L ORIGINE E L EVOLUZIONE DEL SISTEMA SOLARE

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1 L ORIGINE E L EVOLUZIONE DEL SISTEMA SOLARE

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3 PRESENTAZIONE I corpi del Sistema solare, da semplici astri erranti com erano considerati nell antichità, sono diventati oggetto di studio approfondito. Grazie ai telescopi è stato possibile scoprire nuovi componenti del nostro sistema planetario, mentre tutti i pianeti conosciuti dagli antichi sono stati esplorati da satelliti artificiali lanciati dall uomo; l uomo stesso è sceso sulla Luna e sonde automatiche sono sbarcate su Venere, Marte e Titano, il maggiore dei satelliti di Saturno. I numerosi dati e informazioni raccolti hanno permesso di comprendere quali sono i meccanismi che regolano e sostengono il nostro mondo, non solo, ma anche in che modo hanno avuto origine la nostra stella e i pianeti che le ruotano attorno. Proprio in questi giorni è rientrata la missione Stardust. La sonda lanciata nel 1999 aveva il compito svolto con successo di catturare le polveri provenienti da una cometa, ovvero gli elementi che si pensa dovevano costituire la nube da cui ha avuto origine il Sistema solare. Sempre di questi giorni è la notizia del lancio imminente della sonda New Horizons, che raggiungerà Plutone, il più lontano dei pianeti, nel La percezione comune delle conquiste ottenute spesso non è accompagnata da una reale diffusione delle conoscenze che tali scoperte hanno generato. Lo scopo di questa mostra itinerante sull origine ed evoluzione del Sistema solare, finanziata in parte dal Ministero dell Istruzione (MIUR), è proprio quello di avvicinare alle persone e, in particolare, agli studenti delle scuole dell obbligo alcuni concetti che sono alla base della comprensione del mondo tanto affascinante quanto complesso che abitiamo. Ricordiamo, infine, che questa iniziativa si inserisce in un percorso di promozione delle conoscenze astronomiche, che fa perno sull Osservatorio Astronomico di Bologna e sul Dipartimento di Astronomia dell Università di Bologna e che possiede il nucleo centrale ne Il Parco delle Stelle, presso la Stazione astronomica di Loiano. Coloro che fossero interessati a informazioni e aggiornamenti sui programmi di ricerca e di divulgazione dell Osservatorio di Bologna sono pregati di consultare le pagine Flavio Fusi Pecci Direttore Osservatorio Astronomico di Bologna Istituto Nazionale di Astrofisica 3

4 LA FORMAZIONE DEL SISTEMA SOLARE L origine del Sistema solare, e in particolare della Terra, è uno dei più affascinanti problemi dell astronomia. Una plausibile soluzione a questo problema non è solo importante per comprendere come si siano formati i corpi celesti a noi più vicini, i pianeti, ma soprattutto per capire se il processo di formazione planetaria è una conseguenza normale della formazione stellare oppure un fatto accidentale e raro. Tra i tanti modelli proposti l idea vincente risultò quella di una nebulosa primitiva da cui si formarono sia il Sole che i pianeti. Essa venne proposta da Kant e Laplace nel XVIII secolo avendo come base la teoria della gravitazione universale di Newton. Laplace ipotizza che l atmosfera del Sole fosse, originariamente, estesa all intero spazio oggi occupato dalle orbite dei pianeti nel Sistema solare. La nebulosa si contrae per effetto della gravitazione, e, raffreddandosi, la sua velocità rotazionale cresce sino a quando la nube originaria non collassa su di un piano in una formazione a disco simile ad una struttura anulare. In seguito gli anelli di gas vengono rimodellati dalla gravità e dai processi termici di dissipazione e vanno a condensarsi in sotto-strutture che portano alla formazione dei pianeti e dei loro satelliti, mentre nella parte centrale della nube si forma il Sole. Nonostante i problemi sollevati da diversi fisici tra cui Lord Kelvin, il modello nebulare si affermò largamente tra i fisici e gli astronomi. Esso infatti ebbe il merito di spiegare quasi tutti i fenomeni, relativi al Sistema solare, noti nel XVIII secolo ed in particolare quelli riferiti ai moti dei pianeti. Dall idea di Kant e Laplace sono passati ormai più di duecento anni ed una gran quantità di dati sono stati raccolti sulle proprietà del Sistema solare. Fondamentali sono risultati i metodi di datazione dell età della Terra e dei meteoritici raccolti sulla superficie del nostro pianeta che ci hanno permesso di determinare l età e la composizione chimica del Sistema solare alle sue origini. Ora possiamo affermare che il Sistema solare nacque circa 4,6 miliardi di anni fa e che la sua composizione originaria doveva essere prevalentemente di Idrogeno, Elio ed in percentuali minori di elementi più pesanti. Secondo una delle ipotesi più ricorrenti, l esplosione di una supernova vicina alla nube primordiale fu determinante per comprimere la nube sino a raggiungere la massa minima necessaria affinché la gravità prendesse il sopravvento sull equilibrio termico della nube, causando il collasso delle sue parti più interne. La rotazione della nube determinò a sua volta il confinamento del materiale gassoso formando un disco nebulare. All interno di 4

5 questo disco si produsse un ulteriore accumulo di materiale che portò alla formazione del protosole. La forza di gravità intrappolò il gas nel protosole, aumentandone enormemente la densità e la temperatura ed innescando le reazioni termonucleari. Contemporaneamente alla formazione del protosole, nel resto della nebulosa, nelle parti del disco lontane dal protosole, inizia l accumulo del gas che porterà a formare i planetesimi. È importante considerare il fatto che la nebulosa che forma il disco è composta non solo da idrogeno, elio ed altri gas, ma anche da polvere, grani di silicati, ferro e ghiaccio. I grani sono essenziali in quanto fu la loro interazione con le molecole di gas in moto turbolento che determinò la crescita delle strutture solide più piccole; la polvere. In seguito da questa sottile concentrazione di polvere si formarono i primi corpi solidi nel piano centrale del disco da cui ne risultarono una serie di instabilità gravitazionali su piccola scala. Le instabilità gravitazionali continuarono a crescere determinando infine la formazione dei planetesimi. Tra questi planetesimi di dimensioni di alcuni km, i maggiori per massa e raggio costituiranno gli embrioni attorno ai quali si formeranno i veri e propri pianeti. Entro 3 unità astronomiche (U.A.), cioè 3 volte la distanza della Terra dal Sole, su questi pianeti embrionali andarono ad accrescere una gran quantità di planetesimi più piccoli e che somigliavano agli attuali asteroidi. Il modello delle collisioni tra planetesimi sugli embrioni rende conto in modo efficace della formazione dei pianeti rocciosi interni. Oltre le 4 U.A., le collisioni favorirono la aggregazione in corpi più grandi, ma poiché le temperature erano molto più basse delle regioni interne, furono favorite le condensazioni di ghiaccio, ammoniaca ed altre specie volatili. Qui si formarono i pianeti gassosi esterni, i giganti del nostro Sistema solare. In entrambi i casi però la durata del processo di formazione è singolarmente breve, solo 100 milioni di anni; in accordo con i dati osservati analizzando le proprietà dei meteoriti. Più complessa è la formazione della Luna, un vero e proprio rompicapo fino a qualche decennio fa. Ora si ritiene plausibile l ipotesi della formazione del nostro satellite in conseguenza dell impatto di un corpo celeste forse grande quanto l attuale Marte su una Terra primordiale di dimensioni molto maggiori di quella odierna. 5

