghiaccio e polvere (con dimensioni da mm a metri), che percorrono orbite separate attorno al Pianeta Forse dovuti alla disintegrazione (a causa della gravità) di una cometa, avvenuto avvicinandosi al Pianeta

18 URANO Molto più piccolo di Giove e Saturno, ma il suo raggio è 4 volte più grande di quello della Terra Composto da uno strato esterno di gas: H, He, CH4, e da un involucro di ghiaccio di H2O, CH4 e NH3 e da un nucleo di roccia e ghiaccio Ha un estremo tilt assiale, (quasi riverso su un fianco): forse un impatto come quello che ha portato alla formazione della Luna?

19 NETTUNO E il più piccolo e il più freddo dei Pianeti gassosi La sua esistenza è stata ipotizzata a causa di perturbazioni dell orbita di Urano. La sua composizione e struttura interna è molto simile a Urano

20 PLUTONE (recentemente retrocesso) Lontano dal Sole come i grandi Pianeti gassosi, ma molto più piccolo dei Pianeti rocciosi Alcuni astronomi lo ritengono il maggiore fra i corpi celesti della fascia di Kuiper Ha un grande nucleo roccioso e un mantello formato da ghiaccio La sua orbita è molto eccentrica, inclinata, lunga 248 anni terrestri Il suo satellite maggiore (Caronte) è molto grande rispetto a Plutone: la sua origine probabile è sincrona rispetto a Plutone, per distacco dal planetesimo principale di un frammento che divenne poi un satellite.

21 Avvistato nel Dicembre 2004, la sua scoperta è stata confermata nel luglio del Distante 15 miliardi di km dal Sole. Orbita intorno al Sole in 560 anni terrestri. Composto, come Plutone, da roccia e ghiaccio, con orbita eccentrica e inclinata di 45% rispetto alle altre orbite. ERA STATO DEFINITO IL DECIMO PIANETA: 2003 UB313

22 LA LEGGE DI TITIUS-BODE Una semplice legge che prevede le distanze dei Pianeti dal Sole. Nel Settecento Johann Daniel Tietz (latinizzato in Titius) scoprì una relazione empirica che permette di ricavare le distanze dei pianeti dal Sole tramite una semplice sequenza numerica. La relazione fu successivamente solo divulgata da Bode e prende oggi il nome di legge di Titus-Bode Bode. La sequenza parte da 0, passa a 3 e raddoppia di volta in volta: 0, 3, 6, 12, 24, 48, 96, 192, 384, 768. Aggiungendo 4 a ciascun numero e dividendo il risultato per 10, si ottiene la distanza approssimativa dell orbita in U. A.

23 Pianeta N Distanza Sole Legge Vera distanza Mercurio 0 (0+4)/10 = 0.4 UA 0.39 UA Venere 3 (3+4)/10 = 0.7 UA 0.72 UA Terra 6 (6+4)/10 = 1.0 UA 1.00 UA Marte 12 (12+4)/10 = 1.6 UA 1.52 UA Cerere 24 (24+4)/10 = 2.8 UA 2.88 UA Giove 48 (48+4)/10 = 5.2 UA 5.2 UA Saturno 96 (96+4)/10 = 10.0 UA 9.5 UA Urano 192 (192+4)/10 = 19.6 UA 19.2 UA Nettuno 384 (384+4)/10 = 38, UA Plutone 768 (768+4)/10 = 77 UA 39.5 UA

24 Il nostro Sistema Solare è composto dal Sole, 8 Pianeti e le loro Lune, e un gran numero di asteroidi e comete. Ogni Pianeta ha caratteristiche differenti, ma ci sono alcune caratteristiche comuni RIASSUNTO

25 Il Sole, i Pianeti e le grandi Lune orbitano e ruotano in modo organizzato ed in senso antiorario, visti da sopra il Polo Nord Importanti eccezioni sono la rotazione di Venere e quella di Urano.

26 I pianeti terrestri sono piccoli, rocciosi e vicini al Sole. I pianeti gassosi sono grandi, ricchi di gas e lontani dal Sole. Plutone non appartiene a nessuna delle due tipologie e si muove su un orbita differente dagli altri Pianeti.

27 LA TEORIA GEOCENTRICA La prima teoria proposta per spiegare la struttura dell'universo e il moto degli astri e' stata formulata da Aristotele nel IV secolo a.c. Secondo questa teoria, tutti i corpi celesti allora conosciuti (la Luna, Mercurio, Venere, il Sole, Marte, Giove, Saturno e le cosiddette "stelle fisse") erano incastonati in sfere rigide concentriche rotanti in modo uniforme attorno alla Terra. Le caratteristiche dei moti planetari venivano spiegate attraverso complicati moti su circonferenze centrate su queste sfere celesti,, che avevano la proprieta' di essere perfette ed immutabili. La teoria geocentrica rimase in vigore fino al secolo XVI, quando l'astronomo polacco Nicolo' Copernico ( ) 1543) formulò l'ipotesi che fosse il Sole, e non la Terra, il centro dell Universo.

