Una Panoramica del Sistema Solare - Lezione 5
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Una Panoramica del
Sistema Solare
Lezione 5
Sommario
Pianeti: orbite e proprietà
I pianeti Terrestri
I pianeti Gioviani
I pianeti nani della “Kuiper Belt”
I detriti spaziali (Comete, Asteroidi, Meteoroidi)
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 2
I Pianeti del Sistema Solare
Pianeti Terrestri
4 pianeti interni piccoli
Mercurio Marte e rocciosi
0.387 UA Venere Terra 1.524 UA
Sole 0.723 UA 1.000 UA
Distanze dal Sole
Sole
Giove Saturno
5.203 UA 9.554 UA
Urano Nettuno
19.194 UA 30.066 UA Plutone
39.537 UA Pianeti Gioviani
4 pianeti esterni giganti
gassosi/liquidi
(e Plutone ?)
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 3
Le orbite dei pianeti
Vista del sistema
solare da sopra
I pianeti orbitano attorno al
Sole ruotando nello stesso
verso.
Le orbite sono quasi
complanari.
Le orbite sono quasi
circolari.
Eccezioni:
Plutone e Mercurio
hanno orbite
moderatamente ellittiche.
Il piano dell’orbita di
Vista laterale del
Plutone è inclinato
sistema solare rispetto all’eclittica.
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 4
Dati fisici dei pianeti
Pianeta Massa Diametro Densità
(M⊕) (D⊕) (kg m-3)
Mercurio 0.055 0.382 5430
Venere 0.815 0.949 5243
Terra 1.000 1.000 5515
Marte 0.107 0.533 3934
Giove 317.9 11.19 1326
Saturno 95.18 9.46 687
Urano 14.54 4.01 1318
Nettuno 17.13 3.81 1715
Plutone 0.002 0.182 2000
Densità dell’acqua: 1000 kg m-3
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 5
Pianeti Terrestri
Relativamente densi: Luna
Massa ≤ 1 M ; Mercurio
Raggio ≤ 1 R .
Superficie rocciosa.
Composti di Fe, O, Terra
Si, Mg, Ni, S.
Struttura interna Venere
simile con nucleo e (immagine radar)
mantello.
Marte
La superficie di Venere
non può essere osservata
Ruotano lentamente. Venere
(visibile)
direttamente da Terra a
Poche lune e nessun causa della sua copertura
anello. nuvolosa.
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 6La Terra Il più grande ed il più massiccio dei pianeti terrestri. Geologicamente attivo (deriva dei continenti, vulcanismo, terremoti, ecc.) Atmosfera relativamente densa. Acqua presente simultaneamente nelle sue 3 fasi (Ghiaccio, Liquido, Vapore). Possiede un campo magnetico. Temperatura superficiale 220-320 K. AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 7
Il campo magnetico terrestre
Prodotto da un “effetto dinamo”.
La rotazione e la convezione
producono correnti elettriche nel
nucleo liquido di ferro/nickel.
Le correnti elettriche producono
campo magnetico.
Il campo magnetico deflette il vento solare
composto di particelle di alta energia.
Queste rimangono intrappolate nelle
“fasce di radiazione” (Fasce di Van Allen).
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 8Le Aurore Aurora Borealis (Emisfero Nord) Vista dallo Space Shuttle Aurora Australis (Emisfero Sud) Le Aurore sono provocate dalle particelle cariche e molto energetiche intrappolate nelle fasce di radiazione. Le collisioni con atomi e molecole nell’atmosfera terrestre eccitano, ionizzano e dissociano atomi e molecole. Gli atomi e le molecole ionizzati ed eccitati emettono luce dando luogo alle Aurore. AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 9
L’atmosfera terrestre
L’atmosfera primordiale era
Composizione dell’atmosfera terrestre
composta di H, He e metano.
Gas % in peso
La composizione si è
modificata notevolmente da
allora per:
➡ produzione di gas (rilasciati
da attività vulcanica ecc.
come CO2, N2, H2O);
➡ bombardamento di meteoriti ghiacciati e comete (H20);
➡ gran parte della CO2 si è sciolta negli oceani;
➡ lo sviluppo della vita produce O (fotosintesi, CO2
assorbita e convertita a O2).
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 10La Luna
La densità media (3340 kg m-3) è Mari
simile a quella del mantello della
Terra.
L’interno è freddo con scarsa
attività geologica.
La superficie è caratterizzata da:
Altopiani con molti crateri
Mari (bassopiani) formati da
colate laviche. Crateri
Altopiani
lunari
Non ha atmosfera.