6 L EVOLUZIONE DEL SOLE Ma come si evolverà e fino a quando sopravvivrà il nostro Sistema solare? La risposta a queste due domande richiede lo studio della produzione di energia nell interno del Sole. Il Sole contiene più del 99% della massa totale del Sistema solare ed il suo raggio è ben 109 volte quello della Terra. Il Sole è costituito per circa il 75% da idrogeno e per il 25% da elio, tutto il resto, che possiamo definire metalli, ammonta a solo 0,1%. Le percentuali però cambiano, sia pure lentamente, con il passare del tempo, poiché il Sole nel suo nucleo converte l idrogeno in elio. La produzione di energia del Sole (386 miliardi di miliardi di megawatt) è dovuta alle reazioni di fusione nucleare. Oggi, ogni secondo, circa di tonnellate di idrogeno vengono convertite in circa di tonnellate di elio e vengono prodotte circa tonnellate di energia sotto forma di raggi gamma. Come tutte le stelle quindi anche il Sole, seppur molto lentamente, evolverà cambiando dimensioni ed aspetto. Quando il Sole avrà terminato l idrogeno inizierà una fase di instabilità e si avrà una reazione più forte della precedente che renderà il Sole più luminoso, ma anche più instabile. Diventerà una Gigante Rossa espandendosi, ma nel frattempo anche raffreddandosi. Il suo raggio crescerà di circa 100 volte e la sua superficie esterna arriverà oltre l orbita di Venere! Questo segnerà l inizio della fine dei pianeti interni, ma non c è da preoccuparsi perché avverrà tra più di 7 miliardi di anni! In seguito brucerà un altro componente: l elio permettendo al Sole di vivere come Gigante Rossa per centinaia di milioni di anni. Quando però tutto il combustibile sarà finito, la temperatura sarà molto alta e il Sole improvvisamente si dilaterà ed esplodendo getterà parte della materia nello spazio attorno: si formerà una Nebulosa Planetaria. Resterà un nocciolo centrale che ridurrà il Sole a un oggetto piccolissimo di dimensioni simili alla Terra. Ciò che resta della stella morta si chiama Nana Bianca. I pianeti che saranno sopravissuti si ritroveranno in un ambiente gelido e buio, ma, per fortuna, saranno passati più di 12 miliardi di anni dalla loro nascita. 6

7 I PIANETI DEL SISTEMA SOLARE I pianeti ruotano attorno al Sole su trattorie quasi circolari, tranne Mercurio e Plutone che si muovono su orbite più eccentriche, e il piano che le contiene si chiama eclittica. I pianeti si muovono nella stessa direzione e tutti, tranne Venere e Urano, ruotano su se stessi nel medesimo senso. I pianeti interni o pianeti terrestri Mercurio, Venere, Terra e Marte sono pianeti con una superficie rocciosa costituiti da un nucleo metallico circondato da uno strato di silicati. Vengono chiamati pianeti interni e sono posti a breve distanza dal Sole (da 0,3 a 1,6 U.A.). L unità di misura utilizzata è l Unità Astronomica (U.A.) cioè la distanza Terra-Sole, quasi 150 milioni di chilometri. I pianeti interni possiedono, a parte la Luna (che in realtà non è un pianeta, ma il nostro satellite) e Mercurio, un atmosfera che ne avvolge la superficie, ma che costituisce solo una piccola frazione della loro massa totale. Ad esempio l atmosfera di Venere, la più massiccia tra i pianeti terrestri, rimane confinata ad un centomilionesimo della sua massa. La Terra, Marte e Venere, hanno sviluppato, lungo la loro evoluzione planetaria, un atmosfera propria ben diversa da quella primordiale. Le loro atmosfere sono costituite in massima parte da molecole pesanti come l anidride carbonica, l ossido di carbonio, l azoto molecolare ed il vapor d acqua, che possono essere trattenute dal loro campo gravitazionale. Gli elementi originari leggeri, come l idrogeno, si sono dispersi già da tempo nello spazio interplanetario dopo la formazione dei pianeti interni. Solo la Terra ha un atmosfera che è stata profondamente modificata dalla presenza di vita organica sviluppatasi dapprima negli oceani e, in seguito alla formazione dello strato protettivo di ozono, migrata sulla sua superficie. Su Marte, Venere e Mercurio non sono state trovate tracce di vita biologica. 7

8 Un altra caratteristica comune dei pianeti terrestri è l intesa attività geologica, per la Terra tuttora in atto, sviluppatasi sin dalla loro formazione. Questo ha prodotto effetti non solo sulla superficie, ma anche sulla loro struttura interna differenziando i quattro pianeti (come è possibile verificare dalla struttura dei loro campi magnetici). All inizio era predominante l effetto degli impatti degli asteroidi determinando la creazione di enormi crateri del diametro di centinaia di km. In seguito il decadimento degli elementi radioattivi di lungo periodo (uranio e torio ad esempio) ha portato ad una emissione di calore sotto forma di attività vulcanica con risalita di magma caldo dall interno del pianeta. Questi fenomeni hanno rimodellato la superficie dei pianeti e modificato la loro atmosfera. La fascia degli asteroidi I pianeti esterni sono separati, da quelli interni, dalla fascia degli asteroidi, frammenti di roccia con diametri che variano da alcune migliaia di km a pochi km e sono disposti tra 2,2 e 3,4 U.A. La scoperta dei primi asteroidi risale all inizio del 1800 quando gli astronomi erano alla ricerca del pianeta mancante (in base alla legge di Titius-Bode) tra Marte e Giove. I maggiori sono, in ordine di scoperta, Cerere, Pallade, Giunone e Vesta. Sino ad oggi sono stati scoperti migliaia di oggetti con dimensioni superiori al km. Un piccolo numero di questi è posto tra l orbita di Marte e quella di Giove e costituiscono la classe dei Troiani. Altri pianetini hanno orbite fortemente ellittiche che intersecano l orbita terrestre e i cui prototipi sono Apollo e Amor. La loro classificazione si basa sulla composizione chimica della superficie, e sull albedo (riflessione della luce solare). La loro origine è ancora controversa, ma non è del tutto errato considerarli come relitti della condensazione nella nube primordiale che non hanno dato origine a pianeti veri e propri, causa le forti perturbazioni gravitazionali di Giove I pianeti esterni o pianeti giganti I quattro pianeti esterni (Giove, Saturno, Urano e Nettuno) contengono, escluso il Sole, il 99 % del materiale del Sistema solare e sono posti a grande distanza, da 5 a 30 U.A. Mentre Giove e Saturno, dato il loro splendore, erano noti sin dall antichità, Urano e Nettuno sono stati scoperti più recentemente: Urano da Herschel nel 1781 e Nettuno da Le Verrier nel Sono degli sferoidi di gas d idrogeno ed elio con miscugli di metano, ammoniaca, acqua e hanno piccole densità, tra 0,7 e 2,3 volte la densità dell acqua. Nei pianeti giganti manca una distinzione tra interno ed 8

