Panoramica del Sistema Solare - INAFmarconi/Lezioni/Astro09/Lezione05.pdfAA 2008/2009 Astronomia...

Lezione 5

Panoramica del Sistema Solare

AA 2008/2009 Astronomia ➫ Lezione 5

Sommario

2

Pianeti: orbite e proprietà

I pianeti Terrestri

I pianeti Gioviani

Gli oggetti Trans-Nettuniani

I detriti spaziali (Comete, Asteroidi, Meteoroidi)


I Pianeti del Sistema Solare

3

Pianeti Gioviani4 pianeti esterni

giganti gassosi/liquidi

Distanze dal Sole

Pianeti Terrestri4 pianeti interni piccoli

e rocciosi


Le orbite dei pianeti

4

I pianeti orbitano attorno al Sole ruotando nello stesso verso.Le orbite sono quasi complanari.Le orbite sono quasi circolari (eccetto Mercurio che ha un’ orbita moderatamente ellittica).

Vista da sopra

Vista di lato


Dati fisici dei pianeti

5

Pianeta Massa(M⊕)

Diametro (D⊕)

Densità (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

Densità dell’acqua: 1000 kg m-3


Pianeti Terrestri

6

Venere

(immagine radar)

Venere(visibile)

Marte

Terra

Luna

Mercurio

Relativamente densi:Massa ≤ 1 M⊕;Raggio ≤ 1 R⊕.

Superficie rocciosa.Composti di Fe, O, Si, Mg, Ni, S.

Struttura interna simile con nucleo e mantello.

Ruotano lentamente.Poche lune e nessun anello.

La superficie di Venere non può essere osservata direttamente da Terra a causa della sua copertura nuvolosa.


La Terra

7

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.


Il campo magnetico terrestre

8

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).


Le Aurore

9

Vista dallo Space ShuttleAurora Borealis (Emisfero Nord)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.


L’atmosfera terrestre

10

Composizione dell’atmosfera terrestre

% in pesoGas

L’atmosfera primordiale era composta di H, He e metano.

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).


La Luna

11

Altopiani lunari

Crateri

MariLa densità media (3340 kg m-3) è simile a quella del mantello della Terra.L’interno è freddo con scarsa attività geologica.La superficie è caratterizzata da:

Altopiani con molti crateriMari (bassopiani) formati da colate laviche.

Non ha atmosfera.Rotazione sincrona (Periodo rotazione = periodo siderale orbitale).Mostra sempre la stessa faccia alla Terra (succede anche in molte altre lune).


La formazione della Luna

12

Attualmente è favorita la Teoria del Grande Impatto.

Durante gli ultimi stadi di crescita della Terra (~4.5 miliardi di anni fà) un corpo delle dimensioni di Marte colpì la Terra ...

... e l’impatto gigantesco proiettò nello spazio una pioggia di detriti provenienti sia dalla Terra che dal corpo esterno.

L’impatto accelerò la rotazione della Terra e ne inclinò l’asse di 23°.

La Terra si riformò come corpo in gran parte fuso ...

Le rocce lunari antiche riportate dagli astronauti dell’Apollo supportano l’ipotesi del grande impatto

8.4 min

Corpo esterno

4.2 min dopo l’impatto

... e la Luna si formò per aggregazione dei detriti.

125 min


Mercurio

13

✦ 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).


I Crateri

14

La Luna

Mercurio

I crateri da impatto sono comuni in tutto il sistema solare (Mercurio, Luna, Marte, asteroidi, ecc.).

Sono causati dall’impatto con meteoriti e sono abbastanza rari sulla Terra (atmosfera ...).

Assenti sui pianeti Gioviani (gassosi ...).

Un meteorite si avvicina alla superficie lunare ad alta velocità.

Con l’impatto il meteorite è deformato, riscaldato e volatilizzato.

L’esplosione risultante crea un cratere circolare.

L’assestamento crea terrazze ed il rimbalzo può creare il picco centrale.


I crateri da impatto sulla Terra

15

Manicouagan Impact Crater, CanadaDiametro 70 km, impatto 200 milioni di anni fa

Chixulub. MexicoDiametro 170 km, impatto 65 milioni di anni fa

Al momento sono noti circa 170 crateri da impatto sulla Terra,27 hanno un diametro > 25 km!

Meteor Crater, Arizona, USADiametro 1.2 km, impatto 30000 anni fa


Venere

16

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”)


L’effetto serra

17

Luce del sole (visibile)

Atmosfera del pianeta

Radiazione infrarossa

La superficie del pianeta è riscaldata dalla radiazione solare (principalmente visibile).Il calore è re-irradiato dalla superficie sotto forma di radiazione infrarossa.CO2 e altri gas nell’atmosfera assorbono l’infrarosso facendo 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

Rivoluzione industriale


Marte

18

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 KAttività vulcanica (ma nessuna placca tettonica).Evidenze geologiche di erosione da acqua.


Il Monte Olimpo

19

Il Monte Olimpo è il più grande dei vulcani inattivi di Marte. E’ alto 27 km ed ha un diametro alla base di 600 km. I dirupi che circondano la base sono alti 6 km. La caldera ha un diametro di 70 km.


