La nascita del sistema solare

Transcript

1 La nascita del sistema solare Il Sistema Solare si è generato da una nebulosa composta in prevalenza da Idrogeno e in minor quantità da Elio e in piccole tracce da elementi pesanti come ossigeno, carbonio, silicio e ferro. A seguito di una perturbazione esterna, come ad esempio l'esplosione di una supernova o il passaggio ravvicinato di una stella di grande massa, si ritiene che sia iniziato un processo di collasso gravitazionale. A causa di ciò nella nebulosa si sono formati dei globuli di condensazione e da uno di questi si è formato il Sistema Solare. Questi globuli di condensazione hanno attratto a sé il gas circostante aumentando la propria massa e la propria densità. Con l'aumento della massa e della densità è aumentata la pressione, a causa di ciò è aumentata anche la temperatura. Il processo prosegue fino al raggiungimento di temperature di alcuni milioni di gradi sufficienti all'attivazione di reazioni di fusione nucleare. Ciò che osserviamo è la nascita di una protostella definita cosi perché ci troviamo in una fase precedente all'esistenza della stella vera e propria. Il processo di collasso è accompagnato da un aumento della velocità di rotazione della nebulosa protoplanetaria, dovuto al principio di conservazione del momento angolare. La rotazione fa sì che il materiale si disponga in una forma a disco, in conseguenza degli effetti dovuti alla forza centrifuga. Questa è esattamente la forma del Sistema Solare di oggi in cui quasi tutti i pianeti orbitano più o meno vicini al piano dell'eclittica. All'interno di questo disco si sono formati dei vortici che hanno favorito la condensazione della materia in planetesimi che unendosi a loro volta hanno formato corpi più grandi e infine i pianeti. La differenza di composizione e dimensione dei pianeti (rocciosi quelli interni, gassosi gli esterni) è dovuta al fatto che gli elementi più pesanti si sono portati più vicino al centro del Sistema. Un'altra ragione è che il vento solare ha spazzato via l'idrogeno e l'elio spingendoli in regioni più esterne del Sistema Solare; infatti Giove e Saturno sono composti essenzialmente da questi elementi. Le idee dei pionieri Tra i primi a studiare il cielo ci furono i greci che cercarono di dare delle spiegazioni logiche ai moti degli oggetti celesti senza ricorrere a motivazioni religiose per la spiegazione di tali avvenimenti. L'almagesto di Tolomeo ( d. C. ca.), astronomo e matematico del periodo ellenistico, fu l'opera che influenzò di più il pensiero astronomico occidentale. Questo modello mette al centro dell'universo la terra, con tutti gli altri pianeti che le ruotano attorno, seguendo una serie di orbite circolari dette deferenti. Per dare una spiegazione alle irregolarità dei moti dei corpi celesti (in particolare ai moti retrogradi mostrati talvolta dai pianeti), Tolomeo suggeriva che i pianeti non ruotassero direttamente sui deferenti ma che ruotassero su dei cerchi più piccoli chiamati epicicli col centro posto sul deferente. Gli epicicli poi, seguendo il deferente, ruotavano attorno alla terra. I pianeti considerati da Tolomeo, dal più vicino al più lontano dalla terra erano: Luna, Mercurio, Venere, Sole, Marte, Giove, Saturno. Le cosiddette stelle fisse si trovavano su una sfera esterna a quella di Saturno. Quest'ordine era giustificato dalla considerazione pratica che gli oggetti celesti che si muovono più veloci in cielo dovessero essere più vicini degli altri.