9 atmosfera per cui la loro caratteristica più rimarchevole è l assenza di una superficie solida. Nonostante le apparenze Giove e Saturno differiscono da Urano e Nettuno. Questi ultimi sono più poveri di idrogeno ed elio ed i loro nuclei sono costituiti principalmente da ghiaccio, mentre Giove e Saturno hanno, probabilmente, un nucleo costituito da metalli, silicati ed acqua. In particolare, nell interno di Giove e Saturno, l idrogeno si è condensato, alle maggiori profondità, in idrogeno liquido. Tre dei pianeti esterni irradiano più calore di quanto ne ricevano dal Sole. Curiosamente solo Urano non presenta questo eccesso di calore ed ha una rotazione retrograda. Rispetto ai pianeti interni dispongono di un gran numero di satelliti con caratteristiche molto particolari e dotati di superficie solida. Alcuni di questi satelliti hanno dimensioni e masse maggiori di Mercurio e della Luna. La fascia esterna del Sistema solare Nella parte più esterna del Sistema solare si trova Plutone con il suo satellite Caronte, grande la metà del pianeta principale. Plutone ha una sottile atmosfera di gas metano e, come il suo satellite, è probabilmente costituito di ghiaccio e metano. Le comete, anch esse composte principalmente da ghiaccio, orbitano ai limiti del Sistema solare, intrappolate dal campo gravitazionale del Sole. 9

10 I CORPI DEL SISTEMA SOLARE Il Sole è il padrone incontrastato del Sistema solare: da solo contiene più del 99% della massa ed il suo raggio è di circa chilometri. Come tutte le stelle, il Sole è costituito da gas di idrogeno ed elio in equilibrio idrostatico. La temperatura nel suo centro è di circa di gradi, e quella superficiale è di circa gradi. E attivo da circa 5 miliardi d anni e continuerà a vivere almeno per altrettanto tempo. Trae la sua energia dalle fusioni nucleari che avvengono nel suo interno. Mercurio è il pianeta più vicino al Sole e l ottavo in ordine di grandezza. Conosciuto sin dal tempo dei Sumeri (terzo millennio a.c.), il suo nome, tratto dalla mitologia greca, deriva da quello del messaggero degli dei, probabilmente a causa della sua rapidità di moto nel cielo. Per i romani era invece il dio del commercio e il protettore dei ladri. Risulta a volte visibile ad occhio nudo, anche se è difficilmente osservabile in quanto sempre troppo vicino al Sole, la magnitudine apparente al massimo dello splendore è di -1. La magnitudine indica la luminosità di una stella vista dalla Terra misurata in una scala standard (logaritmica, secondo la sensibilità dell occhio umano), quanto più debole è la luminosità di una stella, tanto maggiore è la sua magnitudine. Per esempio una stella di magnitudine 1 è 2,5 volte meno splendente di una di magnitudine 0; 2,5 2 =6 volte meno luminosa di una di magnitudine -1; 2,5 3 =15 volte meno luminosa di una di magnitudine -2 e così via... Poiché le stelle si trovano a diverse distanze da noi e oggetti ugualmente luminosi ci appaiono tanto meno splendenti quanto più sono lontani, la magnitudine da sola non può dirci nulla riguardo alla reale emissione di una stella. 10

11 Torniamo a Mercurio, si tratta di un pianeta poco più grande della Luna, con un raggio di km, senza atmosfera e con tanti crateri. La temperatura sulla sua superficie, nella parte esposta al Sole, raggiunge i 465 gradi centigradi, mentre nella parte al buio scende a 200 gradi sotto zero. Il pianeta è situato alla distanza di 0,39 U.A., compie un giro attorno al Sole in 88 giorni terrestri viaggiando alla velocità di 50 km/s; il più veloce di tutti i pianeti. Sino al 1962 si credeva che il giorno di Mercurio avesse la stessa durata del suo anno, cioè che la rotazione attorno al proprio asse fosse sincrona con il suo moto orbitale. Nel 1965, misure effettuate con il radar hanno rivelato che Mercurio ruota attorno al proprio asse, pressoché perpendicolare al piano orbitale, con un periodo di 59 giorni circa. Compie tre rotazioni su se stesso ogni due rivoluzioni. Se uno volesse rimanere un giorno intero su Mercurio dovrebbe starci 176 giorni terrestri. Una sola navicella spaziale, il Mariner 10 lo ha sorvolato tre volte tra il 1973 ed il 1974 esplorando solo il 45% della sua superficie. Una nuova missione, la sonda Messenger, è già stata lanciata nell agosto del 2004 e si prevede che entrerà in orbita attorno a Mercurio nel 2008 e inizierà la sua missione scientifica nel Venere è il secondo pianeta dal Sole e il sesto in grandezza con un raggio di km. La magnitudine apparente di Venere al massimo del suo splendore è -4,2 rendendolo così l astro più splendente, esclusi il Sole e la Luna, e l unico che sia visibile anche di giorno (purché se ne conosca molto bene la posizione). Mercurio e Venere sono gli unici pianeti del Sistema solare che non hanno satelliti. Dista 0,72 U.A. dal Sole e percorre un orbita intorno ad esso in 0,6 anni, cioè 225 giorni, alla velocità orbitale di 35,3 km/sec. L orbita di Venere è quasi circolare con una eccentricità minore dell 1%. Dal momento che si tratta di un pianeta interno, Venere 11

12 presenta delle fasi analoghe a quelle lunari. Ruota molto lentamente su sé stesso in 243 giorni e, a differenza della maggior parte degli altri pianeti, in senso orario cioè retrogrado. Sulla superficie di Venere quindi il Sole sorge ad Ovest e tramonta ad Est. La prima sonda a visitare Venere fu il Mariner 2 nel 1962, seguito da diverse altre missioni nei decenni seguenti. Recentemente la sonda Magellano ha prodotto mappe dettagliate, usando tecniche radar, della sua superficie con una risoluzione di 300 metri. Se la Terra avesse un gemello, sarebbe Venere; infatti massa, dimensione, composizione, distanza dal Sole sono simili, qui però terminano le analogie. Venere è, infatti, un mondo ostile. Nubi giallognole, costitute da acido solforico, lo avvolgono in permanenza. L atmosfera, molto spessa, è priva di vapore acqueo e costituita per il 96% d anidride carbonica. Vaste pianure tormentate da fratture, più di 1600 vulcani inattivi, montagne che occupano quasi tutta la superficie. Al suolo la pressione atmosferica è circa 92 volte quella terrestre (sulla Terra una simile pressione si raggiunge solo a 900 metri sotto il livello del mare). Per effetto serra, per cui i raggi del Sole riflessi dalla superficie del pianeta vengono intrappolati dalla spessa atmosfera anziché dispersi nello spazio, la temperatura è costante e sempre superiore ai 400 gradi centigradi; a questa temperatura metalli come piombo e stagno fonderebbero. Tutti i nomi dei crateri, strutture vulcaniche, ecc. del pianeta sono stati dedicati a personaggi femminili.... La Terra è il terzo pianeta in ordine di distanza dal Sole e il quinto come dimensioni. Ha un raggio di km e viaggia nel Sistema solare, attorno al Sole, ad una velocità di 29,8 km/s in 365,256 giorni. Soltanto dal XVI secolo, con Copernico, si è cominciato ad accettare che la Terra, da un punto di vista astronomico, fosse un pianeta come tutti gli altri. In particolare essa, accanto ad evidenti differenze, mostra molte analogie 12