28 GALILEO GALILEI ( ) Matematico italiano Fu il primo, con l uso l del telescopio, a vedere Giove e i suoi quattro satelliti maggiori Fu anche il primo a vedere la macchie solari

29 BRAHE E KEPLERO Tycho Brahe ( ) 1601) Passò decenni di studio ad osservare e registrare le posizioni dei Pianeti nel cielo Johannes Kepler ( ) 1630) Paragonò i dati raccolti da Brahe con la teoria Copernicana che prevedeva la rivoluzione dei Pianeti attorno al Sole in orbite circolari I dati di Brahe non corrispondevano ad orbite circolari

30 KEPLERO Keplero all inizio ipotizzò orbite circolari, ma avendo verificato che il modello circolare non funzionava, provò con orbite ellittiche Un ellisse è un cerchio appiattito, ottenuta sezionando un cono con un piano disposto obliquamente L eccentricità è una misura di quanto il cerchio è appiattito Cerchio: eccentricità = 0

31 LE LEGGI DI KEPLERO Keplero enunciò tre leggi che regolano il moto dei pianeti attorno al Sole,, detto rivoluzione.. Il tempo impiegato dal pianeta tra due passaggi consecutivi per lo stesso punto dell orbita si dice periodo della rivoluzione. Le tre leggi di Keplero sono dedotte dall'osservazione, senza alcuna base teorica. Spiegano cioè come si muovono i Pianeti ma non perché essi si muovono così.. La spiegazione si deve a Isaac Newton e alla Legge di Gravitazione Universale da lui enunciata.

32 LA PRIMA LEGGE DI KEPLERO I pianeti si muovono attorno al Sole secondo orbite ellittiche, di cui il Sole occupa uno dei fuochi. Il punto dell orbita più vicina al Sole si chiama perielio e il punto più distante, afelio. La linea che collega il Sole al pianeta sulla sua orbita si chiama raggio vettore del pianeta.

33 LA SECONDA LEGGE DI KEPLERO Il raggio vettore di un pianeta descrive aree uguali in tempi uguali Keplero osservò che le aree descritte in uguali intervalli di tempo sono uguali (S1 = S2), qualunque sia la posizione del pianeta. Un pianeta impiega quindi lo stesso tempo per andare da A a B che per andare da C a D. Tuttavia la distanza da A a B è molto più grande di quella da C a D, questo vuol dire che il moto del pianeta attorno al Sole è irregolare e assume velocità massima in perielio e minima in afelio (maggiore o minore attrazione dal Sole = velocità maggiore o minore).

34 LA TERZA LEGGE DI KEPLERO I quadrati dei tempi impiegati dai pianeti a descrivere le loro orbite (periodi orbitali) sono proporzionali ai cubi della distanza dal Sole Misurando le distanze (a) in Unità Astronomiche (U.A.) e i periodi (T), la legge si può scrivere: T 2 = a 3 I pianeti più lontani dal Sole hanno periodi orbitali più lunghi di quelli vicini, compiendo la loro orbita a velocità mediamente inferiori, in quanto essendo più lontani dal Sole ne sono meno attratti gravitazionalmente.

35 LA TERZA LEGGE DI KEPLERO PIANETA a (UA) T (anni( anni) a 3 T 2 Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano ,080. 7,060. Nettuno , ,200. Plutone , ,500.

36 Come si è formato il Sistema Solare? Prima teoria: Leclerc de Buffon: Terra e Pianeti nati da materia solare espulsa dal Sole a seguito dell impatto di una cometa. Seconda teoria: Teoria della Nebulosa, Kant e Laplace, nel 700.

37 LA TEORIA DELLA NEBULOSA La Teoria della nebulosa sostiene che il Sistema Solare si sia formato da una nube gigantesca, una concentrazione di gas e polveri, la Nebulosa Solare. Questa era a T C molto bassa e ruotava molto lentamente. Circa 5 miliardi di anni fa la nube avrebbe cominciato a collassare su sè stessa: la forza di gravità diventò maggiore della pressione dei gas. Collassando, la nube iniziò a ruotare sempre più velocemente. La contrazione aumentò la T e formò una zona centrale più densa (che poi si accese con reazioni di fusione - Protosole) e una zona esterna. Questa zona era rappresentata da un disco con fasce di materiali a densità decrescente verso l esterno. Il disco protoplanetario era probabilmente simile a quelli che le recenti tecnologie di esplorazione all'infrarosso hanno rilevato attorno ad alcune stelle.

