I pianeti interni del Sistema Solare. Sabato 12 Gennaio 2016 Ing. Claudio Costa, Unione Astrofili Italiani

Transcript

1 Corso di astronomia per tutti I pianeti interni del Sistema Solare Sabato 12 Gennaio 2016 Ing. Claudio Costa, Unione Astrofili Italiani

2 La strada che abbiamo fatto grazie alla tecnologia: una mia ripresa del 1985 su lastra fotografica dell ammasso doppio di Perseo (NGC 869 e 884) a circa 8600 anni luce dalla Terra Nell immagine, uno dei puntini è un asteroide, cioè un piccolo pianeta orbitante attorno al Sole a circa la stessa distanza della Terra: sapreste dire qual è?

3 «So che sono mortale, e la creatura di un giorno Ma quando scopro qualcosa nelle innumerevoli sfere rotolanti delle stelle, I miei piedi non toccano più la terra: fianco a fianco con Zeus stesso, bevo la mia coppa d ambrosia, cibo degli dei» Claudio Tolomeo, Trattato Matematico, meglio noto come Almagesto

4 A quei tempi e fino al 1609 quando Galilei puntò per primo il telescopio al cielo, i pianeti erano solo punti di luce come le stelle, differendone solo per il movimento chiaramente visibile sullo sfondo delle costellazioni

5 Oggi chiamiamo Sistema Solare l insieme di corpi celesti mantenuti in orbita attorno al Sole dalla forza di gravità È formato da otto pianeti, dai rispettivi satelliti naturali, da cinque pianeti nani e da miliardi di corpi minori Questi sono gli asteroidi, in gran parte ripartiti fra due fasce (la fascia principale e la fascia di Kuiper, oltre l orbita di Nettuno fino a 50 UA), le comete, le meteore e la polvere interplanetaria Il sistema solare è composto inoltre dal cosiddetto disco diffuso e dalla ipotetica nube di Oort (da a UA), luogo di origine di gran parte delle comete

6 In ordine di distanza dal Sole, gli otto pianeti sono: Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano e Nettuno Attualmente altri cinque corpi del sistema solare sono stati classificati come pianeti nani: Cerere, situato nella fascia degli asteroidi, e altri quattro corpi situati al di là dell'orbita di Nettuno: Plutone, Haumea, Makemake, e Eris Sei dei pianeti e tre dei pianeti nani hanno in orbita attorno a essi dei satelliti naturali; inoltre tutti i pianeti esterni sono circondati da anelli planetari composti di polvere e altre particelle

7 Si pensa che il Sole e i pianeti si siano formati da una nebulosa di gas interstellari in contrazione, circa 4,6 miliardi di anni fa L'ipotesi di un'origine comune trova conferma nell'analisi di alcune regolarità di comportamento dei pianeti, che ruotano attorno al Sole muovendosi tutti nello stesso verso e percorrendo orbite sostanzialmente tutte nello stesso piano La nebulosa primordiale aveva una temperatura molto bassa ed era costituita principalmente da idrogeno, (75%) elio (24%), una grande varietà di elementi chimici più pesanti e polveri Circa 5 miliardi di anni fa al centro della nebulosa formò una parte più densa e di conseguenza la nube, sotto la spinta della gravità, cominciò a contrarsi

8 In pochi milioni di anni, nella zona centrale, la densità e la temperatura aumentarono e si formò il proto-sole Contemporaneamente, la contrazione causò un aumento della velocità di rotazione e della forza centrifuga del sistema Così la nube si appiattì, assumendo un aspetto simile a un disco rotante intorno al Sole Il collasso gravitazionale della massa del proto-sole provocò un incremento della temperatura nella zona più centrale dove si accese il Sole Poco a poco altri nuclei di aggregazione divennero i pianeti che attirarono con la loro gravità tutto il restante materiale della nube

9 4 miliardi e mezzo di anni dopo, nel Sistema Solare questi sono i pianeti

10 Mercurio 4879 km È il pianeta più vicino al Sole e il più piccolo in dimensioni

11 Trattandosi di un pianeta interno all orbita della Terra, Mercurio appare sempre molto vicino al Sole (al massimo si discosta di 28,3 ), al punto che i da terra non è facile osservarlo