13 con gli altri pianeti cosiddetti interni o terrestri e cioè Mercurio, Venere e Marte. La Terra però è geologicamente attiva e questo si manifesta con la tettonica a zolle e quindi con la presenza di numerosi crateri vulcanici, caratteristica questa non comune nel Sistema solare. Il nucleo terrestre è in parte fluido e composto principalmente da ferro, ruota e la sua rotazione genera il campo magnetico della Terra secondo un meccanismo, detto effetto dinamo, che consente la trasformazione dell energia di rotazione in energia magnetica. La possibilità di osservare la Terra dall alto tramite i satelliti artificiali ne ha permesso un monitoraggio continuo e completo. Le previsioni meteorologiche e lo studio del clima globale sono quindi diventati sempre più precisi e permettono un controllo continuo delle condizioni di mantenimento della vita sul nostro pianeta. Il 70% della sua superficie è coperta d acqua: questo spiega perché dallo spazio la Terra appaia di un colore blu intenso sfumato d azzurro. La Terra è l unico pianeta conosciuto in cui si sia sviluppata la vita, non a caso infatti sono tante le condizioni che ne hanno permesso l insorgere e favorito lo sviluppo. La giusta distanza dal Sole è una di queste, permette, infatti, che la sua temperatura media sia di 8 gradi centigradi né troppo alta né troppo bassa. L atmosfera, che contiene ossigeno, protegge dall eccesso di radiazioni solari, ma consente il passaggio della luce. L acqua è presente allo stato liquido in superficie. Il periodo di rotazione ha una durata ottimale e l inclinazione dell asse di rotazione terrestre permette l alternarsi delle stagioni. La vita in tutte le sue espressioni si è evoluta sulla Terra a partire da 3,5 miliardi di anni fa. È, sino ad oggi, l unico pianeta nel Sistema solare in cui sappiamo che si è sviluppata e mantenuta secondo caratteristiche straordinarie, ma legate alla fragilità del nostro ambiente. 13

14 La Luna è l unico satellite naturale della Terra e il corpo celeste ad essa più vicino. Venne chiamato Luna dai romani, Selene dai greci e con innumerevoli altri nomi nelle mitologie di altri popoli. È nota sin dai tempi preistorici in quanto risulta il secondo oggetto per luminosità dopo il Sole e quindi ben visibile in cielo. Ha un raggio di km e una distanza media dalla Terra di km. La sua massa è 81,3 volte inferiore a quella terrestre e la gravità sei volte più piccola. Tutte queste caratteristiche, dalle quali deriva una bassa velocità di fuga (2,4 km/sec contro gli 11 km/s della Terra), fanno della Luna il corpo celeste ideale per l osservazione, sia dallo spazio che sulla superficie. L allunaggio, per via della gravità inferiore, è più semplice e la ripartenza richiede meno energia che sulla Terra. Per la prima volta sulla Luna atterrò il veicolo spaziale sovietico Luna 2 nel È l unico corpo celeste su cui sia sceso l uomo per la prima volta il 20 luglio 1969 con la missione Apollo XI, lasciando per la prima volta la sua impronta nello spazio interplanetario.... Marte è il settimo pianeta per grandezza e il quarto dal Sole con una distanza media di 1,52 U.A. e compie una intera rivoluzione intorno ad esso in 1,88 anni alla velocità di 24,13 km/sec. Ha un orbita discretamente eccentrica (e=0,093) ed una magnitudine apparente media di -2. È comunemente chiamato il pianeta rosso a causa della colorazione che le particelle di polvere in sospensione forniscono alla sua atmosfera. Il colore rossastro è dovuto alla superficie ricca di ferro (tre volte più della Terra). Marte è più piccolo della Terra, ha un raggio di km, la metà circa di quello terrestre, e la sua superficie eguaglia quella delle terre emerse del nostro pianeta. L emisfero meridionale presenta crateri d impatto simili a quelli della Luna, mentre l emisfero settentrionale presenta pianure molto più giovani e con una storia geologica molto più complessa. Data l atmosfera rarefatta, l osservazione del suolo di Marte è stata abbastanza agevole anche con telescopi e cannocchiali non molto sofisticati, ma limitata dal loro scarso potere risolutivo. Prima dell inizio 14

15 dell era dell esplorazione spaziale Marte era ritenuto il miglior candidato per lo sviluppo di vita extraterrestre. Diversi astronomi, tra cui Schiaparelli nel 1877, ritennero che le linee rette che si distinguevano sulla sua superficie fossero canali artificiali costruiti da una civiltà marziana. Un altra ragione che portava a ipotizzare lo sviluppo di vita su Marte era conseguente all osservazione di variazioni stagionali nel colore della sua superficie che venivano interpretati come una fioritura della vegetazione di Marte durante i mesi più caldi. In seguito si capì che i dettagli che si notavano su Marte altro non erano che artefatti visivi dovuti alla scarsa risoluzione degli strumenti ottici impiegati. Dall inizio dell esplorazione spaziale è stato visitato da oltre 32 sonde, più della metà fallite. La prima sonda che visitò Marte fu il Mariner 4 nel Le prime storiche immagini mandate a Terra dal Mariner 4 rivelarono una superficie contenente molti crateri, ma senza alcuna traccia né di vegetazione né di altre strutture di carattere artificiale. Molte altre missioni seguirono il Mariner 4, sino ad arrivare alle due sonde Viking, che atterrarono su di esso nel 1976, e alla missione Pathfinder del luglio L ipotesi di vita biologica presente sul pianeta rosso venne esclusa dagli esperimenti condotti dai laboratori biologici condotti dai Viking Lander 1 e 2. In questi ultimi anni le nostre conoscenze sul pianeta sono cresciute enormemente. Si è stabilito che le regioni polari sono rivestite da calotte ghiacciate che cambiano aspetto al variare delle stagioni marziane. Spesso tempeste di sabbia avvolgono il pianeta con risultati drammatici. Dune gigantesche, vento sino a 200 chilometri l ora e strutture sagomate dal vento. Su Marte si trova il monte più alto dell intero Sistema solare, il monte Olimpo, alto 26 chilometri e largo 600 chilometri, un antico vulcano ora spento. Il sistema geologico più imponente è quello della valle Marineris che si estende su quasi mezzo pianeta. Spettacolari sono le missioni spaziali tuttora in corso, Mars Global Surveyor, Mars Exploration Rover, Mars Odyssey e Mars Reconnaissance Orbiter, che hanno riempito in questi ultimi anni le pagine dei giornali. I due rover Spirit e Opportunity hanno esplorato la 15

16 Mercurio Venere Terra Marte diametro (Terra=1) 0,4 0,9 1 0,5 diametro (km) 4,879 12,103 12,756 6,794 massa (Terra=1) 0,055 0, ,107 Distanza media dal Sole (U.A.) Periodo orbitale (anni terrestri) 0,387 0, ,5 0,2 0,6 1 2 Eccentricità dell orbita** 0,2056 0,0068 0,0167 0,0934 Velocità media orbitale (km/sec) Periodo di rotazione (in giorni terrestri) Inclinazione dell asse (gradi) Temperatura superficiale media (C) Gravità all equatore (Terra=1) ,65-243* 1 1, ,4 23,45 23,98-200/ /58-82/20 0, ,38 Velocità di fuga (km/sec) 4,25 10,36 11,18 5,02 Densità media (acqua=1) 5,43 5,24 5,52 3,93 Composizione atmosferica assente Anidride carbonica, Azoto Azoto, Ossigeno, Argo Anidride Carboni Azoto, Argo Numero di lune Anelli no no no No * Il valore negativo nel periodo di rotazione indica che il pianeta ruota nella direzione opposta a quella di rivoluzione. 16

