Una Panoramica del Sistema Solare. Lezione 5

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1 Una Panoramica del Sistema Solare Lezione 5

2 Sommario Pianeti: orbite e proprietà I pianeti Terrestri I pianeti Gioviani I pianeti nani della Kuiper Belt I detriti spaziali (Comete, Asteroidi, Meteoroidi) 2

3 I Pianeti del Sistema Solare Pianeti Terrestri Sole Mercurio UA Venere UA Terra UA Marte UA 4 pianeti interni piccoli e rocciosi Distanze dal Sole Sole Giove Saturno UA UA Urano UA Nettuno UA Plutone UA Pianeti Gioviani 4 pianeti esterni giganti gassosi/liquidi (e Plutone?) 3

4 Le orbite dei pianeti Vista del sistema solare da sopra Vista laterale del sistema solare I pianeti orbitano attorno al Sole ruotando nello stesso verso. Le orbite sono quasi complanari. Le orbite sono quasi circolari. Eccezioni: Plutone e Mercurio hanno orbite moderatamente ellittiche. Il piano dell orbita di Plutone è inclinato rispetto all eclittica. 4

5 Dati fisici dei pianeti Pianeta Massa (M! ) Diametro (D! ) Densità (kg m -3 ) Mercurio Venere Terra Marte Giove Saturno Urano Nettuno Plutone Densità dell acqua: 1000 kg m -3 5

6 Pianeti Terrestri Relativamente densi: Massa! 1 M!; Raggio! 1 R!. Mercurio Luna Superficie rocciosa. Composti di Fe, O, Si, Mg, Ni, S. Terra Struttura interna simile con nucleo e mantello. Ruotano lentamente. Poche lune e nessun anello. Marte La superficie di Venere non può essere osservata direttamente da Terra a causa della sua copertura nuvolosa. Venere (immagine radar) Venere (visibile) 6

7 La Terra Il più grande ed il più massiccio dei pianeti terrestri. Geologicamente attivo (deriva dei continenti, vulcanismo, terremoti, ecc.) Atmosfera relativamente densa. Acqua presente simultaneamente nelle sue 3 fasi (Ghiaccio, Liquido, Vapore). Possiede un campo magnetico. Temperatura superficiale K. 7

8 Il campo magnetico terrestre Prodotto da un effetto dinamo. La rotazione e la convezione producono correnti elettriche nel nucleo liquido di ferro/nickel. Le correnti elettriche producono campo magnetico. Il campo magnetico deflette il vento solare composto di particelle di alta energia. Queste rimangono intrappolate nelle fasce di radiazione (Fasce di Van Allen). 8

9 Le Aurore Aurora Borealis (Emisfero Nord) Aurora Australis (Emisfero Sud) Vista dallo Space Shuttle Le Aurore sono provocate dalle particelle cariche e molto energetiche intrappolate nelle fasce di radiazione. Le collisioni con atomi e molecole nell atmosfera terrestre eccitano, ionizzano e dissociano atomi e molecole. Gli atomi e le molecole ionizzati ed eccitati emettono luce dando luogo alle Aurore. 9

10 L atmosfera terrestre L atmosfera primordiale era composta di H, He e metano. Composizione dell atmosfera terrestre La composizione si è modificata notevolmente da allora per: Gas % in peso! produzione di gas (rilasciati da attività vulcanica ecc. come CO2, N2, H2O);! bombardamento di meteoriti ghiacciati e comete (H20);! gran parte della CO2 si è sciolta negli oceani;! lo sviluppo della vita produce O (fotosintesi, CO2 assorbita e convertita a O2). 10

11 La Luna La densità media (3340 kg m -3 ) è simile a quella del mantello della Terra. L interno è freddo con scarsa attività geologica. Mari La superficie è caratterizzata da: Altopiani con molti crateri Mari (bassopiani) formati da colate laviche. Non ha atmosfera. Altopiani lunari Crateri Rotazione sincrona (Periodo rotazione = periodo siderale orbitale). Mostra sempre la stessa faccia alla Terra (succede anche in molte altre lune). 11