2 Copernico A differenza di Tolomeo negò che la Terra fosse posta al centro dell'universo, e affermò che il Sole era al centro dell'universo, e che tutti i pianeti, Terra compresa, vi ruotavano attorno, ancora su orbite perfettamente circolari. Il cerchio era ancora considerato una delle figure geometriche perfette, e dal punto di vista filosofico Copernico riteneva che gli astri dovessero essere perfetti e immutabili, seguendo l'ordine divino (da questo punto di vista il suo pensiero non si allontana dalla scuola di Tolomeo). L' opera di Copernico fu rivoluzionaria perché per la prima volta dopo oltre un millennio si sosteneva che la Terra e quindi l'uomo non si trovassero al centro dell'universo. Tycho Brahe Un grande astronomo osservativo, affermava che lo studio dell'astronomia era possibile solo con un'accurata osservazione giornaliera. Cercò di migliorare gli strumenti osservativi a sua disposizione e ne creò di nuovi allo scopo di ottenere misure delle posizioni dei pianeti sempre più precise. Gli strumenti che utilizzava erano per lo più quadranti per l'osservazione ad occhio nudo. Tycho seguiva un suo modello geocentrico, che posizionava la Terra al centro dell'universo con la Luna ed il Sole che vi giravano attorno, e tutti gli altri pianeti che giravano attorno al Sole. Le sue precise misure delle posizioni dei pianeti consentirono al suo successore Keplero di stabilire le tre leggi del moto dei pianeti del sistema solare che portano il suo nome. Tycho è ricordato per l'osservazione e lo studio della supernova esplosa in Cassiopea nel Studiandone la posizione non rivelò nessuna parallasse né alcun moto rispetto alle stelle fisse: per quel periodo la scoperta fu sconcertante perché si riteneva che il cielo fosse immutabile (le comete, che comparivano improvvisamente, venivano considerate fenomeni meteorologici e non astri). Keplero Successore di Tycho non era un osservatore ma un matematico che credeva nel sistema copernicano. Utilizzò le carte di Tycho e in particolare le misure relative a Marte per mettere a punto le sue tre leggi: 1. L'orbita descritta da un pianeta è un'ellisse di cui il Sole occupa uno dei due fuochi. 2. Il raggio vettore che unisce il centro del Sole con il centro del pianeta descrive aree uguali in tempi uguali. 3. I quadrati dei periodi di rivoluzione dei pianeti sono direttamente proporzionali ai cubi dei T 2 semiassi maggiori delle loro orbite ( =K 3 ). R Le tre leggi inizialmente furono proposte come un artificio matematico per far tornare i conti, anche se introducevano un radicale cambiamento filosofico nella visione dell'epoca: Per la prima volta si affermava che i moti dei pianeti non erano circolari e non si svolgevano a velocità uniforme. Queste leggi fecero in modo che la visione copernicana venisse accettata più facilmente in quanto permettevano di fare previsioni con grande precisione.

3 Galileo Galilei Fu l'inventore del metodo scientifico moderno, e tra le altre cose fu uno dei primi a usare un telescopio per l'osservazione del cielo notturno. Con le sue osservazioni di Giove scoprì quattro corpi che gli ruotavano attorno, contrariamente alla convinzione comune che tutto ruotasse attorno alla Terra. Inoltre osservando la Luna scoprì che era coperta di crateri e montagne, in modo simile alla Terra: Anche in questo caso contro la convinzione comune che gli oggetti celesti fossero perfettamente sferici e privi di irregolarità. Vale la pena ricordare che il suo contributo fu fondamentale perché si affermasse definitivamente la teoria copernicana e un modo di considerare le cose della Natura più dall'osservazione che non da riflessioni di natura filosofica o teologica. Per questo fu processato da un tribunale ecclesiastico e costretto alla abiura. Isaac Newton Newton riesce a unificare con delle leggi semplici e matematiche la conoscenza della natura accumulata fino ad allora. Grazie alle sue leggi della dinamica è finalmente in grado di descrivere i moti di tutti gli oggetti, che siano corpi celesti o terrestri. Con la Legge di Gravitazione Universale riesce a dimostrare le leggi di Keplero e a far cadere definitivamente ogni convinzione riguardo alle differenze tra i pianeti e la Terra: quel che accade in Cielo obbedisce alle stesse leggi degli eventi che accadono sulla terra. La legge di Gravitazione Universale F = G m 1 m 2 r 12 2 La Forza esercitata tra due corpi di massa m 1 ed m 2 è attrattiva e proporzionale al prodotto delle masse e decresce col quadrato della distanza (G è una costante detta costate di gravitazione universale). Fu il padre dell'ottica e inventò il primo telescopio riflettore (a specchi), scoprì che la luce bianca può essere dispersa con un prisma nei colori dell'arcobaleno, ma non si limitò a questo, essendo ricordato per la moltitudine di scoperte che fece.