17 Giove Saturno Urano Nettuno Plutone ,2 142, ,536 51,118 55,528 2, , ,48 17,2 0, ,54 19,19 30,07 39, ,0483 0,056 0,0461 0,0097 0, ,41 0,44-0,72* 0,72-6,38* 3,08 26,73 97,92 28, , ,34 1,16 1,15 1,19 0,066 59,54 35,49 21,29 23,71 1,27 1,33 0,69 1,24 1,76 1,1 ca, Idrogeno, Elio Idrogeno, Elio Idrogeno, Elio Idrogeno, Elio Metano si si si si no ** L eccentricità (e) è un numero che indica l ellitticità di un orbita. Per e=0 l orbita è circolare. 17

18 superficie di Marte analizzando le rocce della sua superficie e avvalorando l ipotesi che nel lontano passato fosse presente dell acqua allo stato liquido, formando fiumi e laghi abbastanza estesi. Si è ipotizzato che quattro miliardi d anni fa la temperatura del pianeta crebbe bruscamente provocando la più catastrofica inondazione dell intero Sistema solare, creando grandi canyon che ancora solcano la superficie. Sebbene sia un pianeta piuttosto freddo (le temperature sono comprese tra -80 e -30 gradi centigradi) e secco, può essere certamente abitato in futuro. Si parla già di possibili missioni spaziali con equipaggio umano nei prossimi due decenni.... Giove è il quinto pianeta dal Sole e il primo per grandezza, dista 5,20 U.A. dal Sole e impiega quasi 12 anni per compiere una intera rivoluzione alla velocità media di 13,06 km/sec. Ha un raggio di km e quindi è grande quasi undici volte la Terra. Giove racchiude il 75% della massa planetaria del Sistema solare e con esso si potrebbero costruire circa 320 altri pianeti delle dimensioni della Terra. Dal momento che la sua densità è quattro volte inferiore a quella della Terra se ne conclude che deve essere composto principalmente di elementi leggeri, idrogeno e elio, e quindi risulta più simile chimicamente al Sole che alla Terra. Se Giove avesse avuto una massa circa 40 volte maggiore, sarebbe stato capace di innescare un processo di fusione nucleare e diventare una stella. Il marcato schiacciamento di Giove ai poli è segno evidente che si tratta di un corpo non rigido in rapida rotazione di 9 ore e 50 minuti per la zona equatoriale e 9 ore e 55 minuti a latitudini più elevate. Giove ha una magnitudine apparente al massimo di -2,6 e quindi risulta ben visibile ad occhio nudo. Giove è stato visitato da diverse sonde automatiche. Nel 1973 e 1974 è stato avvicinato dai Pioneer 10 e 11, mentre nel 1979 è stata la volta delle due sonde Voyager. Nel 1995 la sonda Galileo è entrata in orbita attorno ad esso e ha studiato nei minimi dettagli sia il pianeta sia i suoi satelliti maggiori, concludendo la sua missione nel Nel finire del 2000 Giove ha offerto l assist gravitazionale alla sonda Cassini, diretta verso Saturno; la sonda non ha perso l occasione di puntare le sue camere sul pianeta producendo immagini di ottima risoluzione. La formazione più appariscente visibile in superficie è la Grande Macchia Rossa. Essa ha un diametro di chilometri, due volte quello terrestre. Si pensa che sia un gigantesco uragano che dura da almeno trecento anni. Giove con le sue tante lune e diversi anelli costituisce un piccolo Sistema solare. Quando Galileo rivolse il suo cannocchiale verso Giove vide anche quattro piccole stelle che lo accompagnavano, allineate lungo l eclittica e che oscillavano a destra e a sinistra seguendolo nel suo moto attraverso il cielo. Diversi altri osservatori, tra cui Keplero, confermarono 18

19 la scoperta e ne dedussero, come aveva fatto Galileo, che i nuovi astri si rivolvono attorno a Giove così come la Luna fa attorno alla Terra ed i pianeti attorno al Sole. Galileo dedicò i nuovi astri alla famiglia dei Medici, chiamandoli astri medicei. Essi furono poi battezzati con i nomi di Io, Europa, Ganimede e Callisto. Verso il 1665 Cassini studiò con accuratezza i loro movimenti e predisse i tempi delle loro eclissi. I loro diametri vennero stimati alla fine dell ottocento pari a 3.800, 3500, e km, abbastanza vicini ai valori reali di 3.630, 3.139, e km misurati dai Voyager. Prima dell arrivo dei Voyager, si riteneva che i satelliti galileiani fossero freddi mondi inerti con superfici craterizzate dall impatto di un gran numero di oggetti nelle prime fasi di vita del Sistema solare. Numerose furono le sorprese rivelate dai Voyager nell osservazione di Io, Callisto, Europa e Ganimede. Io è senza dubbio il più spettacolare tra tutti i satelliti del Sistema solare. Ha un vivace colore arancione e non presenta crateri. Si può quindi dedurne che si è formato dopo il periodo di bombardamento meteoritico che ha caratterizzato il Sistema solare nelle prime epoche della sua formazione. La sua superficie però è disseminata di vulcani attivi, caratteristica che ha in comune solo con la Terra. Europa è un satellite di colore biancastro senza vulcani né crateri ben evidenti e il suo aspetto richiama quello di un oceano artico con la superficie composta da ghiaccio solcato da linee simili ai presunti canali marziani. È un satellite liscio quasi come una palla di biliardo e si suppone rivestito da una crosta di ghiaccio profonda un centinaio di km sovrastante una fanghiglia di acqua e ghiaccio e un nucleo roccioso, il cui raggio misura km. In particolare la superficie presenta sotto di sé uno strato di acqua liquida della profondità di forse 50 km. 19

20 Saturno dista 9,54 U.A. dal Sole e percorre un intera orbita intorno ad esso in circa 29,5 anni alla velocità di 9,64 km/sec, ruotando su stesso in poco più di 10 ore, e ha un raggio di km. È il più esterno dei pianeti visibili ad occhio nudo presentando una magnitudine apparente al massimo della luminosità pari a +0,7. Come Giove la sua rapida rotazione ne fa un pianeta con un forte schiacciamento polare. È il pianeta con la più bassa densità, 0,69 volte quella dell acqua, per cui in mare potrebbe galleggiare. Nella parte esterna e equatoriale della sua atmosfera, i venti raggiungono la velocità di 550 metri al secondo (sulla Terra la velocità massima del vento in un uragano devastante è di 110 metri al secondo). Il pianeta è caratterizzato da un sistema di anelli che ne fanno il più spettacolare tra i pianeti del Sistema solare. I suoi anelli sono formati da particelle di varie dimensioni ruotanti attorno al pianeta in orbite circolari indipendenti. Gli anelli di Saturno si estendono per chilometri, ma hanno uno spessore di solo 100 metri (meno di un campo di calcio). Rispetto a quella del pianeta la loro massa è trascurabile. Probabilmente gli anelli si sono formati in seguito allo scontro di un satellite abbastanza grande con un asteroide o una cometa. È stato visitato dal Pioneer 2 nel 1979 e nel 1980 e 1981 dai Voyager 1 e 2, che hanno ripreso delle immagini con una risoluzione fino a 100 km; 50 volte migliori di quelle che si possono ottenere da Terra. La sonda Cassini è ancora in orbita attorno a Saturno e il suo modulo Huygens è atterrato sul suo principale satellite Titano, uno dei pochi satelliti del Sistema solare con una atmosfera, fornendoci nel gennaio 2005 spettacolari e uniche immagini della sua superficie. Saturno è circondato da un gran numero di satelliti. Sino ad oggi se ne conoscono 18 ma è probabile che ve ne siano altri nascosti tra le suddivisioni degli anelli. Tutti i satelliti, escluso Phoebe, ruotano intorno a Saturno volgendogli sempre la stessa faccia. 20