12 La formazione della Luna Attualmente è favorita la Teoria del Grande Impatto. Durante gli ultimi stadi di crescita della Terra (~4.5 miliardi di anni fà) un corpo delle dimensioni di Marte colpì la Terra e l impatto gigantesco proiettò nello spazio una pioggia di detriti provenienti sia dalla Terra che dal corpo esterno. Corpo esterno L impatto accelerò la rotazione della Terra e ne inclinò l asse di min dopo l impatto La Terra si riformò come corpo in gran parte fuso min... e la Luna si formò per aggregazione dei detriti. 125 min Le rocce lunari antiche riportate dagli astronauti dell Apollo supportano l ipotesi del grande impatto 12

13 Mercurio " Piccole dimensioni e piccola massa, alta densità (grande nucleo metallico, 5% del raggio). " No atmosfera. " Temperatura superficiale: 600 K ( giorno ) 100 K ( notte ) " Debole campo magnetico " Geologicamente quiescente. " Superficie molto craterizzata. " Periodo rotazione = 2/3 periodo siderale (questo accoppiamento rotazione-orbita è unico nel sistema solare). 13

14 I Crateri I crateri da impatto sono comuni in tutto il sistema solare (Mercurio, Luna, Marte, asteroidi, ecc.). Un meteorite si avvicina alla superficie lunare ad alta velocità. Sono causati dall impatto con meteoriti e sono abbastanza rari sulla Terra (atmosfera...). Con l impatto il meteorite è deformato, riscaldato e volatilizzato. Assenti sui pianeti Gioviani (gassosi...). Mercurio La Luna L esplosione risultante crea un cratere circolare. L assestamento crea terrazze ed il rimbalzo può creare il picco centrale. 14

15 I crateri da impatto sulla Terra Meteor Crater, Arizona, USA Diametro 1.2 km, impatto anni fa Chixulub. Mexico Diametro 170 km, impatto 65 milioni di anni fa Manicouagan Impact Crater, Canada Diametro 70 km, impatto 200 milioni di anni fa Al momento sono noti circa 170 crateri da impatto sulla Terra, 27 hanno un diametro > 25 km! 15

16 Venere Simile alla Terra in massa, raggio e densità (e struttura interna). Atmosfera densa: 96% CO2 Nuvole spesse di vapor d acqua e acido solforico. Temperatura superficiale di circa 740 K (effetto serra). La rotazione è lenta e retrograda: Periodo di rotazione 243 d; Periodo orbitale d. Nessun campo magnetico (problema per la teoria della dinamo ) 16

17 L effetto serra La superficie del pianeta è riscaldata dalla radiazione solare (principalmente visibile). Il calore è re-irradiato dalla superficie sotto forma di radiazione infrarossa. CO2 e altri gas nell atmosfera assorbono l infrarosso facendo aumentare la temperatura. L alta concentrazione di CO2 nell atmosfera di Venere causa un fortissimo effetto serra. L effetto serra sulla Terra è poco (per ora...). Atmosfera del pianeta Luce del sole (visibile) Anno Radiazione infrarossa Rivoluzione industriale 17

18 Marte 1/2 del raggio terrestre; 1/10 della massa: densità relativamente bassa; nucleo meno denso e più piccolo. Il periodo di rotazione e l inclinazione dell asse sono simili a quelli della Terra (stagioni! la calotta ghiacciata polare cresce e si restringe). Campo magnetico estremamente debole (dovrebbe essere più forte secondo la teoria della dinamo). Atmosfera rarefatta (95% CO2). Temperatura superficiale 130 K! 290 K Attività vulcanica (ma nessuna placca tettonica). Evidenze geologiche di erosione da acqua. 18

19 I Pianeti Gioviani Sono oltre la fascia degli asteroidi. Giove Grande Macchia Rossa Saturno Bassa densità ma grande massa. Composti principalmente di H ed He. Ruotano rapidamente (< 1 d) Hanno molte lune. Tutti hanno anelli. Nettuno Urano I 4 pianeti gioviani contengono da soli il 99.5% di tutta la massa planetaria. 19

