Il sistema solareIl sistema solare

A. CoradiniA. Coradini

Riepilogo della distribuzione massa-distanza dalla stella centrale dei Riepilogo della distribuzione massa-distanza dalla stella centrale dei pianeti extrasolari noti fino ad oggi.pianeti extrasolari noti fino ad oggi.I punti blu rappresentano i pianeti scoperti con il metodo del transito , i neri quelli trovati con il I punti blu rappresentano i pianeti scoperti con il metodo del transito , i neri quelli trovati con il metodo delle variazioni doppler delle righe spettrali. A destra sono indicate le posizioni dei quattro metodo delle variazioni doppler delle righe spettrali. A destra sono indicate le posizioni dei quattro pianeti giganti del nostro Sistema Solarepianeti giganti del nostro Sistema Solare

10-2

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SEMIASSE MAGGIORE (UNITA ASTRONOMICHE)

MA

SS

A D

EL

PIA

NE

TA

(in

mas

se d

i Gio

ve)

transiti

velocità radiali

GIOVE

SATURNO

URANO

NETTUNO

Masse dei pianeti del Sistema SolareMasse dei pianeti del Sistema Solare

10-2

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distance from the star (AU)

Mas

s (J

upi

ter

ma

sse

s)extrasolar planets

terrestrial planets

jovian planets

Planetary System vs. extrasolar planets

Legge di Titius-BodeLegge di Titius-Bode

-1 0 1 2 3 4 5 6 710

-1

100

101

102

n

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)

TITIUS-BODE's LAW

Me

V E

Ma

ast.belt

J

S

U

N

circles: planetary distances asterisks and line: T-Blaw

a = 0.4 + 0.3 * 2 n unità astronomiche con n= -oo, 0, 1, 2,…,7

La legge di Titius-Bode non ha un significato fisico diretto, ma indica come nella formazione del nostro sistema planetario i processi caotici e casuali hanno avuto un’influenza minore (attenzione alla scala logaritmica!)

Il Sistema SolareIl Sistema Solare

Il Sistema Solare e' un insieme di corpi celesti in rotazione attorno al Il Sistema Solare e' un insieme di corpi celesti in rotazione attorno al Sole. Ne fanno parte, oltre al Sole stesso, 8 pianeti, 2 pianeti nani, 61 Sole. Ne fanno parte, oltre al Sole stesso, 8 pianeti, 2 pianeti nani, 61 grandi satelliti, alcune migliaia di asteroidi, ed un numero imprecisato di grandi satelliti, alcune migliaia di asteroidi, ed un numero imprecisato di comete. comete. Partendo dal Sole, troviamo per primi i pianeti interni, Mercurio e Venere, Partendo dal Sole, troviamo per primi i pianeti interni, Mercurio e Venere, poi la Terra e infine i pianeti esterni: Marte, Giove, Saturno, Urano, poi la Terra e infine i pianeti esterni: Marte, Giove, Saturno, Urano, Nettuno. Nettuno. Tra l'orbita di Marte e quella di Giove c'e' la fascia degli asteroidi. Tra l'orbita di Marte e quella di Giove c'e' la fascia degli asteroidi.

Il Sistema Solare: la dinamicaIl Sistema Solare: la dinamicaDal punto di vista Dal punto di vista dinamico, il dinamico, il Sistema Solare e' Sistema Solare e' un insieme un insieme ordinato e stabile. ordinato e stabile.

Tutti i pianeti Tutti i pianeti ruotano nello ruotano nello stesso verso, stesso verso, cioe' in senso cioe' in senso antiorario rispetto antiorario rispetto ad un ipotetico ad un ipotetico osservatore posto osservatore posto sul polo nord del sul polo nord del SoleSole

Sistema Solare: le Sistema Solare: le dimensionidimensioni

L'estensione totale del Sistema Solare e' di L'estensione totale del Sistema Solare e' di circa 6 miliardi di Km, pari a 39,3 U.A. circa 6 miliardi di Km, pari a 39,3 U.A. (Distanza Terra Sole). (Distanza Terra Sole). I corpi del Sistema Solare occupano in I corpi del Sistema Solare occupano in realta' un volume molto piccolo rispetto alle realta' un volume molto piccolo rispetto alle dimensioni complessive.dimensioni complessive. Il Sistema Solare e' quindi quasi "vuoto“.Il Sistema Solare e' quindi quasi "vuoto“.Se il Sole avesse il diametro di Se il Sole avesse il diametro di 1 m1 m, la Terra , la Terra sarebbe di un pisello a 108 metri dal Sole, sarebbe di un pisello a 108 metri dal Sole, Giove sarebbe un'arancia, posta a 550 Giove sarebbe un'arancia, posta a 550 metri, e Plutone disterebbe 4 km e sarebbe metri, e Plutone disterebbe 4 km e sarebbe meno di 1 mm di diametromeno di 1 mm di diametro

