LEZIONI DI ASTRONOMIA VIVA

Il Sistema Solare

Il Sistema Solare ha due caratteristiche fondamentali: la prima consiste nel fatto che quasi tutte le orbite planetarie sono complanari e la seconda che queste orbite sono circolari o appena leggermente ellittiche (orbite ellittiche di cui il Sole occupa uno dei fuochi secondo la 1° legge di Keplero). E' utile inoltre dare un'idea delle dimensioni del Sistema Solare rispetto all'intero Universo.
L'estensione del Cosmo è tale da non permettere l'utilizzo delle unità di misura convenzionali utilizzate sulla Terra; vengono quindi utilizzate l'Unità Astronomica (UA), che corrisponde alla distanza media della Terra dal Sole, e l'Anno Luce, che è la distanza che la luce percorre in un anno alla velocità di 300.000 Km al secondo (la massima velocità raggiungibile nell'Universo).
 L'Universo ha un'estensione tra i 4.5 e i 10 miliardi di anni luce. L'incertezza di questa misura dipende dalla non precisa valutazione del valore della "Costante di Hubble", la quale misura la velocità di espansione dell'Universo (la dimensione di quest'ultimo è direttamente proporzionale alla sua velocità d'espansione). Le misure attuali si spingono fino ad ipotizzare per l'Universo una grandezza di 20 miliardi di anni.
 All'interno dell'Universo, in uno spazio esteso circa 100.000.000 di a.l., si trova l'agglomerato di galassie chiamato Ammasso della Vergine, di cui fa parte il Gruppo Locale di galassie, nel quale è presente la nostra Galassia (la Via Lattea). Osservando il cielo stellato, si può notare una sorta di striscia lattiginosa che lo attraversa da una parte all'altra; è la Via Lattea, la nostra Galassia vista dal nostro punto d'osservazione all'interno della stessa. Tutte le stelle che osserviamo di notte sono stelle della nostra galassia posizionate nel meno denso guscio sferico galattico e non sul nostro piano cosiddetto di vista.
 Il diametro della Via Lattea è di circa 100.000 a.l.; il nostro Sistema Solare si trova a circa 2/3 di questa distanza dal centro galattico ed ha una dimensione, da una parte all'altra della Nube di Oort, di circa 1 a.l.. La Nube di Oort è un guscio molto tenue di asteroidi, polveri e gas che avvolge sfericamente il Sistema Solare e che si ritiene essere ciò che rimane della nebulosa primordiale da cui esso è poi nato. La distanza infine fra l'ultimo pianeta considerato tale, Plutone, ed il Sole è di circa sei miliardi di Km.  