20 Giove Ombra di una luna La Grande Macchia Rossa è una gigantesca tempesta. Grande Macchia Rossa Il pianeta più grande e più massiccio (densità 1.34 g/cm 3 ). Composto principalmente di H (78%) ed He (19%) in fase gassosa e liquida (interno). Temperatura ~150 K (in cima alle nubi). Ruota rapidamente con periodo ~10 h (questo causa uno schiacciamento polare). Le bande sono zone di alta/ bassa pressione che emergono/ affondano nell atmosfera. Forte campo magnetico (magnetosfera e aurore). 20

21 Le Lune di Giove Giove ha almeno 61 satelliti naturali (al settembre 2004) In gran parte sono asteroidi catturati. Le 4 grandi lune Galileiane sono primordiali e la loro struttura sembra essere legata al raggio della loro orbita. Dimensioni e densità simili alla Luna Più grandi ma meno dense Roccioso, attività vulcanica estrema Roccioso, H2O liquida, crosta ghiacciata Dimensioni della Luna Nucleo di ferro (?), interno roccioso e con H2O ghiacciata, crosta di ghiaccio Io Europa Ganimede Callisto Verso Giove Interno roccioso e con H2O ghiacciata, H2O liquida (?), crosta di ghiaccio 21

22 Saturno Il secondo pianeta più grande con 1/3 della massa di Giove. Simile a Giove in composizione e struttura. Zone (colori chiari) Densità media: 670 kg m -3 "galleggia! Fasce (colori scuri) Periodo di rotazione Ombra di Mimas 10 h (grosso schiacciamento polare). Temperatura ~90 K (cima delle nubi). Irraggia almeno il doppio dell energia che riceve dal Sole. (una luna di Saturno) 22

23 Gli anelli di Saturno Esistono 3 anelli principali che si estendono per 140,000 km dal centro del pianeta e sono spessi solo 10 m! Sono composti di particelle di ghiaccio (H2O) e sono i detriti risultanti dalla collisione tra comete e le lune di Saturno. Seguono le leggi di Keplero! La loro struttura è determinata dall influenza gravitazionale delle lune di Saturno (Satelliti Pastori). Vista ravvicinata dalla sonda Cassini 23

24 Nuove immagini dalla sonda Cassini (Febbraio 2007)

25 Nuove immagini dalla sonda Cassini (Febbraio 2007): lo spessore degli anelli.

26 Urano, il gigante di ghiaccio 1/3 del diametro ma solo 5% della massa di Giove. La struttura interna è poco conosciuta: nucleo di elementi pesanti (?) e mantello di ghiaccio. L atmosfera è ricca di H, He, CH4 Il colore blu è dovuto all assorbimento di luce rossa da parte del metano nell atmosfera. Temperatura ~50 K (cima delle nubi). Possiede 5 grandi lune di roccia e/o ghiaccio. L asse di rotazione è inclinato di 98 con piano dell orbita. 26

27 Nettuno Simile in dimensioni, densità e colore ad Urano (# struttura e composizione simili). La sua esistenza e la sua posizione erano state predette applicando le leggi di Newton all orbita di Urano (Adams e Leverrier ). Le due lune più grandi hanno moti peculiari (per incontro con planetesimi giganti?): Tritone ha un moto retrogrado (in senso orario) Nereide ha un orbita fortemente ellittica). Zone (blu chiaro) Polo Sud Fasce (blu scuro) Nubi di alta quota 27

28 Plutone e Caronte Plutone è stato scoperto nel Il satellite Caronte nel 1978 e due lune minori nel 2005 con HST. Il suo diametro è solo 2/3 di quello della Luna e la massa è < 20% di quella della Luna. Orbita fortemente ellittica (talvolta è più vicino al Sole di Nettuno) inclinata di 17 rispetto al piano dell eclittica. L asse di rotazione è inclinato di ~120 rispetto al piano dell orbita. La temperatura superficiale è di ~40 K. Immagine di HST Declassato a Pianeta Nano nel Adesso è solo uno dei tanti planetesimi che occupano la Fascia di Kuiper oltre Nettuno. 28