4 Il Sole E' la stella a noi più vicina è l'unica di cui vediamo la superficie. Non è possibile osservarlo ad occhio nudo, né con telescopi o binocoli senza ricorrere a speciali accorgimenti. Il metodo più semplice è la proiezione: puntiamo il telescopio verso il Sole e facciamo in modo che la luce che esce dall'oculare incida su uno schermo bianco; questa tecnica può essere utilizzata solo con telescopi rifrattori, e con oculari con lenti non cementate (come i Kellner ). Un altro metodo decisamente più sicuro e utilizzabile con tutti gli strumenti, è l'utilizzo di un filtro da anteporre all'obbiettivo ( invece i filtri solari da avvitare all'oculare, andrebbero evitati perché pericolosi). IL SOLE NON DEVE ESSERE OSSERVATO AD OCCHIO NUDO SENZA L'USO DI FILTRI!!! I filtri solari sono essenzialmente di due tipi: 1) Filtri in luce bianca o continuo I Filtri solari 2) Filtri interferenziali (essenzialmente H-alfa) I Filtri in luce bianca Si limitano ad attenuare di un fattore circa la quantità di luce che entra nel nostro telescopio, rendendo sopportabile la visione del Sole. Possono essere: di vetro (i più costosi, danno al Sole un color arancio), in mylar (una pellicola che dà al Sole un color azzurro) e in astrosolar (una sottile pellicola che dà al sole un color lilla, è la soluzione più economica e migliore dal punto di vista ottico). Con l'uso di questi filtri e con la proiezione, possiamo vedere i dettagli della fotosfera solare: le macchie solari, e le facole. I filtri H-alfa Sono filtri molto sofisticati (e costosi!) in grado di trasmettere solo la luce solare di lunghezza d'onda prossima alla riga H-alfa dell'idrogeno (656 nm), con una finestra ampia pochi nanometri. Ne esistono diversi tipi, sia da anteporre all'obiettivo, che da mettere prima dell'oculare; in entrambi i casi devono essere sintonizzati in modo da selezionare correttamente la lunghezza d'onda da trasmettere. Permettono di osservare i dettagli della cromosfera solare: granulazione, facole e protuberanze.

5 Cosa osserviamo sul Sole Il Sole è estremamente attivo: ruotando in circa 22 giorni ci mostra diversi punti della sua superficie. Il bordo del Sole appare più scuro del centro (perché i suoi strati esterni sono in parte trasparenti). Le macchie che noi osserviamo sono regioni un po' più fredde della superficie, e si riuniscono in gruppi, circondati da regioni di penombra, si formano e scompaiono in un tempo di alcune settimane. La granulazione appare come grani che ribollono in tempi dell'ordine di alcune ore. Le protuberanze sono getti o fontane di plasma, che si osservano al bordo, sopra le macchie solari. La formazione di queste strutture sul Sole segue un ciclo di circa 11 anni, durante i quali l'attività cresce con la formazione di sempre più macchie, fino a un massimo, dopo il quale il numero di macchie comincia a decrescere La Luna Si suppone che la formazione della Luna sia avvenuta con l'urto di un grosso corpo celeste che abbia provocato il distaccamento di una parte della superficie terrestre, ed i frammenti unendosi,avrebbero dato origine all'unico satellite che ruota attorno alla Terra. È l'unico satellite di dimensioni significative che orbiti attorno un pianeta roccioso del Sistema Solare interno. La Luna è il satellite più grande in relazione al pianeta attorno a cui gira, infatti il sistema Terra-Luna può essere definito come un pianeta doppio. Con studi di dinamica si è notato che la Luna va gradualmente allontanandosi dalla Terra per ragioni legate alle stesse forze che causano le maree negli oceani.

