Tano Cavattoni
L’Universo
Età 13,7 miliardi di anni
Capitolo 8
La corte del Sole
Quando contempliamo gli anelli si Saturno dal punto di vista
puramente scientifico, essi diventano i più rimarchevoli fra i corpo
celesti [...]. Quando abbiamo visto quel grande arco che si curva
sopra l’equatore del pianeta senza alcuna connessione visibile, la
nostra mente non può più trovare quiete.
James Klerk Maxwell
T. Cavattoni - l’Universo età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore 2010
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Capitolo 8
La corte del Sole
Caratteri generali
Un primo sguardo
Nascita del sistema solare
Lezione 19
§ 8.1
§ 8.2
Lezione 20
§ 8.3
§ 8.4
§ 8.5
I pianeti terrestri
Mercurio
Venere
Marte
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Capitolo 8
La corte del Sole
I pianeti gioviani
Giove
Saturno
Urano
Nettuno
Lezione 21
§ 8.6
§ 8.7
§ 8.8
§ 8.9
Lezione 22
I corpi minori del sistema solare
§ 8.10 Asteroidi
e pianeti nani
§ 8.11 Comete e nube di Oort
§ 8.12 Meteore, meteoroidi, meteoriti
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§ 8.1
Un primo sguardo
Il sistema solare è l’insieme costituito dal Sole e da
tutti i corpi che vi orbitano intorno.
Fascia di Kuiper
il confine del
sistema solare.
* La distanza Terra-Sole è pari a 1 UA.
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§ 8.1
Un primo sguardo
Dimensioni in scala dei corpi del sistema solare.
Se il Sole avesse un diametro di 1 m, la Terra sarebbe una
pallina da 1 cm a 110 m di distanza. Nettuno sarebbe a 3,3 km.
I numeri indicano la distanza dal Sole in UA.
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§ 8.1
Un primo sguardo
Masse relative
dei principali
corpi del
sistema solare
(Terra = 1) .
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§ 8.1
Un primo sguardo
I pianeti visti dalla Terra.
L’elongazione è l’angolo α compreso fra le direzioni di vista
Terra-Sole e Terra-pianeta.
Posizioni dei pianeti interni
A Congiunzione inferiore:
pianeta fra Sole e Terra (α = 0°).
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§ 8.1
Un primo sguardo
I pianeti visti dalla Terra.
L’elongazione è l’angolo α compreso fra le direzioni di vista
Terra-Sole e Terra-pianeta.
Posizioni dei pianeti interni
A Congiunzione inferiore:
pianeta fra Sole e Terra (α = 0°).
B Congiunzione superiore:
il pianeta è dalla parte opposta
rispetto al Sole (α = 0°).
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§ 8.1
Un primo sguardo
I pianeti visti dalla Terra.
L’elongazione è l’angolo α compreso fra le direzioni di vista
Terra-Sole e Terra-pianeta.
Posizioni dei pianeti interni
A Congiunzione inferiore:
pianeta fra Sole e Terra (α = 0°).
B Congiunzione superiore:
il pianeta è dalla parte opposta
rispetto al Sole (α = 0°).
C Massima elongazione est:
il pianeta si vede alla sera.
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§ 8.1
Un primo sguardo
I pianeti visti dalla Terra.
L’elongazione è l’angolo α compreso fra le direzioni di vista
Terra-Sole e Terra-pianeta.
Posizioni dei pianeti interni
A Congiunzione inferiore:
pianeta fra Sole e Terra (α = 0°).
B Congiunzione superiore:
il pianeta è dalla parte opposta
rispetto al Sole (α = 0°).
C Massima elongazione est:
il pianeta si vede alla sera.
D Massima elongazione ovest:
il pianeta si vede al mattino.
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§ 8.1
Un primo sguardo
I pianeti visti dalla Terra.
L’elongazione è l’angolo α compreso fra le direzioni di vista
Terra-Sole e Terra-pianeta.
Posizioni dei pianeti esterni
E Opposizione: il pianeta è dalla
parte opposta del Sole, rispetto alla
Terra (α = 180°).
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§ 8.1
Un primo sguardo
I pianeti visti dalla Terra.
L’elongazione è l’angolo α compreso fra le direzioni di vista
Terra-Sole e Terra-pianeta.