12 Perché è sempre comunque immerso nel chiarore diffuso della nostra atmosfera sia all alba che al tramonto

13 Mercurio impiega 88 giorni a girare intorno al Sole mentre ruota su se stesso in 59 giorni Ciò significa che Mercurio ha una risonanza 2:3 tra il periodo di rivoluzione e quello di rotazione: ogni sei rotazioni, il pianeta di ritrova nello stesso punto dell orbita attorno al sole

14 La sua superficie è ricoperta di crateri, anche a causa della mancanza di un'atmosfera che possa attutire gli impatti meteorici o coprirne le tracce; per questo il suo aspetto ricorda da vicino quello della Luna

15 La ridotta distanza di Mercurio dal Sole e l'assenza di atmosfera lo rendono un pianeta con una grande escursione termica, con temperature superiori a 350 C nella zona esposta al sole, mentre nella parte in ombra arrivano a -170 C Inoltre l'insolazione media della superficie è pari a circa 6 volte e mezzo quella della Terra Bacino Caloris 1500 km

16 Mercurio, come Venere che lo fa più raramente, transita 13 o 14 volte per secolo davanti al Sole L ultimo transito è avvenuto nel 2006 e il prossimo avverrà il 9 maggio 2016

17 Venere È il secondo pianeta in ordine di distanza dal Sole, con un periodo orbitale intorno al Sole di 224,7 giorni Ripresa dell Ultraviolet Imager della sonda AKATSUKI, il 7 Dicembre 2015 alla distanza di circa 72,000 km km La sonda fallì l immissione in orbita nel 2010, ma ci è riuscita cinque anni dopo

18 È l astro più luminoso, dopo il Sole e la Luna raggiungendo quasi 14 volte la luminosità di Sirio Venere è visibile poco prima dell'alba o poco dopo il tramonto, e per questa ragione è spesso chiamata la "Stella del Mattino" o la "Stella della Sera"

19 Venere, essendo un pianeta interno all orbita della Terra intorno al Sole presenta le fasi come la Luna e come Mercurio

20 La rotazione di Venere è retrograda e molto lenta: un giorno dura circa 243 giorni terrestri La causa è forse in un impatto con un grosso asteroide A causa della rotazione retrograda, il moto apparente del Sole è opposto a quello terrestre; quindi, chi si trovasse su Venere, vedrebbe l'alba a ovest e il tramonto a est

21 Come Mercurio, Venere transita talvolta davanti al Sole Il transito di Venere sul Sole è un fenomeno piuttosto raro che avviene con varia periodicità ed è caratterizzato da un ciclo stabile di 243 anni Di recente abbiamo avuto due transiti: 8 giugno Giugno 2012 Per i prossimi bisognerà attendere: 11 Dicembre del Dicembre del 2125

22 Il recente transito del 5-6 Giugno 2012

23 Venere è il pianeta più caldo del sistema solare, con oltre 470 C, non ha satelliti o anelli e ha un campo magnetico debole A volte è definito il "pianeta gemello" della Terra, poiché i due mondi sono molto simili per dimensioni e massa

24 Tuttavia, a dispetto di queste somiglianze, le condizioni sulla superficie venusiana sono molto differenti da quelle terrestri, a causa della spessa atmosfera di biossido di carbonio che ne costituisce il 96,5%, mentre il restante 3,5% è composto soprattutto da azoto

25 In effetti Venere ha l'atmosfera più densa tra tutti i pianeti terrestri; la notevole percentuale di biossido di carbonio è dovuta al fatto che Venere non ha un ciclo del carbonio per incorporare nuovamente questo elemento nelle rocce e nelle strutture di superficie, né una vita organica che lo possa assorbire in biomassa È proprio il biossido di carbonio ad aver generato un potentissimo effetto serra a causa del quale il pianeta è divenuto così caldo che si ritiene che gli antichi oceani di Venere siano evaporati, lasciando una superficie desertica con molte formazioni rocciose Il vapor acqueo si è poi dissociato a causa dell'alta temperatura e l'idrogeno è stato diffuso nello spazio interplanetario dal vento solare

26 La pressione atmosferica sulla superficie del pianeta è pari a 92 volte quella della Terra, ed è data, appunto, per la maggior parte dal biossido di carbonio e da altri gas serra Il pianeta è inoltre ricoperto da un opaco strato di nuvole contenenti acido solforico, altamente riflettenti, che, insieme alle nubi dello strato inferiore, impediscono alla sua superficie di essere visibile dallo spazio; questa impenetrabilità ha originato molteplici discussioni, perdurate fino a quando i segreti del suolo di Venere furono rivelati dalla missione Magellano con il radar a bordo Le uniche Immagini a colori della superficie di Venere trasmesse dalla sonda Venera 13 nel 1982