21 Urano nella mitologia greca era la prima e suprema divinità: padre di Saturno, dei Ciclopi e dei Titani. Urano è il primo dei pianeti del Sistema solare non ancora noti agli antichi, ha infatti una magnitudine apparente (al massimo della luminosità) pari a +5,5, al limite della visibilità ad occhio nudo. Non era noto storicamente, infatti fu scoperto nel 1781 da William Herschel. È il settimo pianeta per distanza dal Sole e il terzo in grandezza con un raggio di km. Alla distanza di 19 U.A., il pianeta appare come un dischetto di 4 (secondi di arco). Urano impiega 84 anni per compiere una rivoluzione attorno al Sole percorrendo l orbita ad una velocità di 6,8 km/s. Mentre la maggior parte dei pianeti del Sistema solare ha l asse di rotazione quasi perpendicolare all eclittica, Urano invece lo ha quasi parallelo e per questo il Sole è visibile da uno stesso polo per 42 anni terrestri. Se i pianeti ruotano intorno al Sole si può ben dire che Urano rotola attorno al Sole. Forse quest anomala inclinazione dell asse di rotazione è dovuta ad una collisione con un corpo di massa simile a quella della Terra. Osservato da Terra il pianeta appare come un disco verdastro in cui si distinguono striature simili alla strutture a bande di Giove. Nel 1977 osservazioni basate sull occultazione di stelle da parte del pianeta mostrarono che possedeva un sistema di anelli simile a quello di Saturno. Sono 11, molto scuri e che non si possono vedere dalla Terra. L unica sonda spaziale che lo ha avvicinato è stata la Voyager 2 nel gennaio 1986, dopo aver visitato Giove e Saturno. Anch esso ha un gran numero di satelliti, tra cui il principale è Titania. 21

22 Nettuno è l ottavo pianeta dal Sole e il quarto per grandezza con un raggi di km. Si trova ad una distanza dal Sole di 30,06 U.A. e impiega circa 165 anni per compiere un orbita intorno ad esso, ad una velocità di 5,43 km/s. Il suo nome venne associato a quello, nella mitologia romana, del dio del mare. La scoperta di Nettuno fu uno dei maggiori successi della meccanica celeste. Dopo avere trovato Urano si andò a determinare la sua orbita scoprendo, nel 1830, una differenza tra le previsioni e la posizione vera di 20 (secondi d arco) circa. La posizione di un pianeta nella sua orbita non dipende solo dall attrazione gravitazionale del Sole, ma anche dall azione combinata degli altri pianeti. Per identificare il corpo celeste che produceva la perturbazione sull orbita di Urano occorreva predirne la posizione in cielo. Adams a Cambridge e Le Verrier a Parigi eseguirono i complessi calcoli di meccanica celeste per determinare la posizione del nuovo pianeta utilizzando le posizioni note di Giove, Saturno ed Urano. La sera del 23 settembre 1846 l astronomo Galle notò la presenza di un astro relativamente brillante dove la carta del cielo non riportava nulla. La posizione vera del nuovo pianeta risultava distare solo 55 (primi) dalla posizione indicata da Le Verrier e di circa il doppio da quella indicata da Adams. Nettuno, se osservato con un telescopio, ha l aspetto di un piccolo disco bluastro. Dal momento che la sua luminosità al massimo corrisponde ad una magnitudine apparente di +7,85, è completamente invisibile ad occhio nudo. Il suo disco apparente è di 2,4 (secondi d arco). L unica sonda spaziale che lo ha visitato è stata la Voyager 2 nel Dal 1979 al 1999 Nettuno è stato il pianeta del Sistema solare più distante dal Sole. Dalle immagini delle sonde Voyager del 1989, si sono evidenziate sulla superficie di Nettuno una Grande Macchia Nera, e una seconda macchia più piccola. La sonda ha potuto individuare numerose altre strutture nell atmosfera del pianeta. Violente tempeste, cicloni quasi permanenti e lunghe catene di nubi bianche, simili a cirri giganteschi. Ha quasi una decina di satelliti e il più grande è Tritone. 22

23 Plutone è il più lontano dei pianeti del Sistema solare. Alla fine dell ottocento P. Lowell pose mano al problema delle residue perturbazioni dell orbita di Nettuno e nel 1915 dedusse la presenza di un pianeta di massa uguale a 6,5 masse terrestri ad una distanza di 42 U.A. nella costellazione dei gemelli. Lowell morì nel 1916 senza trovare il nuovo pianeta. Tombaugh nel 1930, nel momento in cui la costellazione dei Gemelli era in opposizione al Sole, trovò il nuovo pianeta assai vicino alla posizione definita da Lowell e gli diede il nome di Plutone. Dal momento però che la massa del pianeta era troppo piccola rispetto a quella prevista, rimase per molto tempo il dubbio che si trattasse veramente del pianeta di Lowell. Nel frattempo l accumularsi dei dati sulle posizioni di Urano e Nettuno permise di ridurre il numero delle perturbazioni di cui rendere conto, per cui il valore della massa di Plutone si ridusse quindi a meno della massa della Terra. La scoperta poi di un satellite di Plutone permise una più corretta valutazione della massa riducendone ulteriormente il valore a 0,0026 masse terrestri. Il fatto curioso è che la massa così ricavata non avrebbe potuto in alcun modo influenzare le orbite di Urano e Nettuno per cui risultò incomprensibile come mai Plutone fosse stato trovato nel punto previsto da Lowell. Plutone si trova ad una distanza dal Sole di 39,5 U.A. e impiega circa 248 anni per compiere una rivoluzione attorno al Sole ad una velocità di 4,74 km/sec. Plutone è il più piccolo dei pianeti, con un raggio di soli km. Nel 1978 è stato scoperto un suo satellite Caronte, che ha dimensioni ragguardevoli, raggio di 595 km, rispetto a quelle del pianeta. Per questo motivo il sistema Plutone- Caronte viene considerato come un prototipo di pianeta doppio in cui due corpi ruotano attorno ad un baricentro comune in modo analogo al sistema Terra-Luna. Plutone può forse essere considerato l esempio più grande di una nuova classe d oggetti denominati Plutini, che girano attorno al Sole su orbite esterne a Nettuno. Sono pianeti di ghiaccio con dimensioni di poco più chilometri di diametro, si pensa che siano migliaia. La missione New Horizons è la prima dedicata all esplorazione di Plutone e degli altri corpi celesti ai confini del Sistema solare e partirà nel 2006, raggiungendo il pianeta nel