Pianeti: due Pianeti: due famigliefamiglie

La densità dei corpi La densità dei corpi planetari decresce planetari decresce sensibilmente ma mano sensibilmente ma mano che ci si allontana dal che ci si allontana dal Sole, mentre le Sole, mentre le dimensioni e le masse dimensioni e le masse aumentano. aumentano.

Questo andamento Questo andamento regolare suggerisce di regolare suggerisce di suddividere i pianeti in suddividere i pianeti in due famiglie. due famiglie. – i pianeti terrestri (o i pianeti terrestri (o

interni) interni) – i pianeti giganti (o i pianeti giganti (o

esterni)esterni)

Perché?Perché?Le differenze tra i pianeti terrestri e giganti gassosi Le differenze tra i pianeti terrestri e giganti gassosi possono trovare una possono trovare una spiegazione nel fatto che nella spiegazione nel fatto che nella nebulosanebulosa protoplanetaria (la nube di materia che protoplanetaria (la nube di materia che circondava il Sole e da cui si formarono i pianeti) la circondava il Sole e da cui si formarono i pianeti) la temperatura era temperatura era maggiore vicino al Solemaggiore vicino al Sole e dunque e dunque era possibile la condensazione degli elementi poco era possibile la condensazione degli elementi poco volatili(in genere i più pesanti), mentre gli altri erano volatili(in genere i più pesanti), mentre gli altri erano spinti verso l'esterno dalla radiazione solare. spinti verso l'esterno dalla radiazione solare. Anche la distribuzione delle distanze mostra una Anche la distribuzione delle distanze mostra una certa regolarità: ciascun pianeta si trova grosso certa regolarità: ciascun pianeta si trova grosso modo ad una distanza doppia di quello che lo modo ad una distanza doppia di quello che lo precede.precede.L’ipotesi della nebulosa si rafforza L’ipotesi della nebulosa si rafforza i dischi di gas e i dischi di gas e polvere che circondano le stelle giovani hanno polvere che circondano le stelle giovani hanno temperature decrescenti verso l’esternotemperature decrescenti verso l’esterno

La Materia PrimordialeLa Materia PrimordialeL’angolo L’angolo dell’Universo che dell’Universo che chiamiamo casa, il chiamiamo casa, il nostro sistema nostro sistema solare, si formò solare, si formò circa 4.6 miliardi circa 4.6 miliardi di anni fa da di anni fa da materia che materia che ruotava ruotava lentamente lentamente attorno al Soleattorno al Sole

Il mezzo Il mezzo interstellareinterstellare

La materia è distribuita La materia è distribuita nell'universo in molti modi, nelle nell'universo in molti modi, nelle stelle, e come materia diffusa, il stelle, e come materia diffusa, il mezzo interstellare. mezzo interstellare. Il gas interstellare è composto Il gas interstellare è composto principalmente da idrogeno ed elio, principalmente da idrogeno ed elio, ma sono presenti anche piccole ma sono presenti anche piccole quantità di carbonio, azoto ed quantità di carbonio, azoto ed ossigeno. ossigeno. Forgiati nel nucleo di stelle antiche, Forgiati nel nucleo di stelle antiche, questi elementi pesanti si questi elementi pesanti si combinano, se le condizioni lo combinano, se le condizioni lo permettono, in un'ampia gamma di permettono, in un'ampia gamma di molecole. molecole. Quelle molecole sono forse ancora Quelle molecole sono forse ancora presenti nel Sistema Solare, almeno presenti nel Sistema Solare, almeno nelle zone più freddenelle zone più freddeGli elementi pesanti, un tempo Gli elementi pesanti, un tempo sotto forma di grani, sono ancora sotto forma di grani, sono ancora nascosti nei pianeti terrestri nascosti nei pianeti terrestri e ..forse nei nuclei ei pianeti e ..forse nei nuclei ei pianeti giovianigioviani

Molecole sono state osservate in tutti gli ambienti astrofisici, dalle galassie più antiche alle comete, ai satelliti dei pianeti giganti.Le molecole sono una specie di sonda che ci permette di investigare quali siano le condizioni termodinamiche delle regioni di formazione. SpettriLo spazio interstellare è un vero e proprio laboratorio in cui agiscono anche processi che sono stati presenti forse sulla terra primordiale.