6 Galileo Galilei fu il primo che osservò la Luna al telescopio notando i suoi monti, i suoi crateri ( depressioni circolari sulla superficie di un Pianeta, luna, o altro corpo celeste) ed i suoi mari ( termine che viene usato per indicare le zone più scure sulla superficie lunare), L'orbita della luna è ellittica, il suo periodo di rotazione attorno alla terra è esattamente uguale al suo periodo orbitale, questo effetto è stato provocato da un Frizione gravitazionale che ha rallentato il suo moto, facendo in modo che la Luna ci mostri sempre la stessa faccia. L' attrazione gravitazionale che la Luna esercita sulla Terra è la causa delle maree. Le fasi lunari Sono delle fasi del ciclo di rotazione attorno alla Terra che dura in media 29 giorni, si dividono in quattro periodi: Luna nuova. La Luna si trova nella stessa direzione del Sole ( congiunzione), tramonta e sorge con esso. Non è visibile, essendo completamente invisibile a causa dall'intesa luce del Sole che la illumina da dietro. Luna crescente :la Luna mostra un disco parzialmente illuminato per meno della metà che è rivolto verso Ovest. Primo quarto Il Sole è in quadratura (a 90 dalla Luna), la Luna sorge e tramonta 6 ore dopo di esso mostrando mezzo emisfero illuminato che si trova rivolto verso Ovest. L'età è di 7,4 giorni. Gibbosa crescente La porzione di disco illuminato è di oltre la metà. Luna piena Dalla parte opposta del Sole (opposizione), la Luna è completamente illuminata é non presenta ombre sui rilievi. Sorge e tramonta in maniera opposta al Sole. Gibbosa Calante Il disco lunare appare illuminato per oltre metà, ma in fase decrescente. Ultimo quarto La Luna si trova a 90 dal Sole, ma verso Ovest. Sorge a mezzanotte e tramonta alle sei del pomeriggio. Mostra illuminato l'emisfero rivolto ad oriente. Luna calante La frazione illuminata del disco lunare continua a decrescere mostrando ancora una piccola parte che si trova rivolta verso Est. Le eclissi Un eclissi avviene quando un corpo celeste, nasconde un altro corpo. Possiamo assistere ad eclissi di Sole o di Luna e possono essere suddivise in: Eclissi totale, quando il corpo è completamente oscurato ( nelle eclissi totali di Luna però essa rimane comunque visibile ) Eclissi parziale, quando il corpo è solo parzialmente oscurato. Eclissi anulare, quando il corpo è più grande dell'occultatore e quindi non viene oscurato del tutto, e del corpo più grande rimane un cerchio luminoso ( riguarda solo le eclissi di Sole). Quelle che osserviamo noi sono: Eclissi di Sole: Le eclissi di sole avvengono perché le dimensioni apparenti della Luna e del Sole sono simili,quando la Luna è interposta tra la terra ed il Sole. Se l'eclissi avviene in prossimità del perigeo, l'eclissi è totale.

7 Se l'eclissi avviene in prossimità dell'apogeo, l'eclissi è anulare. Un'eclisse totale di Sole è visibile solo da una stretta striscia di terra. Eclissi di Luna. quando la terra è interposta tra la Luna ed il Sole. Quando l'eclisse è totale però la Luna non scopare del tutto dal cielo, perché viene illuminata dalla luce rossa rifratta dalla luce terrestre. Un'eclisse totale di Luna é visibile da qualsiasi luogo della Terra dove la Luna sia sopra l'orizzonte. Le eclissi non avvengono ogni mese perché l'orbita della luna è inclinata rispetto al piano del''eclittica. Perché si verifichi un'eclisse è necessario che la Luna si trovi in prossimità di uno dei suoi nodi della sua orbita. Un'eclisse di Sole comincia con il disco nero della Luna nuova che gradualmente copre il disco solare. Quando la Luna copre interamente il Sole il cielo diventa scuro come se fosse notte, ( si vedono le stelle) e si vede intorno al disco occultato la corona solare, l'atmosfera più esterne e tenue del Sole, che è estremamente debole. In questa immagine fortemente elaborata si vede la corona solare in una eclissi totale di Sole, insieme ad alcuni dettagli lunari, visibili grazie alla luce riflessa dalla Terra verso la Luna. Quest'effetto si chiama luce cinerea ed è visibile anche ad occhio nudo in prossimità della Luna nuova. Collage che mostra lo svolgimento di una eclisse totale di Luna: Dapprima la Luna entra in una fase di penombra in cui diventa meno luminosa, Fino a quando si immerge totalmente nell'ombra della Terra. A questo punto la Luna non diventa del tutto nera ma assume un colore rosso mattone, dovuto alla luce rifratta dall'atmosfera terrestre. Donatella De Roberto e Gerlando Lo Savio