27 La sonda Magellano ha potuto realizzare «immagini» della superficie tra cui circa un migliaio di crateri di meteoriti, mentre circa l'80% della superficie di Venere è formata da lisce pianure vulcaniche Il resto è costituito da due altipiani definiti continenti: il continente più a nord è chiamato Ishtar Terra che ha circa le dimensioni dell'australia I Monti Maxwell, il più alto massiccio montuoso su Venere, si trovano su Ishtar Terra: nel punto più alto i monti raggiungono gli 11 km al di sopra dell'altezza media della superficie del pianeta Il continente a sud è chiamato Aphrodite Terra e ha circa le dimensioni del Sud America: la maggior parte di questo continente è ricoperta da un intrico di fratture e di faglie

28 Marte È il quarto pianeta in ordine di distanza dal Sole e l'ultimo dei pianeti di tipo terrestre 6800 km

29 Viene chiamato il Pianeta rosso, a causa del suo colore caratteristico dovuto alle grandi quantità di ossido di ferro che lo ricoprono

30 Pur presentando un'atmosfera molto rarefatta e temperature medie superficiali piuttosto basse (tra -140 C e 20 C), è, tra i pianeti, quello più simile alla Terra Infatti presenta inclinazione dell'asse di rotazione e durata del giorno simili a quelle terrestri; inoltre la sua superficie presenta formazioni vulcaniche, valli, calotte polari e deserti sabbiosi, oltre a formazioni geologiche che suggeriscono la presenza, in un lontano passato, di acqua liquida

31 Fu solo sul finire del XIX secolo il miglioramento della tecnologia dei telescopi permise di ottenere una visione abbastanza nitida da distinguere le caratteristiche del suolo marziano Il 5 settembre 1877 si verificò un'opposizione perielica e in quell'anno l'astronomo italiano Giovanni Schiaparelli, realizzò la prima mappa dettagliata di Marte, la cui nomenclatura è tutt'oggi quella ufficiale Ne risultarono strutture che l'astronomo definì "Canali" (in seguito venne dimostrato che si trattava di illusioni ottiche) in quanto la superficie del pianeta presentava diverse lunghe linee alle quali egli attribuì nomi di celebri fiumi terrestri

32 L'errata traduzione in inglese del termine "canali" usato nei lavori di Schiaparelli (venne usato il termine "canal" - canale artificiale - piuttosto che "channel", generico), portò il mondo scientifico a credere che su Marte vi fossero canali artificiali, mentre effettivamente lo scienziato aveva solo parlato di grandi solchi sulla superficie Influenzato da queste traduzioni, l'americano Percival Lowell fondò un osservatorio astronomico, il Lowell Observatory, dotato di un telescopio di 300 e 450 mm che venne usato nella particolarmente favorevole opposizione del 1894 e nelle successive

33 Per lungo tempo si ritenne che Marte fosse un pianeta coperto di vegetazione e alcuni mari: i cambiamenti stagionali di Marte infatti causavano una riduzione delle calotte polari d'estate e creavano ampie macchie scure sulla sua superficie Le aspettative del grande pubblico vennero disattese quando, nel 1965, la sonda Mariner 4 raggiunse per la prima volta il pianeta, rilevando solo crateri

34 La superficie del pianeta appare infatti fortemente craterizzata, a causa della quasi totale assenza di agenti erosivi in grado di modellare le strutture; inoltre, la bassissima densità dell'atmosfera non è in grado di consumare buona parte dei meteoriti, che quindi raggiungono il suolo con maggior frequenza che non sulla Terra

35 Fra le formazioni geologiche più notevoli di Marte si segnalano l'olympus Mons, il vulcano più grande del sistema solare (alto 27 km)

36 E le Valles Marineris (così battezzate in onore della sonda spaziale Mariner 9) sono un vasto sistema di valli situate nei pressi Nel loro complesso, le valli raggiungono i 4000 km di lunghezza, i 700 km di larghezza ed una profondità massima di 7 km; si tratta di un complesso di fratture geologiche dieci volte più lungo, sette volte più largo e sette volte più profondo del Gran Canyon È la più grande struttura conosciuta di questo tipo, e si estende per circa un quarto della circonferenza di Marte