24 Gli Asteroidi hanno una composizione chimica che è ancora praticamente quella delle prime fasi della nascita del Sistema solare. Essi non hanno infatti subito, nel tempo, quelle modificazioni chimiche e geologiche conseguenti alla aggregazione delle masse dei pianeti interni ed esterni. Gli asteroidi (o pianetini) sono corpi rocciosi abbastanza piccoli compresi in una zona chiamata fascia degli asteroidi tra le orbite di Marte e Giove. Il primo asteroide, Cerere, fu scoperto dall abate Piazzi nel 1801 a questa scoperta seguirono quelle di Pallade (1802), Giunone e Vesta nel Oggi si conoscono diverse migliaia di asteroidi e di circa è stata determinata l orbita. Solo una mezza dozzina hanno un diametro superiore ai 300 km, mentre i più piccoli hanno dimensioni di qualche chilometro. Si ritiene che la massa complessiva dei pianetini tra Marte e Giove sia inferiore a quella della Luna. Le loro orbite intorno al Sole hanno le eccentricità più disparate: da quasi circolari a fortemente ellittiche. Alcuni hanno orbite anomale; ad esempio quella di Icaro è particolare in quanto penetra addirittura nell orbita di Mercurio. Due gruppi di asteroidi, i Troiani, si trovano nell orbita di Giove. Un gruppo precede il pianeta gigante in una posizione tale da formare con Giove e il Sole i tre vertici di un triangolo equilatero; una situazione di equilibrio prevista dalla Meccanica Celeste. Per quanto riguarda l ipotesi della formazione dei pianetini si suppone che si tratti di materiale originario che non è riuscito ad agglomerarsi in un pianeta. Di conseguenza la mancanza di azione aggregante da parte della gravità ha determinato la tipica forma irregolare di questi corpi celesti. In questi ultimi anni la ricerca astronomica ha inoltre mostrato come una parte cospicua di questi oggetti sia situata anche in un altra fascia oltre l orbita di Nettuno: essi vengono detti transnettuniani. Le Comete sono i più spettacolari dei corpi minori del Sistema solare. Sono di piccola massa e gravitano intorno al Sole su orbite di grande eccentricità. Ad oggi ne sono state osservate e catalogate diverse centinaia. Le comete si classificano in base al tipo di orbita. Vi sono periodiche con orbite ellittiche e breve periodo di rivoluzione (minore di 100 anni). Queste sono abbastanza frequenti e ritornano ad apparire nel Sistema solare. La cometa Encke è quella a più breve periodo (circa 3,3 anni) infatti ne sono stati osservati ben 46 passaggi. Si osservano anche comete a lungo periodo con periodi di rivoluzione compresi tra 100 ed 1 milione di anni e orbite quasi paraboliche. Infine ci sono comete con orbite iperboliche che, una volta comparse, si allontanano dal Sistema solare senza farvi più ritorno. Le comete con il loro apparire improvviso e l irregolarità e bizzarria dei loro moti anche fuori della fascia zodiacale 24

25 percorsa dai pianeti, con le loro strane chiome variabili da una notte all altra per forma, splendore e lunghezza confondevano completamente gli osservatori. Essi non capivano se le comete erano oggetti astronomici o fenomeni temporanei dell atmosfera, magari puramente ottici. Gli antichi inoltre avevano una pessima opinione delle comete. Le loro apparizioni, in quanto non previste, erano presagio di avvenimenti luttuosi o addirittura la causa stessa del disastro. Infatti l etimologia della parola stessa disastro deriva dalla parola greca dis=cattivo aster=astro. Una cometa apparsa dopo l uccisione di Cesare fu considerata come la dimostrazione della sua apoteosi; un altra seguita dalla peste a Costantinopoli (che causò la morte di persone) ne fu considerata la causa diretta. Le cronache del Medioevo tramandano un elenco di comete che vennero associate alla morte di altrettanti re, catastrofi naturali o, perlomeno, eventi fuori dell ordinario. Molte di queste comete altro non erano che l apparizione periodica della cometa di Halley. Soltanto con Newton e Halley le comete tornarono ad occupare il ruolo loro spettante tra i corpi celesti del Sistema solare: oggetti che compiono rivoluzioni attorno al Sole seguendo le leggi di Keplero. 25

26 DOMANDE E RISPOSTE 1. Giove e Saturno sono pianeti gassosi: sarebbe possibile attraversarli in volo? No, non è possibile attraversare un pianeta gassoso. Questo perché il gas ha una pressione altissima, tanto che andando verso l interno diventa liquido, e qualunque uomo o navicella spaziale che vi si trovi in mezzo sarebbe schiacciata e distrutta. Nelle regioni più interne si pensa che sia presente un nucleo solido. Giove è composto da un enorme corpo di idrogeno liquido. A grandi profondità nel suo interno, infatti, la pressione è così elevata che gli atomi di idrogeno si spezzano in elettroni e protoni e il gas assume lo stato di metallo fluido. Questo è possibile solo a pressioni superiori a 4 milioni di volte il peso dell atmosfera terrestre su di noi, come quelle che si trovano all interno del pianeta. Tale peso è di gran lunga superiore a quello esercitato dalle presse più potenti che abbiamo ed è molto peggio che avere sulla testa molte montagne. Al centro c è probabilmente un nucleo solido di ferro e silicati, pesante circa 15 volte il peso della Terra. Il tutto è circondato da una densa atmosfera di idrogeno, che costituisce gran parte del pianeta; essa è composta prevalentemente di idrogeno ed elio, con tracce di ammoniaca, metano e vapor d acqua. La conoscenza dell interno di Giove, come per tutti gli altri pianeti gassosi, è impossibile, e quel poco che sappiamo deriva per lo più da evidenze indirette. Il pianeta è composto per 3/4 della sua massa di idrogeno, per circa 1/4 di elio, con piccole tracce di altri elementi. Questa composizione, come quella di Saturno, è molto simile alla composizione della nube primordiale dalla quale si pensa che si sia generato il Sistema Solare. Saturno possiede probabilmente un piccolo nucleo di metallo e roccia, racchiuso in un mantello di idrogeno allo stato liquido. Questo si trova in stato metallico a causa delle altissime pressioni a cui è soggetto. Il tutto è circondato da una densa atmosfera. La composizione chimica del pianeta è simile a quella gioviana: idrogeno (3/4), elio (1/4) con tracce di acqua, metano, ammoniaca e materia rocciosa. Anche Saturno, come Giove, sembra avere una sorgente interna di energia che gli fa emettere circa 2.2 volte più energia di quella che riceve dal Sole. Probabilmente si tratta della lenta contrazione gravitazionale del pianeta, che produce un riscaldamento dello stesso: il suo nucleo ha una temperatura di circa gradi. In comune con Giove ha anche un campo magnetico di polarità inversa rispetto a quello terrestre. 26

27 2. Il Sole sull orizzonte è più alto in estate o in inverno? Ciò che determina le stagioni è proprio l altezza del Sole sull orizzonte, che determina il riscaldamento della Terra. Infatti non è vero, come alcuni credono, che quando da noi è inverno il Sole si trova più lontano, anzi è proprio il contrario. Il Sole ogni giorno sorge a est, percorre un arco nel cielo culminando, cioè toccando il punto più alto della giornata, e tramonta a ovest. Quello che cambia nel corso dell anno è proprio l altezza della culminazione. Questo perché l asse della rotazione della Terra è inclinato rispetto al piano dell orbita terrestre. Nella figura si vede come varia l altezza del Sole durante l anno, in particolare sono riportate le altezze per un osservatore che si trovi a 40 gradi di latitudine. 3. Tutti i pianeti hanno il cielo dello stesso colore? Il colore del cielo dipende dalla composizione e densità dell atmosfera che circonda il pianeta su cui ci troviamo. Lo spazio infatti è di per se nero, poiché la densità di materia diffusa (gas e polvere) è molto bassa e di conseguenza l assenza di colore si spiega con l assenza di materia. Nel caso della Terra, vediamo il cielo azzurro perché l atmosfera terrestre è ricca di molecole di acqua che ne conferiscono il caratteristico colore. Su Marte vedremmo il cielo rosso, in quanto la rarefatta atmosfera marziana è sporcata dalla polvere molto fine di ossido di ferro presente sulla superficie del pianeta. Su Venere il cielo color pesca dipende dalle fitte nubi di ammoniaca, lo stesso dicasi per Titano, il più grande dei satelliti di Saturno, mentre su tutti gli altri corpi rocciosi del Sistema solare il cielo è nero a causa della quasi completa assenza di atmosfera. 4. Perché Urano rotola? Quasi tutti i corpi del Sistema solare ruotano sul proprio asse nello stesso verso con cui rivoluzionano attorno al Sole, questo è dovuto al fatto che i pianeti hanno avuto origine dalla stessa nube di gas e polvere in rotazione che ha generato il Sole. Nel caso di Urano l asse di rotazione è molto inclinato rispetto al piano dell orbita del pianeta, per questo si può dire che Urano rotola. La ragione certa di questa particolarità non è nota, ma si può ipotizzare che la causa sia stata una o più collisioni molto violente con il materiale in caduta verso il centro della nube durante le fasi di formazione. 27