I Pianeti Gioviani

20

Grande Macchia Rossa

Urano

Nettuno

Giove

Saturno

Sono oltre la fascia degli asteroidi.

Bassa densità ma grande massa.Composti principalmente di H ed He.

Ruotano rapidamente (< 1 d)Hanno molte lune.Tutti hanno anelli.

I 4 pianeti gioviani contengono da soli il 99.5% di tutta la massa planetaria.


Giove

21

Ombra di una luna

Grande Macchia Rossa

La Grande Macchia Rossa è una gigantesca tempesta.

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 alle nubi).Ruota rapidamente con periodo ~10 h (questo causa uno schiacciamento polare).Le bande sono zone di alta/bassa pressione che emergono/affondano nell’atmosfera.Forte campo magnetico (magnetosfera e aurore).


Le Lune di Giove

22

Io Europa Ganimede CallistoVerso Giove

Dimensioni e densità simili alla Luna Più grandi ma meno dense

Roccioso, attività vulcanica estrema

Roccioso, H2O liquida, crosta ghiacciata

Interno roccioso e con H2O ghiacciata,

H2O liquida (?), crosta di ghiaccio

Nucleo di ferro (?), interno roccioso e

con H2O ghiacciata, crosta di ghiaccioDimensioni della Luna

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.


Saturno

23

Densità media: 670 kg m-3

➙galleggia!

Zone(colori chiari)

Ombra di Mimas(una luna di Saturno)

Fasce(colori scuri)

Il secondo pianeta più grande con 1/3 della massa di Giove.

Simile a Giove in composizione e struttura.

Periodo di rotazione 10 h (grosso schiacciamento polare).Temperatura ~90 K (cima delle nubi).Irraggia almeno il doppio dell’energia che riceve dal Sole.


Gli anelli di Saturno

24

Vista ravvicinata dalla sonda Cassini

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).

Nuove immagini dalla sonda Cassini (Febbraio 2007)

Nuove immagini dalla sonda Cassini (Febbraio 2007): lo spessore degli anelli.


Urano, il gigante di ghiaccio

27

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.


Nettuno

28

Zone(blu chiaro)

Fasce(blu scuro)

Polo Sud Nubi di alta quota

Simile in dimensioni, densità e colore ad Urano (➩ struttura e composizione simili).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 ellittica).


Plutone e Caronte

29

Immagine di HSTPlutone è stato scoperto nel 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 dell’orbita.

La temperatura superficiale è di ~40 K.

Declassato a “Pianeta Nano” nel 2006.

Adesso è solo uno dei tanti planetesimi che occupano la Fascia di Kuiper oltre Nettuno.


Oggetti Trans-Nettuniani

30

Oltre l’orbita di Nettuno sono stati recentemente scoperti diversi corpi delle dimensioni di Plutone. Sono noti come Oggetti Trans-Nettuniani.

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 sono stati classificati come “pianeti nani” (2006).


“Detriti” spaziali

31

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)

Asteroidiframmenti di roccia (diametro 1-1000 km)

Cometenuclei 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.


Asteroidi

32

Molti asteroidi orbitano attorno al Sole in una fascia larga 1.5 UA tra le orbite di Marte e Giove.

La maggior parte orbita il Sole tra 2 e 4 UA (La Fascia degli 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


Comete

33

Orbita della Cometa

Sole

Perielio

Nucleo

Coma

Coda di Ioni

Coda di polvere

I nuclei consistono di fragile roccia porosa che contiene un miscuglio di ghiacci (H2O, CO2, NH4) e polvere.

Il nucleo vaporizza vicino al Perielio.

Le comete hanno orbite fortemente ellittiche.Le comete a lungo periodo (> 200 yr) si pensa che abbiano origine nella nube di Oort (104-105 UA).Quello a periodo corto dalla Kuiper Belt (30-100 UA).

Hanno due “code”:coda di ioni (gas ionizzato portato via dal vento solare).coda di polveri (portata via dalla pressione di radiazione del sole).


Meteoroidi, Meteore e Meteoriti

34

Meteoroide (piccolo corpo in orbita).

Meteora (corpo che si vaporizza nell’atmosfera terrestre).

Meteorite (resto dopo la collisione con la Terra).

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.

Col tempo i frammenti della cometa si distribuiscono lungo l’orbita.

Terra

Sole

Piano dell’orbita terrestre

Piano dell’orbita del meteoroide


Conclusioni

35

OrbiteQuasi tutti i pianeti orbitano quasi nello stesso pianoTutte 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 oggetti Trans-Nettuniani classificati come “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).


World Wide Web

36

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/

Oggetti Trans-Nettuniani

http://www.gps.caltech.edu/~Embrown/

Origine della Luna

http://www.psi.edu/projects/moon/moon.html







http://www.gps.caltech.edu/%7Embrown/

http://www.gps.caltech.edu/%7Embrown/



Panoramica del Sistema Solare - INAFmarconi/Lezioni/Astro09/Lezione05.pdfAA 2008/2009 Astronomia...

Documents

Transcript of Panoramica del Sistema Solare - INAFmarconi/Lezioni/Astro09/Lezione05.pdfAA 2008/2009 Astronomia...