29 I pianeti della Kuiper Belt Nella fascia di Kuiper (Kuiper belt) ed oltre sono stati recentemente scoperti diversi corpi delle dimensioni di Plutone. Oggetti della Kuiper Belt Orbita di Plutone Eris Dysnomia Sole Il più recente è Eris (Luglio 2005) con un semiasse dell orbita di 97 UA ed un diametro del 25% più grande di Plutone. Ha un satellite. Sono stati trovati anche diversi oggetti leggermente più piccoli che sono stati riclassificati come pianeti nani (2006). Creazione artistica NASA/JPL-Caltech 29

30 Detriti spaziali Molti piccoli corpi orbitano attorno al Sole, detriti rimasti dalla formazione del sistema solare. Meteoroidi particelle di polvere interplanetario o di comete (~1 "m) detriti dalla collisioni tra asteroidi (~ m) Asteroidi frammenti di roccia (diametro km) Comete nuclei di ghiaccio (diametro ~ km) le code, che si formano per la loro vaporizzazione da parte del Sole, sono lunghe fino a ~10 6 km. 30

31 Asteroidi La maggior parte orbita il Sole tra 2 e 4 UA (La Fascia degli Asteroidi). Molti asteroidi orbitano attorno al Sole in una fascia larga 1.5 UA tra le orbite di Marte e Giove. L asteroide più grande noto è Cerere (diametro ~900 km). La maggioranza sono molto più piccoli. Gli asteroidi Troiani orbitano con Giove nei punti Lagrangiani (zone stabili). Gli asteroidi Apollo-Amor hanno orbite altamente ellittiche che attraversano il sistema solare interno (rischio collisioni con la Terra). Sono resti di planetesimi confinati dalla gravità di Giove 31

32 Comete Orbita della Cometa Coda di Ioni Coda di polvere I nuclei consistono di fragile roccia porosa che contiene un miscuglio di ghiacci (H2O, CO2, NH4) e polvere. Sole Nucleo Perielio Coma Il nucleo vaporizza vicino al Perielio. Le comete hanno orbite fortemente ellittiche. Le comete a lungo periodo (> 200 yr) si pensa che abbiano origine nella nube di Oort ( UA). Quello a periodo corto dalla Kuiper Belt ( UA). Hanno due code : coda di ioni (gas ionizzato portato via dal vento solare). coda di polveri (portata via dalla pressione di radiazione del sole). 32

33 Meteoroidi, Meteore e Meteoriti Meteoroide (piccolo corpo in orbita). Meteora (corpo che si vaporizza nell atmosfera terrestre). Piano dell orbita del meteoroide Col tempo i frammenti della cometa si distribuiscono lungo l orbita. Meteorite (resto dopo la collisione con la Terra). Le piogge di meteore si hanno quando la Terra attraversa sciami di detriti cometari (non lasciano meteoriti). Piano dell orbita terrestre Sole Terra Solo i meteoroidi rocciosi o metallici formano crateri da impatto. La Terra acquista ~40,000 tonnellate/anno dai meteoriti. 33

34 Conclusioni Orbite Quasi tutti i pianeti orbitano quasi nello stesso piano Tutte le orbite sono in senso antiorario. Quasi tutto ruotano attorno al proprio asse nello stesso senso. Esistono 2 (3?) tipi di pianeti: Terrestri (i 4 interni; piccoli, molto densi) Gioviani (i 4 esterni; giganti, bassa densità) Plutone ora è solo uno dei tanti corpi della Kuiper Belt denominati pianeti nani. Ci sono molti corpi piccoli in orbita attorno al Sole. Comete, Asteroidi, Meteoroidi. L età del Sistema Solare è ~4.6"10 9 anni (datazione per radioattività delle rocce più antiche note). 34

35 World Wide Web NASA (missioni, scienza, immagini): Sito sui nove otto pianeti del Sistema Solare Pianeti nani nella Kuiper belt Origine della Luna 35