Salve ragazze e ragazzi!

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1 Salve ragazze e ragazzi! Fino ad ora abbiamo affrontato alcune questioni molto importanti del Sistema Solare: Perché si chiama sistema e quale è il vero ruolo del Sole in questo sistema. Quale è la sua vera forma, così come la conosciamo oggi grazie alla osservazione del cielo da Terra e dallo spazio. Quali siano i fattori fondamentali per capire il suo funzionamento : campi gravitazionale e magnetico, emissione di radiazione e di vento solare da parte del Sole. Tenendo ben presente questi punti andiamo a conoscere i vari corpi del Sistema Solare. Partendo dal centro troviamo innanzitutto la fascia più interna, quella dei pianeti. Sempre partendo dal Sole troviamo Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano, Nettuno e Plutone. Fra Marte e Giove abbiamo una prima fascia composta da migliaia di asteroidi che, come sappiamo, sono piccoli corpi rocciosi, delle dimensioni, al massimo, di qualche chilometro. Nella tabella che segue sono riassunte le caratteristiche principali dei 9 pianeti. 19

2 Pianeta Distanza dal Sole (UA) Diametro (km) Massa (kg) Periodo di rivoluzione (in anni terrestri) Periodo di rotazione (d=giorni terrestri) Satelliti Composizione atmosferica Mercurio Venere 0, ,3 * , d 0 Non ha atmosfera 0, ,9* , d 0 Anidride carbonica, azoto Terra Marte 1, ,0* ,00 23 h 56 m 04s 1, ,4* ,88 24 h 37 m 22.6 sec 1 Azoto, ossigeno, argo 2 Anidride carbonica, azoto, argo Giove 5, ,9* ,87 9 h 50m 30 s Saturno 9, ,7* ,46 10 h 13 m 59 s 17 h 14 m Idrogeno, elio 18 Idrogeno, elio Urano Nettuno 19, ,7* ,01 17 h 14 m 20 Idrogeno, elio, metano 30, ,0* ,79 16 h 3 m 7 Idrogeno, elio, metano Plutone 39, ,3* ,70 6 d 9h 21m 1 Azoto, metano, monossido di carbonio 20

3 Come vediamo poi dalla tabella per ogni pianeta l anno è ben definito, come periodo di tempo impiegato dal pianeta per ritornare in una data posizione dopo aver percorso una volta la sua orbita attorno al Sole. Così anche il giorno, inteso come periodo necessario al pianeta per compiere un giro completo su sé stesso. Vengono dati in funzione dell anno e giorno terrestre per comodità di comprensione, ma è importante non fare confusione. Un ipotetico abitante, ad esempio, di Saturno, direbbe che il suo anno è eguale ad 1, mentre quello terrestre gli apparirebbe circa 30 volte più breve di un anno saturniano. Occorre fare una osservazione che non può uscire dai dati in tabella: i primi 4 pianeti sono chiamati terrestri, e sono solidi, mentre gli altri, Plutone escluso, sono chiamati pianeti giganti o gassosi. Di fatto Mercurio, Venere, Terra e Marte hanno dimensioni comparabili fra loro e sono assai più piccoli dei seguenti 4: Giove, Saturno Urano Nettuno. Giove, per fare un esempio che si può estrarre dalla tabella, ha un diametro che è circa 12 volte quello della Terra e, nel suo volume, può contenere almeno1000 volte il nostro pianeta. Se confrontiamo i valori delle distanze dei pianeti dal Sole notiamo due punti importanti: le distanze fra un pianeta e l altro sono notevoli, specie quelle fra i pianeti esterni, inoltre i pianeti terrestri sono relativamente vicini gli uni agli altri, mentre gli altri sono molto più distanti fra loro. Se poi, pensando che una Unità astronomica equivale a di chilometri circa, confrontiamo le mutue distanze dei pianeti con i loro diametri, che si aggirano invece attorno alle decine di migliaia di chilometri, ci troviamo di fronte ad un risultato probabilmente inatteso: nella parte di Sistema Solare che contiene i pianeti lo spazio è sostanzialmente vuoto di materia. I pianeti, che a noi possono sembrare enormi, 21