Posizioni dei pianeti esterni
E Opposizione: il pianeta è dalla
parte opposta del Sole, rispetto alla
Terra (α = 180°).
F Congiunzione: il pianeta si
trova dall’altra parte del Sole
(α = 0°).
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§ 8.1
Un primo sguardo
I pianeti visti dalla Terra.
L’elongazione è l’angolo α compreso fra le direzioni di vista
Terra-Sole e Terra-pianeta.
Posizioni dei pianeti esterni
E Opposizione: il pianeta è dalla
parte opposta del Sole, rispetto alla
Terra (α = 180°).
F Congiunzione: il pianeta si
trova dall’altra parte del Sole
(α = 0°).
G Quadratura: l’elongazione del
pianeta è un angolo retto (α =
90°).
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§ 8.2
Nascita del sistema solare
5 miliardi di anni fa
Inizia il collasso di una nube
fredda (qualche kelvin). Gas
e polveri precipitano e si
innalza la temperatura.
Al centro nasce il protosole:
il Sole nelle fasi iniziali,
quando ancora non si è
innescata la fusione nel
nucleo.
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§ 8.2
Nascita del sistema solare
Il disco di
accrescimento
La materia che precipita
verso il protosole genera il
disco di accrescimento.
Dopo 100 000 anni, la
temperatura al centro è di
migliaia di kelvin, ai bordi del
disco è di qualche decina di
kelvin.
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§ 8.2
Nascita del sistema solare
I planetesimi
All’interno del disco, polveri e
gas iniziano ad aggregarsi
dando vita ai planetesimi:
corpi di roccia e ghiaccio che
concorrono alla formazione
di un corpo maggiore.
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§ 8.2
Nascita del sistema solare
I protopianeti
La continua aggregazione
attorno ai corpi maggiori
diminuisce il numero dei
planetesimi e porta alla
formazione dei protopianeti.
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§ 8.3
Mercurio
Il pianeta più vicino al Sole è visibile, con una certa difficoltà,
solo all’alba o al tramonto. L’eccentricità dell’orbita è la
maggiore del sistema solare: 0,2. Il periodo di rotazione è 2/3
di quello di rivoluzione: il giorno dura 2 anni mercuriani. La
temperatura varia fra i –180 e i 420 °C.
Distanza media dal Sole:
Raggio equatoriale:
Massa:
Densità media:
Periodo di rivoluzione:
Periodo di rotazione:
Accelerazione di gravità:
Velocità di fuga:
Temperatura media (sup.)
Albedo
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0,387 UA
2438 km
3,3·1023 kg
5,43 g/cm3
88 giorni
58,6 giorni
2,78 m/s2
4,44 km/s
125 °C
0,06
19
§ 8.4
Venere
L’albedo di Venere (ossia il rapporto fra l’intensità luminosa
riflessa e quella incidente) è il maggiore del sistema solare:
Venere è l’astro più luminoso dopo Sole e Luna.
La rotazione è retrograda, probabilmente a causa di un violento
impatto durante la sua formazione.
Distanza media dal Sole:
Raggio equatoriale:
Massa:
Densità media:
Periodo di rivoluzione:
Periodo di rotazione:
Accelerazione di gravità:
Velocità di fuga:
Temperatura media (sup.)
Albedo
0,723 UA
6052 km
4,87·1024 kg
5,25 g/cm3
225 giorni
–243 giorni
8,87 m/s2
10,4 km/s
470 °C
0,65
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20
§ 8.4
Venere
L’atmosfera di Venere è costituita per il 96% da diossido di
carbonio ed è presente un denso strato di nubi (principalmente
acido solforico), causa dell’albedo così alta. I venti raggiungono
anche la velocità di 400 km/h e la temperatura superficiale, a
causa dell’effetto serra, è di 470 °C.
Distanza media dal Sole:
Raggio equatoriale:
Massa:
Densità media:
Periodo di rivoluzione:
Periodo di rotazione:
Accelerazione di gravità:
Velocità di fuga:
Temperatura media (sup.)