Rotazione sincrona (Periodo rotazione = periodo siderale orbitale).
Mostra sempre la stessa faccia alla Terra (succede anche in molte altre
lune).
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 11La formazione della Luna
Attualmente è favorita la Teoria del Grande Impatto.
... e l’impatto gigantesco proiettò nello
spazio una pioggia di detriti provenienti sia
Durante gli ultimi stadi di crescita della dalla Terra che dal corpo esterno.
Terra (~4.5 miliardi di anni fà) un corpo
delle dimensioni di Marte colpì la Terra ...
Corpo
esterno
4.2 min dopo l’impatto 8.4 min 125 min
L’impatto accelerò la La Terra si riformò ... e la Luna si formò
rotazione della Terra e ne come corpo in gran per aggregazione Le rocce lunari antiche riportate dagli
inclinò l’asse di 23°. parte fuso ... dei detriti. astronauti dell’Apollo supportano
l’ipotesi del grande impatto
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 12Mercurio
✦ Piccole dimensioni e piccola
massa, alta densità (grande
nucleo metallico, 5% del
raggio).
✦ No atmosfera.
✦ Temperatura superficiale:
600 K (“giorno”)
100 K (“notte”)
✦ Debole campo magnetico
✦ Geologicamente quiescente.
✦ Superficie molto craterizzata.
✦ Periodo rotazione = 2/3 periodo
siderale (questo accoppiamento
rotazione-orbita è unico nel
sistema solare).
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 13I Crateri
I crateri da impatto sono comuni in tutto il Un meteorite si
avvicina alla superficie
sistema solare (Mercurio, Luna, Marte, lunare ad alta velocità.
asteroidi, ecc.).
Sono causati dall’impatto con meteoriti e Con l’impatto il
meteorite è deformato,
sono abbastanza rari sulla Terra riscaldato e volatilizzato.
(atmosfera ...).
L’esplosione
Assenti sui risultante crea un
cratere circolare.
pianeti
Gioviani
Mercurio
(gassosi ...). L’assestamento crea
terrazze ed il
rimbalzo può creare il
La Luna picco centrale.
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 14I crateri da impatto sulla Terra
Meteor Crater, Arizona,
USA
Diametro 1.2 km,
impatto 30000 anni fa
Chixulub. Mexico
Diametro 170 km, impatto
65 milioni di anni fa
Al momento sono noti circa 170
crateri da impatto sulla Terra,
Manicouagan Impact Crater, Canada
Diametro 70 km, impatto 200 milioni di anni fa 27 hanno un diametro > 25 km!
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 15Venere Simile alla Terra in massa, raggio e densità (e struttura interna). Atmosfera densa: 96% CO2 Nuvole spesse di vapor d’acqua e acido solforico. Temperatura superficiale di circa 740 K (effetto serra). La rotazione è lenta e retrograda: Periodo di rotazione 243 d; Periodo orbitale 224.6 d. Nessun campo magnetico (problema per la teoria della “dinamo”) AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 16
L’effetto serra
Luce del sole (visibile)
La superficie del pianeta è
riscaldata dalla radiazione solare Atmosfera
del pianeta
Radiazione
infrarossa
(principalmente visibile).
Il calore è re-irradiato dalla
superficie sotto forma di
radiazione infrarossa.
CO2 e altri gas nell’atmosfera Rivoluzione
assorbono l’infrarosso facendo industriale
aumentare la temperatura.
L’alta concentrazione di CO2
nell’atmosfera di Venere causa un
fortissimo effetto serra.
L’effetto serra sulla Terra è poco
(per ora ...).
Anno
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 17Marte
1/2 del raggio terrestre; 1/10 della
massa:
densità relativamente bassa;
nucleo meno denso e più piccolo.
Il periodo di rotazione e l’inclinazione
dell’asse sono simili a quelli della Terra
(stagioni → la calotta ghiacciata polare
cresce e si restringe).
Campo magnetico estremamente
debole (dovrebbe essere più forte
secondo la teoria della dinamo).
Atmosfera rarefatta (95% CO2).
Temperatura superficiale 1330 K → 290 K
Attività vulcanica (ma nessuna placca tettonica).
Evidenze geologiche di erosione da acqua.
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 18I Pianeti Gioviani
Sono oltre la fascia degli
asteroidi.
Bassa densità ma grande
Giove
massa.
Composti principalmente di
H ed He.
Grande Macchia Rossa
Ruotano rapidamente (< 1 d)
Hanno molte lune.