4 sono come minuscole biglie che si muovono in uno spazio assai maggiore rispetto alle loro dimensioni. Ovviamente, come abbiamo studiato, questo spazio è vuoto solo di materia, dato che in esso fluisce la radiazione emessa dal Sole e le particelle del vento solare. Tutti i pianeti girano attorno al Sole lungo la loro orbita in un moto di rivoluzione. Guardando la tabella notiamo immediatamente che anche i periodi di rivoluzione, ovvero il tempo impiegato per compiere un giro attorno a Sole, crescono notevolmente man mano che ci allontaniamo dal Sole stesso. Questo fatto è abbastanza intuitivo, maggiore è la distanza dal Sole e maggiore è la lunghezza che il pianeta deve percorrere lungo la sua orbita per compiere un giro completo Le orbite dei pianeti attorno al Sole sono delle ellissi, ma, in generale, pochissimo differenti da un cerchio: si tratta, in altre parole, di ellissi assai poco schiacciate. La Terra, ad esempio, ha un orbita attorno al Sole sì ellittica, ma che differisce da un cerchio per pochissimo. Se tentassimo di tagliare con la forbice un cartoncino per dargli la sagoma dell orbita ellittica della Terra nel suo moto attorno al Sole, ci ritroveremmo con un cartoncino circolare, dato ce la differenza e minore della precisione cui possiamo arrivare con le forbici! Fa eccezione a questo l orbita di Plutone che è decisamente ellittica e molto differente da una circonferenza. Questo provoca anche una situazione curiosa: ogni 248 anni l orbita di Plutone interseca quella di Nettuno e, per vent anni circa, Nettuno rimane più distante dal Sole di Plutone. Le posizioni dei pianeti nelle loro orbite sono poi tali che essi non si avvicinano mai troppo l uno all altro. 22

5 Se guardiamo poi la colonna della tabella con la inclinazione dell orbita notiamo un altro fatto importante: i pianeti si muovono su piani diversi l uno dall altro, magari di poco, ma diversi. Fa eccezione ancora una volta Plutone che orbita attorno al Sole in un piano molto inclinato rispetto alla media degli altri pianeti. Il grande regolatore delle orbite dei pianeti, come abbiamo imparato nelle pagine precedenti, è proprio il Sole che, contenendo la stragrande maggioranza della massa del sistema, esercita attrazione gravitazionale sui singoli pianeti. Nelle pagine precedenti abbiamo però chiarito che, nelle vicinanze di un pianeta, il campo gravitazionale preponderante è quello del pianeta stesso. Questo ci spiegava perché la Luna ruota attorno alla Terra invece di cadere sul Sole. Lo stesso ragionamento lo possiamo estendere per capire come mai molti pianeti hanno uno o più satelliti, esattamente come la Terra. Basta ricordare che il campo gravitazionale di un corpo dipende dalla sua massa, ma decresce molto rapidamente con la distanza dal corpo stesso. Quindi, ad esempio, alla distanza di Giove il campo gravitazionale del Sole è abbastanza forte da tenere imbrigliato nella sua orbita il grande pianeta, ma nelle vicinanze del pianeta stesso (ricorda quanto distante è Giove dal Sole!) il campo gravitazionale di Giove è sufficiente, a sua volta, a tenere nella loro orbita i tanti satelliti di cui il pianeta è dotato. I primi 4 satelliti di Giove, in ordine di distanza dal pianeta sono Io, Europa, Ganimede e Callisto, nomi legati alla mitologia greca. Sono satelliti un po speciali in quanto furono i primi visti da Galileo Galilei, nel gennaio del 1610, quando volse al cielo per la prima volta nella storia il cannocchiale che aveva appena costruito. 23