Albedo
0,723 UA
6052 km
4,87·1024 kg
5,25 g/cm3
225 giorni
–243 giorni
8,87 m/s2
10,4 km/s
470 °C
0,65
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21
§ 8.5
Marte
Il “pianeta rosso” ha delle vistose calotte di ghiaccio ai poli che
risentono dell’alternarsi delle stagioni (asse inclinato di
25°19’). La sottile e rarefatta atmosfera è composta
principalmente di diossido di carbonio e sono frequenti le
nuvole d’acqua e diossido di carbonio, spinte da venti che
arrivano a 200 km/h.
Distanza media dal Sole:
Raggio equatoriale:
Massa:
Densità media:
Periodo di rivoluzione:
Periodo di rotazione:
Accelerazione di gravità:
Velocità di fuga:
Temperatura media (sup.)
Albedo
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1,52 UA
3397 km
6,42·1023 kg
3,94 g/cm3
687 giorni
1,03 giorni
3,72 m/s2
5,02 km/s
–50 °C
0,15
22
§ 8.5
Marte
Il Monte Olimpo
È il monte più alto dell’intero
sistema solare (26.000 m), supera
di 8.000 m il mare di nubi che lo
circonda.
Acqua su marte
L’unico agente che oggi modella
la superficie è il vento. In un
lontano passato era l’acqua che
disegnava profondi canali.
Adesso l’acqua superficiale è solo
allo stato solido.
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§ 8.6
Giove
Il più grande pianeta del
sistema solare e il primo
dei pianeti gioviani, i
giganti gassosi.
Distanza media dal Sole:
Raggio equatoriale:
Massa:
Densità media:
Periodo di rivoluzione:
Periodo di rotazione:
Accelerazione di gravità:
Velocità di fuga:
Temperatura media (sup.)
Albedo
5,2 UA
71 492 km
1,9·1027 kg
1,33 g/cm3
11,9 anni
0,41 giorni
22,88 m/s2
59,6 km/s
–140 °C
0,52
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§ 8.6
Giove
Giove è circondato da una
spessa e densa atmosfera,
ricca di idrogeno (90%) ed elio
(10%), con le caratteristiche
bande parallele e la grande
macchia rossa, un ciclone di
dimensioni maggiori della
Terra.
L’interno del pianeta è
composto prevalentemente da
idrogeno liquido e idrogeno
metallico. Al centro si ritiene vi
sia un nucleo di roccia e
metalli pesanti.
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§ 8.6
Giove
Il satellite Io sullo sfondo del
pianeta. Di Giove sono noti
attualmente oltre 60 satelliti. I
quattro maggiori furono visti
per la prima volta da Galilei il 7
gennaio del 1610.
L’intensa attività vulcanica su
Io, il più prossimo a Giove dei
satelliti medìcei, è provocata
dall’azione mareale del vicino
pianeta gigante.
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§ 8.7
Saturno
È il secondo pianeta per
massa e dimensioni e
possiede il più
spettacolare sistema di
anelli.
Distanza media dal Sole:
Raggio equatoriale:
Massa:
Densità media:
Periodo di rivoluzione:
Periodo di rotazione:
Accelerazione di gravità:
Velocità di fuga:
Temperatura media (sup.)
Albedo
9,54 UA
60 268 km
5,7·1026 kg
0,69 g/cm3
29,5 anni
0,426 giorni
9,05 m/s2
35,5 km/s
–190 °C
0,47
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27
§ 8.7
Saturno
Gli anelli sono formati
principalmente da ghiaccio
d’acqua e hanno un’albedo
molto alta: 0,6.
Le separazioni sono state
causate dall’azione di pulizia
di satelliti.
Di Saturno si contano più di 30
satelliti. Titano è il maggiore
del sistema solare dopo
Callisto.
Mimas, a lato, è interamente
composto di ghiaccio e ha la
superficie traforata da crateri.
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§ 8.8
Urano
Il primo pianeta a essere scoperto grazie
all’osservazione strumentale (Herschel, 1781). È
caratterizzato da una rotazione intorno ad un asse
che giace quasi sul piano orbitale.
Distanza media dal Sole:
Raggio equatoriale:
Massa:
Densità media:
Periodo di rivoluzione:
Periodo di rotazione:
Accelerazione di gravità:
Velocità di fuga:
Temperatura media (sup.)