38 LA FORMAZIONE DEL DISCO PROTOPLANETARIO A) condensazione della nube B) inizio della rotazione C) formazione del disco

39 A)La gravità ha causato la diminuzione delle dimensioni della nube B) Per la conservazione del momento angolare la nube ha cominciato a ruotare più velocemente

40 C) Le collisioni fra particelle hanno reso possibile l appiattimento della nube e la sua trasformazione nel disco protoplanetario

41 LA FORMAZIONE DEI PIANETI Durante i primi milioni di anni, la materia si accumulava nel disco formando oggetti chiamati planetesimi, con diametri di pochi Km. Poi l attrazione l gravitazionale iniziò a fare collidere i planetesimi fra loro, formando i protopianeti e poi (circa 4.5 miliardi di anni fa), i pianeti.

42 LA FASE DI BOMBARDAMENTO I frammenti di massa simile avrebbero cominciato ad attrarsi fra loro e ad attirare altri frammenti man mano che la loro massa totale cresceva. Ruotando attorno al Sole, i planetesimi raccoglievano sempre più blocchi, anche di enormi dimensioni, accrescendosi a loro spese. Il bombardamento di blocchi rocciosi sui pianeti appena formati durò centinaia di milioni di anni, fino a circa l inizio dell Eone Archeano, 4 miliardi di anni fa. L intensissimo bombardamento durato quelle centinaia di milioni d'anni è generalmente ritenuto responsabile sia della struttura a strati della Terra, sia dell'enorme calore che tenne semifuso il Pianeta, sia dell'attuale calore all'interno della Terra. Il calore provocato da quegli urti giganteschi (energia cinetica e meccanica in energia termica) avrebbe infatti fuso completamente, o in gran parte, la Terra primitiva e avrebbe permesso ai materiali di diversa densità in arrivo, o già presenti, di distribuirsi liberamente all'interno del pianeta secondo la loro densità. I materiali più pesanti sarebbero affondati verso il centro e i più leggeri verso la superficie: i materiali ferrosi sarebbero andati a costituire il nucleo, i silicati più pesanti, contenenti ferro e magnesio, a formare il mantello e i silicati più leggeri (sodio, alluminio, potassio) a costituire gran parte della crosta e della litosfera terrestre.

43 La Luna venne formata a seguito dello schianto di un grosso planetesimo sulla Terra neoformata Altri grandi impatti potrebbero essere responsabili di eccezioni come la particolare rotazione di Urano e Venere

44 DUE TIPI DI PIANETI Nelle zone del disco fino ad una distanza di 4 UA dal protosole, rimasero solide solamente le particelle rocciose e metalliche che andarono a formare i pianeti rocciosi. All interno di una circonferenza immaginaria detta frost line era infatti troppo caldo perchè acqua, metano e ammoniaca potessero condensare formando nuclei di ghiaccio. All esterno della frost line era abbastanza freddo perché si potesse formare ghiaccio di acqua, ammoniaca, metano. Il ghiaccio e i frammenti rocciosi (presenti anche in questa zona esterna) si aggregarono formando i nuclei dei pianeti gassosi. La loro massa poi divenne abbastanza grande da attrarre grandi quantità di H, He, e altri gas che formarono dense atmosfere attorno ai nuclei.

45 Le Comete e gli Asteroidi sono residui di planetesimi Gli Asteroidi sono rocciosi perchè si formarono all interno della frost line Le Comete sono prevalentemente di ghiaccio perchè si formarono oltre la frost line

46 LA LUNA Caratteristiche generali Strutture superficiali Suddivisione Interna Teorie sulla formazione

47 LA LUNA La Luna e' il corpo celeste piu' vicino alla Terra e l'unico, finora, parzialmente esplorato dall'uomo, durante le missioni Apollo. E' per noi l'astro piu' brillante in cielo dopo il Sole, anche se si tratta di luce solare riflessa.