Saturno Tutti hanno anelli.
Nettuno
I 4 pianeti gioviani
Urano
contengono da soli il 99.5%
di tutta la massa planetaria.
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 19Giove
Il pianeta più grande e più
massiccio (densità 1.34 g/cm3).
Composto principalmente di H
(78%) ed He (19%) in fase
gassosa e liquida (interno).
Temperatura ~150 K (in cima
Grande Macchia Rossa
alle nubi).
Ruota rapidamente con periodo
~10 h (questo causa uno
Ombra di una luna
schiacciamento polare).
Le bande sono zone di alta/
bassa pressione che emergono/
La Grande Macchia affondano nell’atmosfera.
Rossa è una Forte campo magnetico
gigantesca (magnetosfera e aurore).
tempesta.
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 20Le Lune di Giove
Giove ha almeno 61 satelliti naturali (al settembre 2004)
In gran parte sono asteroidi catturati.
Le 4 grandi lune Galileiane sono primordiali e la loro struttura
sembra essere legata al raggio della loro orbita.
Dimensioni e densità simili alla Luna Più grandi ma meno dense
Roccioso, attività Roccioso, H2O liquida,
vulcanica estrema crosta ghiacciata
Nucleo di ferro (?), Interno roccioso e
interno roccioso e con H2O ghiacciata,
con H2O ghiacciata, H2O liquida (?),
Dimensioni della Luna
crosta di ghiaccio crosta di ghiaccio
Io Europa Ganimede Callisto
Verso Giove
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 21Saturno
Il secondo pianeta più Zone
grande con 1/3 della (colori chiari)
massa di Giove.
Densità
media:
Simile a Giove in 670 kg m-3
composizione e ➙galleggia! Fasce
struttura. (colori
scuri)
Periodo di rotazione
Ombra di Mimas
10 h (grosso (una luna di Saturno)
schiacciamento
polare).
Temperatura ~90 K (cima delle nubi).
Irraggia almeno il doppio dell’energia che riceve dal Sole.
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 22Gli anelli di Saturno
Esistono 3 anelli principali che si
estendono per 140,000 km dal
centro del pianeta e sono spessi
solo 10 m!
Sono composti di particelle di
ghiaccio (H2O) e sono i detriti
risultanti dalla collisione tra
comete e le lune di Saturno.
Seguono le leggi di Keplero!
La loro struttura è determinata
dall’influenza gravitazionale delle
lune di Saturno (Satelliti Pastori).
Vista ravvicinata dalla sonda Cassini
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 23Nuove immagini dalla sonda Cassini (Febbraio 2007)
Nuove immagini dalla sonda Cassini (Febbraio 2007): lo spessore degli anelli.
Urano, il gigante di ghiaccio 1/3 del diametro ma solo 5% della massa di Giove. La struttura interna è poco conosciuta: nucleo di elementi pesanti (?) e mantello di ghiaccio. L’atmosfera è ricca di H, He, CH4 Il colore blu è dovuto all’assorbimento di luce rossa da parte del metano nell’atmosfera. Temperatura ~50 K (cima delle nubi). Possiede 5 grandi lune di roccia e/o ghiaccio. L’asse di rotazione è inclinato di 98° con piano dell’orbita. AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 26
Nettuno
Simile in dimensioni, densità e
colore ad Urano (➩ struttura e Zone Fasce
composizione simili). (blu chiaro) (blu scuro)
La sua esistenza e la sua
posizione erano state predette
applicando le leggi di Newton
all’orbita di Urano (Adams e
Leverrier 1845-46).
Le due lune più grandi hanno
moti peculiari (per incontro con
planetesimi giganti?):
Tritone ha un moto retrogrado
(in senso orario)
Nereide ha un’orbita fortemente Nubi di alta
Polo Sud
quota
ellittica).
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 27Plutone e Caronte Plutone è stato scoperto nel Immagine di HST 1930. Il satellite Caronte nel 1978 e due lune minori nel 2005 con HST. Il suo diametro è solo 2/3 di quello della Luna e la massa è < 20% di quella della Luna. Orbita fortemente ellittica (talvolta è più vicino al Sole di Nettuno) inclinata di 17° rispetto al piano dell’eclittica. L’asse di rotazione è inclinato di ~120° rispetto al piano Declassato a “Pianeta Nano” nel 2006. dell’orbita. Adesso è solo uno dei tanti La temperatura superficiale è di planetesimi che occupano la Fascia di ~40 K. Kuiper oltre Nettuno. AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 28
I pianeti della Kuiper Belt
Nella fascia di Kuiper (Kuiper belt)
ed oltre sono stati recentemente Orbita di Plutone
scoperti diversi corpi delle
dimensioni di Plutone. Oggetti della
“Kuiper Belt”
Dysnomia
Eris Il più recente è Eris (Luglio 2005)
con un semiasse dell’orbita di 97
UA ed un diametro del 25% più
grande di Plutone. Ha un satellite.