6 Quel cannocchiale non è molto diverso da quello che vi abbiamo indicato come costruire, anzi il vostro è leggermente più potente. Ebbene, pensiamo allo stupore nel vedere che attorno al grande pianeta, che fino ad allora si poteva guardare solo ad occhio nudo e che appare, guardandolo con gli occhi, non molto diverso da una stella, Galileo Galilei vide questi 4 satelliti. Fu un momento molto importante per la Scienza, perché egli capì, allora, che come quei satelliti ruotavano attorno a Giove, così la Terra e gli altri pianeti ruotano attorno al Sole. Allora si credeva infatti che fosse il Sole a ruotare attorno alla Terra, così come ci appare ogni giorno all alternarsi del sorgere e tramontare. Insomma fu allora che si iniziò a capire come è realmente fatto il Sistema Solare. I satelliti dei pianeti scoperti sono, ad oggi, più di 100 e sono molto vari come forma, dimensione e massa. Se ne scoprono sempre di nuovi, anche ai giorni nostri, in quanto con le sonde spaziali, si riescono a scoprire satelliti anche molto piccoli, invisibili da terra. I vari satelliti dei pianeti sono diversissimi fra loro come forma, dimensione, massa. Andiamo da satelliti che sono grandi quasi come la Terra, come ad esempio il grande Titano (satellite di Saturno), che ha un diametro di oltre 5000 chilometri, poco meno della metà della Terra, ma più di Mercurio (4800 chilometri) e più del doppio di Plutone (2300 chilometri), a satelliti che sono poco più che asteroidi di qualche chilometro di grandezza e molto irregolari, come i due satelliti di Marte Phobos e Deimos. È molto probabile che si tratti di corpi di origine diversa: da una parte i satelliti regolari come forma e di grandi dimensioni, come la Luna, molti dei satelliti di Giove, Urano e Nettuno, dall altra una folta schiera di giganteschi sassi irregolari che sono probabilmente asteroidi catturati dalla attrazione gravitazionale del pianeta mentre ci passavano vicino e rimasti in orbita attorno al pianeta che li ha catturati al volo. Una ipotesi probabile potrebbe essere, ad esempio, questa: l asteroide, che probabilmente arriva dalla distantissima fascia di Kuiper, nella sua traiettoria verso il Sole si avvicina sufficientemente al pianeta. Ad una certa distanza l attrazione gravitazionale del pianeta diventa preponderante e fa cambiare traiettoria all asteroide. È probabile che molti asteroidi siano precipitati, con un notevole 24

7 sconquasso, sui vari pianeti e gradi satelliti: la Luna ad esempio riporta ancora i segni di molti di questi impatti. Parecchi altri saranno riusciti a sfuggire ai pianeti ed avranno solo modificato la loro traiettoria originale, qualcheduno, che ancora oggi possiamo vedere, è invece rimasto in orbita attorno al pianeta ed è diventato un suo satellite stabile. Quando si fanno ipotesi come queste occorre sempre ricordare che i tempi, nell evoluzione del Sistema Solare, si contano in milioni o miliardi di anni, mentre la storia dell uomo ha solo poco decine o centinaia di migliaia di anni. Il risultato finale dell incontro ravvicinato fra un asteroide ed un pianeta dipende dalla sua traiettoria originale, dalla distanza cui è passato dal pianeta, dalla massa del pianeta stesso, dalla velocità dell asteroide nella sua orbita. Seguire i singoli casi può essere magari un po complicato, ma capire il meccanismo è semplice se pensiamo a quanto abbiamo detto a proposito del campo gravitazionale. Ancora una volta ci imbattiamo nell importanza che ha, nel Sistema Solare, il campo gravitazionale creato dalle masse dei vari corpi che lo compongono. Una particolarità nell insieme Pianeti-Satelliti è rappresentato proprio dal sistema Terra-Luna, nel senso che, in rapporto al proprio pianeta, la Luna è il satellite più massiccio del Sistema Solare, assieme al sistema Plutone-Caronte di cui diremo poco più avanti. Sempre a causa della attrazione gravitazionale esercitata dal pianeta, attorno a Giove, Saturno, Urano e Nettuno troviamo degli anelli di materiale che, stabilmente, orbitano attorno al pianeta formando una fascia che dà luogo, come nel caso di Saturno, ad un fantastico anello di materiale. In realtà da terra è possibile vedere solo gli anelli di Saturno, quelli degli altri pianeti sono troppo deboli per esser visti anche coi più potenti telescopi, ma le sonde spaziali che sono passate nelle vicinanze di Giove, Urano e Nettuno hanno rivelato che anch essi sono dotati di strutture simili. Di cosa si tratta? È molto semplice, sono milioni di pezzi di roccia, ghiaccio e detriti solidi che ruotano attorno al pianeta in orbite ben ordinate. Per capire bene come si sono formati e come possono resistere in 25