37 Attualmente la presenza di acqua allo stato liquido è impossibile su Marte a causa della sua pressione atmosferica eccessivamente bassa (salvo in zone di elevata depressione e per brevi periodi di tempo) Il ghiaccio d'acqua però è abbondante: i poli marziani infatti ne sono ricoperti e lo strato di permafrost si estende fino a latitudini di circa 60 Se si sciogliessero le calotte polari, l'intero pianeta verrebbe sommerso da uno strato d'acqua profondo 11 metri

38 Il primo atterraggio di sonde automatiche avvenne nel 1976, con le missioni Viking I e II, ma nel laboratorio a bordo non vennero rilevate tracce di vita o di composti organici in superficie

39 Grazie alla missione Mars Global Surveyor, terminata verso la fine del 2006, si sono ottenute mappe molto dettagliate dell'intera superficie di Marte

40

41 La missione Mars Pathfinder col rover Sojourner del 1997 rivelò molti particolari della zone in cui atterrò

42 Poi nel 2004 arrivano i due rover Spirit e Opportunity

43 E nel 2011 il rover Curiosity tuttora funzionante

44

45 Deimos km

46 Phobos km

47 I due satelliti di Marte sono probabilmente asteroidi catturati al pianeta: un asteroide (a volte chiamato pianetino) è infatti un corpo celeste simile per composizione a un pianeta terrestre ma più piccolo, e generalmente privo di una forma sferica 243 Ida e la sua luna Dactyl, il primo satellite di un asteroide ad essere stato scoperto 30 km Ha in genere un diametro inferiore al chilometro, anche se non mancano corpi di grandi dimensioni, giacché tecnicamente anche i corpi particolarmente massicci recentemente scoperti nel Sistema solare esterno sono da considerarsi asteroidi

48 Si pensa che gli asteroidi siano residui del disco proto-planetario che non sono stati incorporati nei pianeti, durante la formazione del sistema solare Eros km

49 La maggior parte degli asteroidi si trovano nella fascia principale

50 Hanno spesso orbite caratterizzate da un'elevata eccentricità

51 L'asteroide più grande del sistema solare interno è Cerere, con un diametro di circa 1000 km; seguono Pallade e Vesta, entrambi con diametri sui 500 km; i tre sono anche gli unici asteroidi di forma approssimativamente sferica della fascia principale

52 Gli oggetti della Fascia Principale non poterono riunirsi a formare un pianeta, a causa delle forti perturbazioni gravitazionali del vicino pianeta Giove; queste stesse perturbazioni sono all'origine delle cosiddette lacune di Kirkwood, zone vuote dalla fascia dove gli asteroidi non possono orbitare, in quanto si troverebbero in risonanza orbitale con Giove e ne verrebbero presto espulsi

53 In una prima fase i minuscoli corpi solidi si aggregarono per formare i mattoncini dei pianeti, ma nella zona oltre Marte, a causa degli effetti delle risonanze gravitazionali con la massa di Giove, furono impedite le formazioni di corpi con diametro superiore a 1000 chilometri 10 km I corpuscoli che non riuscirono ad essere inglobati all'interno dei pianeti in formazione divennero asteroidi, e tra essi i più grandi raggiunsero una temperatura sufficiente per consentire una differenziazione chimica; la conseguenza fu che in alcuni di essi si formò l'acqua, in altri fenomeni vulcanici Grazie all'interferenza di Giove sulle orbite primarie degli asteroidi aumentarono gradualmente le loro collisioni, che portarono a numerose distruzioni e mutilazioni dalle quali sopravvissero i corpi più grandi, mentre altri corpuscoli furono proiettati fuori dal sistema solare 951 Gaspra, il primo asteroide ad essere fotografato in modo ravvicinato

54 Dalla scoperta del primo asteroide Cerere, il 1 Gennaio 1801, oltre asteroidi sono già stati numerati e catalogati, e probabilmente altre centinaia di migliaia (alcune stime superano il milione) attendono ancora di essere scoperti Numerosi oggetti asteroidali del sistema solare esterno quali Eris, Sedna, Orco, Quaoar, Issione e Varuna, sono più grandi di Cerere Con questo strumento Piazzi eseguì le misure per compilare un catalogo stellare e scoprì, nel 1801, il primo asteroide, Cerere

55 Cerere è un caso raro fra gli asteroidi, poiché le sue dimensioni e la sua massa sono sufficienti a dargli una forma quasi sferica L'unico altro asteroide conosciuto di questo tipo è Vesta 950 km