ORIGINE DEL SISTEMA SOLARE

Si ritiene che all'inizio del Sistema Solare, ci fosse una nube di gas e polveri interstellari, che a causa di perturbazioni esterne (forse l'esplosione di una supernova galattica), ha cominciato a frammentarsi. Ogni piccolo frammento di questa nube ha poi cominciato a contrarsi sotto l'effetto delle forse gravitazionali. Si pensa alla Supernova, come forza perturbatrice, perchè gli eventi che possono indurre tali forme di perturbazione sono molto pochi e anche perché questa possibilità spiegherebbe la composizione chimica del sistema solare. In genere una nube di gas interstellare è composta soprattutto da Idrogeno ed Elio (che sono gli elementi più diffusi nell'Universo). Solo in stelle di grande massa che poi fanno la fine delle supernovae ed esplodono, vengono sintetizzati gli elementi più pesanti dal ferro in poi (elementi di cui la Terra è composta). Una stella di grande massa, quindi, dopo aver sintetizzato questi elementi, esplodendo potrebbe aver iniettato questi componenti nella nube interstellare originaria, che fino a quel momento era composta da elementi molto più leggeri. Questa nube ha poi cominciato a frammentarsi; nel grafico 2, si vede che all'inizio la nube aveva un diametro di circa 10 a.l., poi sotto l'effetto dell'onda d'urto della supernovae, tutti i vari pezzi della nube hanno iniziato ad aggregarsi. La temperatura nella nube era di 1° o 2° Kelvin ed era quindi molto bassa; in un passaggio successivo uno di questi globuli di circa 10 a.l. ha cominciato a frammentarsi in globuli più piccoli di circa 2 a.l.; in questi globuli, detti globuli di Book, la temperatura è andata aumentando perché aumentava la densità. Questo processo è andato aumentando progressivamente, fino al collasso gravitazionale. Le particelle infatti andavano aumentando ed aggregandosi verso l'interno, la temperatura (1000°K), la pressione, la densità aumentava e quindi il collasso gravitazionale non era più evitabile. Anche le dimensioni della nube si ridussero fino a 1 a.l. Nel centro della nube si verificò una situazione per cui la temperatura salì a milioni di gradi Kelvin, temperatura tale da innescare le reazioni di fusione termonucleari da cui ebbe origine il nostro Sole in uno spazio di circa 1 UA. Quando poi le forze gravitazionali, che tendevano a collassare il Sole su se stesso, sono state controbilanciate dalle reazioni ed esplosioni termonucleari del Sole è nata la Stella perchè si è venuto a creare un continuo equilibrio idrostatico (perché nel Sole abbiamo delle pulsazioni dovute al fatto che le forze gravitazionali premono verso l'interno, mentre le forze termonucleari spingono verso l'esterno, in continuo processo di controbilanciamento). Il resto della nebulosa protoplanetaria, non si è dispersa ma ha iniziato a ruotare attorno al Sole ed a dar luogo ai pianeti. Tutta l'energia gravitazionale che pian piano la nube perdeva e che acquisiva il Sole ha dato origine a due fenomeni e cioè un appiattimento della stessa ed un aumento della velocità (legge di conservazione del momento angolare es. una ballerina si muove più velocemente se ritira le braccia verso di se); questa situazione ha originato i movimenti ellittici dei pianeti attorno al Sole. Durante le prime fasi della vita del Sistema Solare, nelle zone più interne si è verificata una situazione diversa rispetto alle zone più esterne. In queste zone infatti, il Sole ha attirato tutti gli elementi più leggeri e volatili presenti lasciando gli elementi più pesanti che coagulandosi hanno originato i cd. pianeti rocciosi o terrestri, caratterizzati da una forte densità, da piccole dimensioni e che sono: Mercurio, Venere, Terra e Marte. Nelle zone più esterne del Sistema Solare sono rimasti gli elementi volatili (come H e He) a causa della minor attrazione solare; in questa regione si sono coagulati i cd. pianeti esterni e gassosi, che sono delle grandi masse di gas (Giove, Saturno, Urano e Nettuno) esclusion fatta per Plutone che è un pianeta anomalo. E' infatti inserito nelle regioni più esterne del Sistema Solare ma ha una composizione e delle caratteristiche fisiche simili a quelle dei pianeti terrestri; secondo alcune teorie planetologiche, Plutone potrebbe essere un satellite di Nettuno sfuggito dall'orbita del pianeta oppure un Asteroide di grosse dimensioni. Nel Sistema Solare si trovano anche Asteroidi, Comete, meteoriti ecc.