Albedo
19,2 UA
25 559 km
8.7·1025 kg
1,29 g/cm3
84 anni
–0,746 giorni
7,77 m/s2
21,3 km/s
–220 °C
0,51
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§ 8.9
Nettuno
L’ultimo pianeta del sistema solare è caratterizzato da
un’atmosfera molto attiva, ricca di idrogeno ed elio, in
continua evoluzione. I venti che vi soffiano sono i più
intensi dell’intero sistema solare: oltre i 2000 km/h.
Distanza media dal Sole:
Raggio equatoriale:
Massa:
Densità media:
Periodo di rivoluzione:
Periodo di rotazione:
Accelerazione di gravità:
Velocità di fuga:
Temperatura media (sup.)
Albedo
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30,1 UA
24 746 km
1,02·1024 kg
1,64 g/cm3
165 anni
0,671 giorni
11 m/s2
23,5 km/s
–220 °C
0,41
30
§ 8.10
Asteroidi e pianeti nani
Asteroidi o pianetini:
sono piccoli corpi rocciosi o
metallici, solitamente non
sferici, in orbita intorno al Sole.
Hanno dimensioni comprese
fra i pochi metri e i 1000 km.
Il primo asteroide scoperto fu
Cerere, nel 1801. Oggi se ne
conoscono oltre 100 000.
Nonostante le ridotte
dimensioni, alcuni hanno un
satellite, come il caso di Ida.
L’asteroide Ida (56 km) e la sua luna Dactyl (1,5 km).
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31
§ 8.10
Asteroidi e pianeti nani
La maggior parte degli asteroidi si trovano nella
fascia degli asteroidi, compresa fra le orbite di
Marte e Giove.
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§ 8.10
Asteroidi e pianeti nani
La maggior parte degli asteroidi si trovano nella
fascia degli asteroidi, compresa fra le orbite di
Marte e Giove.
Una peculiarità degli
asteroidi è quella di
raggrupparsi in famiglie,
come quelle che si
trovano lungo l’orbita di
Giove in corrispondenza
dei punti lagrangiani L4
e L 5.
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33
§ 8.10
Asteroidi e pianeti nani
Un pianeta nano:
è un corpo di forma sferica, orbitante intorno a una
stella, non emettente luce propria e che non domina
dal punto di vista gravitazionale la propria zona
orbitale.
I pianeti nani provengono
dalla fascia di Kuiper, una
regione estesa fra le 30 e le
100 UA dal Sole.
Plutone, fino al 2006
classificato come pianeta, è
un pianeta nano.
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§ 8.11
Comete e nube di Oort
Una cometa è composta da un
nucleo di ghiaccio e polveri in
orbita intorno al Sole.
Le comete provengono dalla
nube di Oort una regione
che si estende dalle 20.000 e
le 100.000 UA dal Sole.
Quando la cometa si
avvicina al Sole (< 3 UA), il
materiale di cui è composta
inizia a sublimare.
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§ 8.11
Comete e nube di Oort
... e si forma una chioma di
polveri e gas che, ionizzato
dalla luce ultravioletta del
Sole, emette luce propria.
Il nucleo di questa cometa misura un paio di
km, la chioma è grande quanto Giove.
Sotto alle 2 UA dal Sole si
possono formare due code:
• una di gas ionizzato (monossido
di carbonio), di colore azzurro;
Le code si trovano dalla parte opposta al Sole.
• una di polveri, che riflette la luce
gialla del Sole.
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36
Meteore, meteoroidi,
meteoriti
§ 8.12
A ogni passaggio in prossimità del Sole le comete
perdono materiale che si accumula lungo la loro
traiettoria. Se la Terra attraversa la scia di detriti, nel
cielo appaiono le meteore.
La Terra attraversa la
scia di detriti lasciati
dalla cometa Swift-Tuttle
intorno al 10 agosto: le
perseidi. Il nome deriva
dalla costellazione dalla
quale sembrano
provenire: Perseo.
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37
Meteore, meteoroidi,
meteoriti
§ 8.12
La meteora è la scia luminosa che un meteoroide
provoca entrando nell’atmosfera. La luce è emessa
dai gas che vengono ionizzati dal meteoroide.
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Meteore, meteoroidi,
meteoriti
§ 8.12
Se il meteoroide ha massa superiore al kg, non
viene completamente consumato dall’atmosfera e
arriva al suolo: si ha un meteorite.
Meteora nel cielo olandese, ottobre 2009.
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