56 Alcuni indizi suggeriscono che la superficie di Cerere sia relativamente calda e che l'asteroide possa possedere una tenue atmosfera e brina La temperatura massima (con il Sole allo zenit) è di -38 C Recenti studi suggeriscono che l'interno di Cerere sia differenziato; osservazioni supportate da modelli computerizzati suggeriscono la presenza di un nucleo roccioso ricoperto da un mantello ghiacciato Cerere rapportato alla Luna Il mantello, spesso km, potrebbe contenere un volume d'acqua pari a 200 milioni di chilometri cubici, molto più della quantità complessiva di acqua dolce presente sulla Terra

57 Vesta è il secondo pianetino come massa della fascia di asteroidi, con un diametro medio pari a circa 530 chilometri e una massa stimata pari al 12% di quella dell'intera fascia Le sue dimensioni e la sua superficie insolitamente brillante fanno di Vesta l'asteroide in assoluto più luminoso e talvolta l'unico visibile a occhio nudo dalla Terra (oltre a Cerere, in circostanze visive eccezionali) Anche la forma di Vesta è quella di uno sferoide oblato

58 La caratteristica superficiale più prominente è un enorme cratere (chiamato Rea Silvia) con un diametro pari a 460 chilometri situato vicino al polo sud dell'asteroide: la sua larghezza è pari all'80% dell'intero diametro di Vesta Un picco centrale si innalza per 18 chilometri dal fondo del cratere Si è stimato che nell'impatto generatore sia stato asportato circa l'1% dell'intero volume di Vesta, ed è probabile che la famiglia di asteroidi di tipo V siano i prodotti di questa collisione Se questo è vero, allora il fatto che siano sopravvissuti al bombardamento fino a oggi frammenti di 10 km appartenenti alle suddette classi indica che il cratere ha soltanto un miliardo di anni di età o meno

59 Alcuni asteroidi, come 9969 Braille, intersecano con la loro orbita quella della Terra (Near Earth Object, NEO o Near Earth Asteroid, NEA )

60 Gli asteroidi Near-Earth (NEA) sono asteroidi la cui orbita è vicina a quella della Terra Alcuni di essi costituiscono un pericolo perché le loro orbite intersecano quella terrestre Sono noti circa 3000 asteroidi Near-Earth, con dimensioni fino a circa 32 km (1036 Ganymed) Il numero totale potrebbe essere di qualche decina di migliaia, di cui più di 2000 con diametro superiore ad un chilometro Questi asteroidi possono sopravvivere nelle loro orbite solo per un periodo che varia da 10 a 100 milioni di anni: prima o poi tendono ad essere eliminati a causa di decadimenti orbitali, collisioni con pianeti interni o possono essere scaraventati fuori dal sistema solare a seguito di un passaggio ravvicinato con un pianeta

61 L'attenzione relativa alla probabilità di eventuali futuri impatti con asteroidi che incrociano l'orbita terrestre è stata aumentata dalla generale condivisione dell'ipotesi Alvarez che spiega l'estinzione del Cretaceo-Terziario con un impatto tra la Terra ed un grande asteroide o cometa Inoltre la minaccia di un impatto è stata enfatizzata dalla spettacolare collisione della cometa Shoemaker-Levy 9 con Giove il 16 luglio 1994 Il 23 marzo 1989, l'asteroide 4581 Asclepius di tipo Apollo (1989 FC) mancò la Terra di km, passando nell'esatto punto dove era la Terra solo 6 ore prima Gli asteroidi con diametro di 1 km si scontrano con la Terra statisticamente ogni milione di anni, mentre grandi collisioni con oggetti di 5 km accadono approssimativamente ogni dieci milioni di anni Piccole collisioni, equivalenti a 1 chilotone, avvengono circa ogni mese e ce ne accorgiamo solo se avvengono su zone abitate (ricordate l evento russo?)

62 Un numeroso gruppo di asteroidi, oltre un migliaio, è costituito dai cosiddetti «Troiani» Sono suddivisi in due gruppi: uno precede Giove di 60 gradi nella sua orbita e l'altro lo segue ad una medesima distanza angolare In altre parole, i troiani occupano due dei cinque punti lagrangiani del sistema Sole- Giove dove le orbite sono stabili Gruppi simili di asteroidi, molto più piccoli e meno numerosi, sono stati scoperti anche nei punti lagrangiani del sistema Sole- Marte e del sistema Sole- Nettuno