I PIANETI

Mercurio è il pianeta più vicino al Sole; è di tipo terrestre e roccioso ed è classificato come interno. Questo corpo, difficilmente osservabile a livello telescopico con strumenti a terra è stato sorvolato dalle missioni Mariner - NASA, che ne hanno messo in luce le caratteristiche nel corso di una serie di rendez-vous semestrali, grazie ad immagini della superficie ad alta risoluzione. Da queste immagini è emerso un panorama fittamente craterizzato e la presenza di grosse faglie superficiali simili a quelle della nostra Terra; La quantità enorme di crateri è dovuta al fatto che Mercurio è molto più vicino al Sole ed in quella zona il Sole ha attirato una grandissima quantità di piccoli meteoriti che poi precipitavano in parte su Mercurio.
MERCURIO
E' privo di atmosfera perché è troppo piccolo e vicino al Sole per conservare dei gas. E' stato rilevato solo un tenue campo di elio che è dovuto all'attrazione gravitazionale del pianeta sul vento solare. Quindi si tratta pressappoco di un tenue campo magnetico e certamente non può essere considerata un'atmosfera
VENERE
Su questo pianeta sono atterrate le sonde russe Venera 8 e 9 che hanno misurato la pressione che è risultata di 90 atmosfere, quindi molto più forte di quella terrestre; anche la temperatura è diversa e soprattutto molto più elevata sia a causa della minor distanza dal Sole e sia a causa della spessa atmosfera che copre il pianeta e provoca un accentuato effetto serra. Il pianeta Venere è stato poi esplorato quasi completamente dalla sonda Magellano che ha tracciato una completa mappa altimetrica e topografica del pianeta utilizzando le emissioni radar. La sonda infatti, inviava continuamente un raggio laser sulla superficie che poi arrivato a destinazione veniva riflesso. Misurando il tempo necessario al raggio per tornare alla sonda, e effettuando i rilevamenti sempre dalla stessa altezza e con estrema sistematicità, alcuni scienziati americani sono riusciti ad elaborare un panorama virtuale tridimensionale del corpo che è molto fedele all'originale; questa ricostruzione computerizzata ha permesso di confermare le rilevazioni effettuate in luce visibile dalle sonde russe Venera, che avevano già tentato l'operazione ma con tecniche differenti. Da queste ricerche è emerso che non ci sono molti dislivelli e crateri perché gli agenti atmosferici acidi e i forti venti superficiali hanno cancellato ogni traccia di eventi collisionali. Venere è piena di vulcani e forse alcuni di questi sono ancora attivi; questo spiegherebbe anche la grossa percentuale di anidride solforosa presente nell'atmosfera venusiana. Sulla Terra infatti, il meccanismo che rinnova la quantità di zolfo nell'atmosfera è dato dai vulcani e quindi si pensa che questo possa avvenire anche su Venere. Il moto di rotazione del pianeta ha un verso opposto rispetto a quello della Terra e degli altri pianeti; per cui un ipotetico venusiano vedrebbe il Sole sorgere ad ovest e tramontare ad est (l'opposto di quello che capita sulla nostra Terra). Si può comunque concludere che indubbiamente Venere è un pianeta estremamente inospitale.
MARTE
Ha molte similitudini con la nostra Terra anche se ha un'atmosfera molto rarefatta costituita in prevalenza da anidride carbonica. La particolarità di questo pianeta è che ha un'asse inclinato di circa 25° rispetto all'eclittica; quindi anche su Marte esistono le stagioni come sulla Terra anche se queste hanno una durata maggiore rispetto a quelle terrestri. Anche su Marte ci sono state forme di attività vulcanica, ma ora sono esaurite. La conferma di ciò deriva dal fatto che anche su Marte ci sono molti vulcani, come su Venere e la Terra e tra questi c'è il Monte Olimpus, nella regione di Tarsis, che con i suoi 24 Km di altezza, è il più grande vulcano del sistema solare. Il pianeta è stato vastamente studiato da svariate missioni, come le sonde Viking I e II e la Pathfinder (con il robottino automatico che ha studiato la superficie del pianeta rosso alla ricerca di fossili o segni di vita primordiale). Sul pianeta Marte c'era e forse c'è tuttora acqua anche se sotto forme diverse da quelle che noi consideriamo convenzionalmente. Questa acqua è tuttora ghiacciata nei poli marziani, che subiscono evoluzioni morfologiche a seconda delle stagioni. Ad avvalorare la teoria sulla presenza di acqua su Marte ci sono anche le riprese delle sonde che confermano la presenza di morfologie geologiche tipiche dei fiumi (letti di fiumi, effetti di erosione idrica delle rocce, canali) e la estrema varietà geologica delle zone si dovevano trovare questi ipotetici fiumi marziani. Probabilmente su Marte qualche inizio di vita c'è stata ma certamente ora non vi è più; l'evoluzione del pianeta nel corso della sua storia, non ha offerto le condizioni generali che invece presentava la Terra e ciò ha determinato la possibile estinzione di qualsiasi forma di vita primordiale in fieri. Anche le tracce di microbatteri fossili risalenti ad alcuni miliardi di anni fa, di origine non terrestre, scoperti all'interno del meteorite di origine marziana ALH8001, potrebbero confermare la tesi sopraesposta. Indubbiamente, Marte è il pianeta dopo la Terra, che presenta le condizioni fisiche e climatiche più consone allo sviluppo della vita e per questo è stato sempre osservato e studiato con particolare riguardo; sicuramente sarà la prossima conquista spaziale dell'essere umano.
GIOVE
E' il più grande pianeta del Sistema Solare; è composto soprattutto di H e He ed è quindi simile, per composizione, al nostro Sole. Se avesse accumulato più Idrogeno avrebbero potuto innescarsi anche in questo pianeta le reazioni di fusione termonucleare come sul Sole, diventando una Stella. Non è riuscito però ad accumulare questo H ed è quindi rimasto solo un grosso pianeta. Questa teorizzazione ha anche una dimostrazione sperimentale e cioè che Giove ha una temperatura media altissima, cioè emette molta più energia-calore di quanta ne riceve dal Sole. Gli altri pianeti ricevono energia solare e ne restituiscono una quantità inferiore, Giove ne restituisce di più e questo dimostra che nel suo interno c'è una temperatura molto alta rispetto agli altri, a conferma della sua evoluzione di stella mancata. Giove è stato sorvolato dalle sonde Pioneer, Voyager e Galileo.
SATURNO
E' molto simile a Giove, è solo un po' più piccolo ed ha un'atmosfera composta da H - He e tracce di ammoniaca. Ha la caratteristica di avere un grande anello equatoriale. Gli anelli non sono una struttura rigida, ma sono innumerevoli corpi che vanno dalle dimensioni di pochi cm a qualche metro e che orbitano tutti attorno al pianeta. Le zone scure sugli anelli sono le parti dell'anello prive di pulviscolo. Tra alcuni anni sarà raggiunto dalla sonda Cassini - Huygens e negli anni ottanta è stata già visitata dalle sonde Voyager I e II.
URANO e NETTUNO
Sono dei pianeti gassosi simili a Giove e Saturno ma hanno dimensioni molto più ridotte, temperature molto minori e un'atmosfera molto più regolare. Sono stati sorvolati entrambi dalla sonda americana Voyager II nel 1986 e nel 1989. Entrambi hanno apparati di anelli equatoriali come quelli di Saturno ma molto più piccoli (gli anelli di Nettuno sono spezzati e cioè sono caratterizzati dalla presenze di zone ampie in cui non ci sono materiali). Urano inoltre ha la caratteristica di avere il piano di rotazione parallelo a quello di rivoluzione per cui più che ruotare attorno al Sole, rotola. Probabilmente questi pianeti sono costituiti da ammoniaca metallica (NH3) ed un misto di metano (CH4), ammonio (NH4), acqua (H2O) e neon (Ne). Ciò spiegherebbe il fatto che questi pianeti pur avendo un diametro di circa 1/3 rispetto agli altri pianeti gassosi, hanno una densità media circa doppia rispetto a quelli.
PLUTONE
E' il pianeta più esterno del Sistema Solare e più lontano dal Sole. E' stato osservato solo da Terra per mezzo dell'Hubble Space Telescope (telescopio spaziale - HST). Plutone ha anche un satellite, che è circa la metà del suo diametro, Caronte e molti planetologi sono dell'avviso che si tratti di una sorta di pianeta doppio. Negli ultimi mesi si è conclusa la disputa dell'International Astronomical Union, che voleva declassare Plutone al rango di capostipite della fascia dei corpi trasnettuniani detti anche plutini. Invece si è concluso che per le sue caratteristiche Plutone deve essere considerato a tutti gli effetti come il nono pianeta del Sistema Solare.

Un sistema utile per calcolare le distanze dei pianeti dal Sole, nel passato è certamente stata la cd. legge di Titius Bodie; trattasi di una legge sperimentale, che mette in relazione il numero di distanza del pianeta dal Sole (n) e la sua posizione rispetto a questo. Se noi completiamo la formula sottostante r con la n riportata nella prima colonna della tabella 1, avremo i risultati riportati nella seconda colonna, e cioè la distanza dal Sole espressa in Unità Astronomica. Notare la presenza nella tabella dei Pianetini, che risultavano anche prima di essere scoperti visualmente nel 1801 da Giuseppe Piazzi. Da questa apparente discordanza della Legge, si comprese che esistevano uno o più pianeti nella zona orbitale compresa tra Marte e Giove.

Lavoro ultimato il 30.10.2002