8 questa configurazione dovremo parlare di come pensiamo si sia formato il Sistema Solare. Affronteremo questo argomento nell ultima parte e quindi per il momento fermiamoci alla loro descrizione. Caso a parte è ancora una volta Plutone che è dotato di un satellite, Caronte, poco più piccolo in dimensioni del pianeta. Proprio per questa sua particolarità molti astronomi lo considerano una sorta di pianeta doppio, formato da due corpi simili, uno non molto più grande e massiccio dell altro, piuttosto che un sistema pianeta-satellite. Come vedremo più avanti poi Plutone, con tutte le sue stranezze, potrebbe essere un intruso rispetto agli altri pianeti del Sistema Solare. Prendendo in esame solo l aspetto dell attrazione gravitazionale possiamo capire molto del sistema dei pianeti e satelliti. Ma possiamo andare anche oltre parlando delle loro atmosfere. La possibilità per un pianeta o satellite di avere una atmosfera è anch essa legata principalmente al campo gravitazionale dovuto al pianeta o satellite stesso. Le particelle che compongono l atmosfera, avendo una loro massa, risentono dell attrazione gravitazionale del pianeta stesso. Maggiore la massa del pianeta o satellite maggiore sarà anche l attrazione gravitazionale che esso esercita sulle singole particelle di atmosfera. Queste particelle peraltro sono in moto continuo e quindi tendono a scappare dal pianeta. Quindi maggiore è la massa del pianeta, maggiore la attrazione esercitata sulle singole particelle dell atmosfera e più difficile, per le particelle, lasciare il pianeta stesso. Facendo un po di conti si trova, ad esempio, che la Luna ha una massa troppo piccola per poter trattenere, nel corso del tempo, una atmosfera come quella terrestre. In altre parole se la Luna avesse avuto una atmosfera, le particelle che la 26

9 componevano sarebbero, prima o dopo, sfuggite alla attrazione gravitazionale del nostro satellite, troppo bassa per contrastare la velocità delle particelle di atmosfera stesse. Parlare dell atmosfera dei pianeti ci porta a considerare anche gli altri fattori importanti che abbiamo esaminato: l emissione di radiazione, il campo magnetico ed il vento solare. Come abbiamo visto l emissione di radiazione è tale che la quantità di energia, ad esempio luminosa, diminuisce rapidamente all aumentare della distanza dalla sorgente, nel nostro caso il Sole. Questo fa sì che mentre Mercurio, vicinissimo al Sole sia sottoposto a temperature di centinaia di gradi al suolo, il lontanissimo Plutone sia probabilmente ad una temperatura inferiore ai 200 gradi sotto lo zero! Un caso a parte è rappresentato da Venere: questo pianeta ha un atmosfera molto densa che rinchiude il pianeta in una sorta di serra che intrappola la radiazione che entra fra il suolo ed una spessa coltre di nubi perenni. Il risultato è che la temperatura, misurata dalle sonde che sono arrivate sul pianeta, arriva a quasi 500 gradi sopra lo zero! Anche nel caso dell atmosfera dei vari pianeti occorre pensare quindi a più fattori: massa del pianeta o satellite e relativa attrazione gravitazionale esercitata sulle particelle di atmosfera, distanza dal Sole e quindi quantità di radiazione ricevuta che va a scaldare la atmosfera. Affrontiamo per ultimo il discorso del vento solare: particelle cariche elettricamente emesse in continuazione dal Sole in tutte le direzioni. Anche il numero di particelle per metro quadrato diminuisce rapidamente con la distanza. Abbiamo fatto l esempio nelle pagine precedenti. Queste particelle però risentono dei campi magnetici del Sole e di quelli eventualmente creati dai pianeti. 27

10 Nel caso della nostra Terra, ad esempio, il campo magnetico terrestre funge da vero e proprio scudo che devia le particelle cariche che il Sole emana. La maggior parte gira attorno alla Terra e prosegue la sua corsa, e questo e un gran bene per noi! Quelle che riescono a superare la barriera del nostro campo magnetico vengono instradate verso i poli e possono reagire con la alta atmosfera, caricandone elettricamente gli strati alti e dando luogo allo spettacolare fenomeno della aurora che, nel nostro emisfero prende il nome di boreale e si osserva abbastanza frequentemente nei paesi scandinavi. Vediamo quindi come la distanza dal Sole per i pianeti, e dal proprio pianeta per i satelliti, sia fondamentale per capire i meccanismi che permettono a questo complesso sistema di corpi di esistere in uno stato di equilibrio destinato a durare ancora molti miliardi di anni. 28