Sono stati trovati anche diversi
oggetti leggermente più piccoli che
Sole sono stati riclassificati come
“pianeti nani” (2006).
Creazione artistica NASA/JPL-Caltech
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 29“Detriti” spaziali Molti piccoli corpi orbitano attorno al Sole, detriti rimasti dalla formazione del sistema solare. Meteoroidi particelle di polvere interplanetario o di comete (~1 μm) detriti dalla collisioni tra asteroidi (~0.1-100 m) Asteroidi frammenti di roccia (diametro 1-1000 km) Comete nuclei di ghiaccio (diametro ~10-100 km) le code, che si formano per la loro vaporizzazione da parte del Sole, sono lunghe fino a ~106 km. AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 30
Asteroidi
La maggior parte orbita il Sole Molti asteroidi orbitano attorno
al Sole in una fascia larga 1.5 UA
tra 2 e 4 UA (La Fascia degli tra le orbite di Marte e Giove.
Asteroidi).
L’asteroide più grande noto è
Cerere (diametro ~900 km).
La maggioranza sono molto
più piccoli.
Gli asteroidi Troiani orbitano
con Giove nei punti
Lagrangiani (zone stabili).
Gli asteroidi Apollo-Amor hanno orbite altamente ellittiche che
attraversano il sistema solare interno (rischio collisioni con la Terra).
Sono resti di planetesimi confinati dalla gravità di Giove
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 31Comete
Coda
di Ioni
I nuclei consistono di fragile
roccia porosa che contiene
Coda di
polvere
un miscuglio di ghiacci (H2O,
Orbita della Cometa
CO2, NH4) e polvere.
Sole
Nucleo
Perielio Il nucleo vaporizza
vicino al Perielio.
Coma
Le comete hanno orbite fortemente ellittiche.
Le comete a lungo periodo (> 200 yr) si Hanno due “code”:
pensa che abbiano origine nella nube di Oort coda di ioni (gas ionizzato
(104-105 UA). portato via dal vento solare).
Quello a periodo corto dalla Kuiper Belt coda di polveri (portata via dalla
(30-100 UA). pressione di radiazione del sole).
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 32Meteoroidi, Meteore e Meteoriti
Piano dell’orbita del meteoroide
Meteoroide (piccolo corpo in orbita).
Col tempo i
frammenti della
Meteora (corpo che si vaporizza cometa si
distribuiscono
nell’atmosfera terrestre). lungo l’orbita.
Sole
Meteorite (resto dopo la collisione con
la Terra). Piano Terra
dell’orbita
terrestre
Le piogge di meteore si hanno quando
la Terra attraversa sciami di detriti
cometari (non lasciano meteoriti).
Solo i meteoroidi rocciosi o metallici
formano crateri da impatto.
La Terra acquista
~40,000 tonnellate/anno dai meteoriti.
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 33Conclusioni Orbite Quasi tutti i pianeti orbitano quasi nello stesso piano Tutte le orbite sono in senso antiorario. Quasi tutto ruotano attorno al proprio asse nello stesso senso. Esistono 2 (3?) tipi di pianeti: Terrestri (i 4 interni; piccoli, molto densi) Gioviani (i 4 esterni; giganti, bassa densità) Plutone ora è solo uno dei tanti corpi della Kuiper Belt denominati “pianeti nani”. Ci sono molti corpi piccoli in orbita attorno al Sole. Comete, Asteroidi, Meteoroidi. L’età del Sistema Solare è ~4.6×109 anni (datazione per radioattività delle rocce più antiche note). AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 34
World Wide Web
NASA (missioni, scienza, immagini):
http://solarsystem.nasa.gov/index.cfm
http://saturn.jpl.nasa.gov/home/index.cfm
Sito sui nove otto pianeti del Sistema Solare
http://www.nineplanets.org/
“Pianeti nani” nella Kuiper belt
http://www.gps.caltech.edu/~Embrown/
Origine della Luna
http://www.psi.edu/projects/moon/moon.html
AA 2007/2008 Astronomia ➫ Lezione 5 35Puoi anche leggere