48 PROPRIETÀ FISICHE E ASTRONOMICHE DELLA LUNA Raggio Raggio lunare: km Inclinazione dell orbita rispetto a quella terrestre: Massa: Massa: 1/81 massa della Terra Accelerazione gravitazionale misurata sulla superficie lunare: 1/6 di quella terrestre Età:: 4,5 miliardi di anni

49 ORBITA DELLA LUNA La Luna orbita attorno alla Terra in modo quasi circolare Eccentricità ellisse molto bassa (e = 0.05) Distanza media: km perigeo = km apogeo = km

50 RIVOLUZIONE E ROTAZIONE DELLA LUNA Rivoluzione La Luna orbita attorno alla Terra in circa 27 giorni e 7 ore (mese sidereo). Rotazione La Luna ruota sul proprio asse alla stessa velocità con cui orbita attorno alla Terra; ecco perché dalla Terra si vede solo una faccia della Luna. Solo dopo le missioni Apollo l uomo ha potuto vedere la faccia nascosta della Luna.

51 MANCANZA DI ATMOSFERA LUNARE La superficie della Luna e' ben visibile a causa della mancanza di un'atmosfera. La sua massa, infatti, e' insufficiente per trattenere le molecole di gas. Questo provoca grandi sbalzi di temperatura sulla superficie del satellite: essa varia tra la notte e il giorno da -233 C a +123 C.

52 STRUTTURE SUPERFICIALI Le aree chiare sono i rilievi lunari (anche alti fino a 9000 m) e i crateri Le aree scure sono i cosiddetti mari Tutti i crateri disseminati sulla superficie sono stati generati da impatti meteoritici Oltre ai crateri, sul nostro satellite si distinguono dorsali di lunghezza di decine di Km, formate forse durante il raffreddamento della Luna. La La superficie lunare e' ricoperta da una miscela di polvere e detriti rocciosi (regolite) prodotta per disgregazione di meteoriti, dello spessore variabile da pochi metri a poche decine di metri.

53 I MARI LUNARI 1) L impatto di grosse meteoriti scavava enormi crateri, proiettando materiale a grandi distanze. 2) Le temperature elevatissime dell impatto provocavano fusione parziale e attività vulcanica OPPURE 2) Il vulcanismo veniva alimentato da fratture che raggiungevano le rocce parzialmente fuse sotto la crosta lunare 3) Il cratere veniva riempito da lava basaltica a formare i mari lunari

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56 GEOLOGIA: : TERRA E LUNA TERRA Continenti 29% Oceani 71% Pochi crateri visibili Geologia attiva Tettonica a zolle LUNA Rilievi 85% Bassopiani 15% Molti crateri visibili Geologia inattiva Assenza di Tettonica a zolle

57 MAGNETOSFERA LUNARE Nessun campo magnetico è stato rilevato presso la Luna Le rocce lunari (tutte con età non inferiore a 3.1 miliari di anni) hanno debole magnetizzazione residua Questa evidenza supporta la teoria che la Luna non possieda attualmente un nucleo liquido

58 BIOSFERA LUNARE La mancanza di atmosfera e idrosfera (acqua allo stato liquido), ha come conseguenza la totale assenza di vita sulla Luna

59 TEORIE PER SPIEGARE LA FORMAZIONE DELLA LUNA Fissione Cattura Formazione cont. Grande impattoi Probabilmente errate Ipotizza che la Terra sia stata colpita da un oggetto delle dimensioni di Marte entro i primi 100 milioni di anni dalla sua formazione.

60 LE TRE TEORIE MENO ACCREDITATE TEORIA DELLA FISSIONE Questa teoria propone che, durante la formazione della Terra, il materiale esterno che si stava aggregando si sarebbe staccato e si sarebbe poi condensato a formare il nostro satellite (cicatrice rappresentata dall attuale Oceano Paifico - ipotesi del tutto infondata). TEORIA DELLA CATTURA GRAVITAZIONALE Sostiene che la Luna si sia formata in modo indipendente e sia stata in seguito catturata dal campo gravitazionale terrestre. TEORIA DELLA FORMAZIONE CONTEMPORANEA La Luna e la Terra si sarebbero formate contemporaneamente (e separatamente) nella stessa zona del disco protoplanetario.

61 LA FORMAZIONE DELLA LUNA: LA TEORIA DEL GRANDE IMPATTO Circa 4,4 miliardi di anni fa, il giovane pianeta Terra, vecchio di soli 50 milioni di anni e non ancora solido come ora, subì un impatto. Un altro corpo roccioso, all'incirca della massa di Marte, si era formato nelle sue vicinanze, e la sua orbita entrò in collisione con quella terrestre. Quando i due corpi si urtarono, l'energia coinvolta fu 100 milioni di volte maggiore di quella dell'impatto meteoritico che si pensa abbia causato l'estinzione dei dinosauri. La collisione distrusse il corpo celeste, e lanciò una enorme quantità di detriti in orbita attorno alla Terra. La nostra Luna si formò in seguito per condensazione di questa "nube" di detriti.