28 5. Hai notato che un giorno venusiano è più lungo di un anno venusiano? Venere è l unico pianeta ad avere il periodo di rotazione sul proprio asse più lungo del periodo di rivoluzione attorno al Sole. In altre parole, su Venere un giorno è più lungo di un anno! 6. Quali pianeti hanno le stagioni? La Terra e... Le stagioni sono dovute la fatto che l asse di rotazione di un pianeta non è perfettamente perpendicolare al piano dell orbita del pianeta stesso. Questo fa sì che i raggi del Sole siano perpendicolari a punti diversi della superficie del pianeta durante il corso dell anno, dando luogo così al susseguirsi delle stagioni. L unico pianeta che, come la Terra, ha le stagioni è Marte. 7. Dov è finita l acqua su Marte? Probabilmente un tempo ci fu acqua allo stato liquido su Marte, come confermato dalle recenti missioni sulla superficie marziana Opportunity e Spirit, ma a causa della minore pressione atmosferica e alla forza di gravità più debole rispetto alla Terra, questa è evaporate ed è andata dispersa nello spazio, spinta dal vento solare. Al giorno d oggi sappiamo che su Marte è presente acqua allo stato solido ai poli, mentre si crede che ci possa essere acqua allo stato liquido intrappolata nel sottosuolo. Uno degli obbiettivi delle attuali missioni sul pianeta rosso è proprio quello di scoprire se e dove si trovano questi giacimenti del prezioso composto. 8. Il Sole ruota? Il Sole ruota sul proprio asse, proprio come tutti gli altri corpi del Sistema solare, essendosi formato dalla stessa nube in rotazione. In realtà la rotazione del Sole è un po complessa. Poiché non si tratta di un corpo solido, il Sole ruota diversamente a seconda della posizione che si considera, più veloce all equatore (un giro in 25 ore) e più lenta ai poli (un giro in 36 ore). 9. Cosa sono le stelle cadenti? Avverano i sogni? Il primo a scoprire cosa fossero le stelle cadenti fu l astronomo milanese Schiaparelli, nella seconda metà dell Ottocento. Egli si accorse che la periodicità del fenomeno corrispondeva all incontro della Terra con l orbita delle comete. Ma vediamo la questione un po più nel dettaglio. Le comete posseggono un orbita fortemente ellittica, quindi nel loro moto di rivoluzione attorno al Sole in certi momenti vengono a trovarsi molto lontane dalla nostra stella e in altri momenti molto vicine. Essendo composte da ghiaccio e polvere, quando sono vicine al Sole pian pianino 28

29 si sciolgono, dando origine alla coda che le caratterizza e, allo stesso tempo, disperdono le polveri. La polvere, costituita in gran parte da granelli di roccia grandi quanto la sabbia, con il passare del tempo si distribuisce uniformemente lungo tutta l orbita della cometa e quando la Terra attraversa questa orbita la polvere cade sul nostro pianeta ed ecco che si verifica il fenomeno delle stelle cadenti: i granelli, che a grande velocità penetrano nell atmosfera terrestre, si incendiano generando le strisce di luce che chiamiamo appunto stelle cadenti, fino a dissolversi del tutto a causa dell attrito con l aria. 10. Le comete sono una riserva d acqua? Le comete sono composte in gran parte da ghiaccio e per questo motivo alcune teorie sulla formazione della Terra ipotizzano che l abbondanza d acqua sul nostro pianeta sia dovuta alla caduta sulla sua superficie di numerose comete in epoche passate. Alla stesso modo, le comete possono essere considerate grandi riserve d acqua, anche se è difficile per non dire impossibile pensare ad un loro utilizzo. 11. Quali sono i pianeti che transitano sul Sole? Perché un pianeta possa transitare sul Sole bisogna che possegga un orbita interna alla Terra, cioè che sia più vicino al Sole di noi, il che rende possibile che il pianeta venga a trovarsi tra noi e il Sole. Quando un pianeta durante il moto di rivoluzione si viene a trovare perfettamente allineato tra la Terra e il Sole, vediamo un puntino (il pianeta appunto) transitare sulla superficie del Sole. Quindi, i pianeti che possono transitare sul Sole sono Mercurio e Venere. Certo che un astronauta che si trovi su Marte potrebbe vedere anche la Terra transitare sul Sole. Questo perché la Terra si trova in un orbita più interna di Marte. 29

30 12. Metteremo mai i piedi su Giove? e sugli anelli di Saturno? e sul Sole? Il Sole, Giove, Saturno hanno una superficie fluida e solo in grande profondità possiedono un nucleo solido. Non è quindi possibile pensare di sbarcare su di loro, però possiamo inviare delle sonde che analizzino la loro superficie dall esterno, fin dove è possibile. Nel caso del Sole poi tutto è reso più difficile dall altissima temperatura e dal forte campo gravitazionale in grado di distruggere qualunque oggetto che si avvicini troppo. 13. Il Sole mangerà la Terra? Le stelle nelle fasi finali della loro evoluzione assumono lo stato di gigante rossa. Quando il Sole diventerà una gigante rossa, esso si gonfierà fino a raggiungere l orbita della Terra. Quindi il nostro pianeta verrà prima surriscaldato e poi mangiato. Naturalmente la stessa sorte toccherà a Mercurio e Venere, che sono più vicini al Sole. Ma niente paura, questo accadrà tra circa 5 miliardi di anni e dato che l uomo è presente sulla Terra solo da 30 mila anni si tratta davvero di tanto tempo! A quell epoca avremo trovato un modo di evitare questa catastrofe o ci saremo già trasferiti su pianeti che ruotano attorno ad altre stelle. 30

31 IL SISTEMA SOLARE E NON SOLO SUL WEB National Aeronautics and Space Administration National Aeronautics and Space Administration per i più piccoli European Space Agency Hubble Space Telescope Album fotografico della NASA INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, Sistema solare system.html INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, Sistema solare per i più piccoli Pagine amatoriali sul Sistema solare, in inglese Pagine amatoriali sul Sistema solare per i più piccoli Exploratorium, Museo della scienza a San Francisco, come costruire un modello in scala del Sistema solare Pagine amatoriali sul Sistema solare, in francese Istituto Nazionale di Astrofisica INAF-Osservatorio Astronomico di Bologna Dipartimento di Astronomia - Università di Bologna 31

32 INAF Osservatorio Astronomico di Bologna Università di Bologna Dipartimento di Astronimia via Ranzani, Bologna tel autreach@bo.astro.it web: