UNIVERSO, STELLE E
SISTEMA SOLARE
UNIVERSO
Con il termine Universo si intende tutto ciò che ci
circonda: le stelle, i pianeti e tutti gli altri oggetti
che vediamo nel cielo (insieme ad una enorme
quantità di altre cose che non vediamo) fanno
parte dell’Universo.
Riducendo il discorso all’essenziale possiamo dire
che l’Universo è composto da due “ingredienti”:
MATERIA e ENERGIA.
NASCITA DELL’UNIVERSO
La teoria più accreditata afferma che l’Universo si sia
formato a partire da una grande esplosione: il Big
Bang.
Secondo questa teoria l’Universo si sarebbe formato
circa 14 miliardi di anni fa. Tutta la massa e l’energia
dell’universo si trovavano concentrate in un volume
piccolissimo. A causa delle altissime temperature
(1500 Ml °C) la materia ha cominciato ad espandersi
(esplosione). Nel giro di pochi minuti la temperatura è
scesa moltissimo (300 Ml °C) e si sono formati gli
atomi degli elementi più leggeri: idrogeno ed elio.
NASCITA DELL’UNIVERSO
Sono stati necessari ancora 300.000 anni affinché
questi atomi diventassero stabili.
Secondo questa teoria l’Universo è in continua
espansione.
GALASSIE
La forza dell’esplosione ha spinto la materia sempre più lontano.
Ma ha questa forza ha cominciato a contrapporsi una seconda
forza: la forza di gravità.
Grazie alla sua azione la materia nell’Universo non è distribuita in
modo uniforme, ma organizzata in ammassi giganteschi: le
Galassie.
Queste sono formate da miliardi di stelle e anche al loro interno la
materia non è uniformemente distribuita.
LE STELLE
Sono corpi celesti che brillano di luce propria costituite
in gran parte da Idrogeno ed Elio.
 La luminosità di una stella è dovuta alle reazioni di
fusione termonucleari che avvengono sulla sua
superficie;
 Il colore di una stella dipende dalla sua temperatura
superficie ( la temperatura superficiale di una stella è
legata anche alla sua vita: più è calda meno vive).
Sulla base della luminosità e della temperatura di una
stella, è possibile costruire un diagramma che
evidenzia la distribuzione delle stelle rispetto a
queste due grandezze.
DIAGRAMMA H-R (Hertzsprung-Russel)
NASCITA E VITA DI UNA STELLA
Le stelle nascono da enormi nubi di polveri e gas
cosmico (soprattutto idrogeno e elio): le nebulose.
Il materiale che costituisce le nebulose, sotto l’azione
della forza di attrazione gravitazionale, tendono a
raggrupparsi in blocchi via via sempre più grandi. Le
conseguenze
di
questo
fenomeno
sono
essenzialmente due:
 Aumento di massa (forza gravitazionale);
 Aumento di temperatura (particelle più interne
sottoposte a pressioni crescenti).
NASCITA E VITA DI UNA STELLA
La futura vita della stella dipende essenzialmente dalla
sua massa iniziale, più è grande alla nascita e più
breve sarà la sua esistenza:
 Le più grandi vivono un centinaio di milioni di anni;
 Le più piccoli vivono più di 100 miliardi di anni.
Affinché questa massa di gas e polveri si trasformi in
una stella è necessario che sia talmente grande da
portare la temperatura del suo nucleo fino a qualche
milione di gradi.
Se è troppo piccola non riesce a raggiungere la
temperatura sufficiente e sopravvive come qualcosa
IL MOTORE DELLE STELLE
Nel nucleo di una stella avvengono le reazioni di fusione
termonucleare in cui quattro nuclei di idrogeno si fondono
per formare un nucleo di elio ed energia che si libera.
IL MOTORE DELLE STELLE
L’energia che si origina nel nucleo produce una
pressione che spinge verso l’esterno. La forza di
gravità spinge verso l’interno. La stella raggiunge
l’equilibrio quando le due forze si equivalgono.
NASCITA E VITA DI UNA STELLA
La stella in queste condizioni vive un tempo variabile
(che dipende dalla sua massa iniziale), e comunque
fin quando dura il suo combustibile (H). Quando tutto
l’idrogeno si sarà trasformato in elio, verrà meno una
delle due forze che garantiscono l’equilibrio della
stella, la stella a questo punto collassa su se stessa e
la sua “seconda vita” sarà determinata ancora una
volta dalla sua massa iniziale.
NASCITA E VITA DI UNA STELLA
Il nostro Sole ad esempio, una volta esaurito l’idrogeno collasserà su
se stesso, determinando però un nuovo aumento di temperatura e
l’innescarsi di nuove reazioni nucleari che porteranno alla
formazione di elementi più pesanti.
La sua forza di espansione,
dovuta alla fusione
nucleare, aumenterà di
nuovo e ciò determinerà un
aumento dell’involucro
stellare: il Sole si sarà
trasformato un una gigante
rossa (le sue dimensioni
saranno tali da lambire
l’orbita terrestre).
Esaurito anche questo
carburante la stella torna a
contrarsi trasformandosi un
una nana bianca ormai
fredda e non più brillante.
IL SISTEMA SOLARE
Il sistema solare è composto dal Sole e da tutti gli altri corpi celesti
(pianeti, comete, meteore e asteroidi) che gli girano intorno.
Il Sole costituisce il 99% della massa dell’intero sistema solare; la sua
attrazione gravitazionale è grandissima ed è per questo che tutti gli
altri corpi celesti gli gravitano intorno.
IL SOLE
Il Sole è una stella gialla di medie
dimensioni.
La sua distanza dalla Terra è di 150 Mil.
di Km.
Partendo dal suo interno possiamo
distinguere vari strati:
 Nucleo: reazioni termonucleari (10
M. di gradi);
 Zona radiativa: il calore si propaga
per irraggiamento;
 Zona
convettiva: il calore si
propaga per movimento di materia
(moti convettivi);
 Fotosfera: superficie visibile del
Sole (6000 °C; macchie solari);
 Cromosfera
(atmosfera): visibile
solo
nelle
eclissi
solari
(protuberanze);
 Corona (atmosfera): visibile solo
nelle eclissi solari, costituita da
particelle ionizzate che formano il
vento solare.
IL SISTEMA SOLARE
I pianeti del Sistema solare in base alla loro posizione rispetto alla
fascia degli asteroidi che si trova tra Marte e Giove, possono
essere distinti in:

Pianeti interni o di tipo terrestre: Mercurio, Venere, Terra e
Marte.
Sono piccoli e solidi, possono avere o non avere una atmosfera
che comunque è formata da elementi più pesanti dell’idrogeno e
dell’elio.

Pianeti esterni o di tipo gioviano: Giove, Saturno, Urano,
Nettuno e Plutone.
La grande massa (forza di gravità) e la distanza dal Sole gli
permettono di avere una atmosfera densa composta da elementi
leggeri.
Plutone dal 2006 è stato retrocesso al rango di pianeta nano.
Alcuni pianeti del Sistema solare hanno 1 o molti satelliti che gli
ruotano intorno.
IL SISTEMA SOLARE
IL MOVIMENTO DEI PIANETI
INTORNO AL SOLE
I pianeti si muovono intorno al Sole e le loro orbite sono
descritte dalle tre leggi di Keplero e dalla legge di
gravitazione universale di Newton.
PRIMA LEGGE DI KEPLERO
I pianeti ruotano intorno al Sole seguendo orbite
ellittiche, di cui il Sole occupa uno dei fuochi.
La conseguenza di questa legge è che i pianeti, nel loro moto
di rivoluzione, si trovano talvolta più vicini al Sole
(PERIELIO) talvolta più lontani (AFELIO).
SECONDA LEGGE DI KEPLERO
Il raggio vettore che unisce il Sole ad un pianeta
copre aree uguali in tempi uguali.
Questo significa che la velocità di rivoluzione dei pianeti non è
costante.
Infatti affinchè il raggio vettore possa spazzare un’area uguale a
parità di tempo, il pianeta deve muoversi più lentamente quando si
trova in afelio e più velocemente quando si trova in perielio.
TERZA LEGGE DI KEPLERO
I quadrati dei periodi di rivoluzione dei pianeti sono
proporzionali ai cubi delle loro distanze medie dal
Sole.
Più semplicemente questa legge dice che quanto più un pianeta è lontano
dal Sole tanto più la sua velocità di rivoluzione è minore.
NEWTON E LA LEGGE DI
GRAVITAZIONE UNIVERSALE
Le leggi di Keplero ci aiutano a capire, in termini
matematici, come si muovono i pianeti intorno al
Sole, ma nulla ci dicono sul perché si mantengono in
questa orbita, rivoluzione dopo rivoluzione.
Newton fu il primo ad intuire l’esistenza di una forza di
attrazione (esercitata dal Sole, ma anche dai pianeti).
LEGGE DI GRAVITAZIONE
UNIVERSALE

Due corpi si attirano reciprocamente con una forza la cui
intensità è direttamente proporzionale al prodotto delle
loro masse e inversamente proporzionale al quadrato
della loro distanza.
mM
F G 2
d
F = forza di attrazione gravitazionale;
G = costante di gravitazione;
m e M = masse dei corpi;
d = distanza dei corpi.
E’ questa forza, dovuta alla gravità, che tiene legati i pianeti al Sole e i
satelliti ai pianeti e fa descrivere a ciascuno la sua particolare orbita.