L’astrochimicaL’astrochimica

Dischi di Accrescimento: Dischi di Accrescimento: una fase “calda” una fase “calda”

I dischi di I dischi di accrescimento sono il accrescimento sono il collegamento tra il collegamento tra il mezzo intestellare, le mezzo intestellare, le stelle e i sistemi stelle e i sistemi planetariplanetari

Disco di accrescimento Disco di accrescimento

Ciò che organizza la materia in dischi di accrescimento è la rotazione e la sua Conservazione, per una delle leggi fondamentali della fisica .Più la materia si concentra, più velocemente ruota. Alla fine, la forza centrifugaRiesce a controbilanciare l’attrazione gravitazionale, ed il gas rimane in equilibrioRuotando ntorno alla stella centrale

Sequenze di condensazioneSequenze di condensazione

Gli ingredienti del sistema solare cadono nelle seguenti categorie: Gli ingredienti del sistema solare cadono nelle seguenti categorie: Metalli: ferro, nichel, alluminio. Essi condensano a T~1,600 K ed Metalli: ferro, nichel, alluminio. Essi condensano a T~1,600 K ed ammontano a ammontano a ~~ 0.2% del disco 0.2% del discoRocce: minerali ricchi in silice che condensano a T=500-1,300 K (0.4% del Rocce: minerali ricchi in silice che condensano a T=500-1,300 K (0.4% del disco). disco). Ghiacci: composti idrogenati, come il metano (CH4), l’ammoniaca Ghiacci: composti idrogenati, come il metano (CH4), l’ammoniaca (NH3),l’acqua (H2O) che condensa a T<~150 K ed ammontano a (NH3),l’acqua (H2O) che condensa a T<~150 K ed ammontano a ~~ 1.4% 1.4% del disco. del disco. Gas: idrogeno ed elio che non condensano mai nel disco ed ammontano a Gas: idrogeno ed elio che non condensano mai nel disco ed ammontano a ~~ 98% in massa. 98% in massa.

La condensazioneLa condensazione

I “semi” per il processo di condensazione sono i I “semi” per il processo di condensazione sono i grani sopravvissuti alla alte temperature del disco.grani sopravvissuti alla alte temperature del disco.

Su di essi, al decrescere della temperatura, si Su di essi, al decrescere della temperatura, si condensarono ( forse) molecole che formarono sui condensarono ( forse) molecole che formarono sui grani gocce di materiale, che successivamente grani gocce di materiale, che successivamente solidificò.solidificò.

Nelle zone interne solo i composti di temperatura Nelle zone interne solo i composti di temperatura più alta riuscirono a solidificarepiù alta riuscirono a solidificare

La polvere ebbe un ruolo importante nel processo La polvere ebbe un ruolo importante nel processo di formazione planetaria di formazione planetaria

La polvere ci da una indicazione diretta di molti La polvere ci da una indicazione diretta di molti processi evolutivi avvenuti nel Sistema Solare processi evolutivi avvenuti nel Sistema Solare primordialeprimordiale

Condrule• Si sono formate 4.55 Milioni di anni fa in un intervallo di 107 anni

• Sono state scaldate 1500-2000 K e raffreddate in pooche

•Non si trovano sulla Luna

•Che cosa le ha generate: fusione da impatto?alte temperature nella nebulosa solare primordiale?

Dai dischi ai pianeti.. Una Dai dischi ai pianeti.. Una lunga storialunga storia

Planetesimi ed Embrioni

Instabilità o accrescimento

Disco Condrule

Formazione dei pianeti Terresti: un Formazione dei pianeti Terresti: un passato cancellatopassato cancellato

Le fasi successive del processo di formazione debbono spiegare come da un insieme di planetesimi, la cui composizione presumibilmente rispecchiava quella delle condriti carbonacee, si passa a corpi di grandi dimensioni fortemente differenziati, come i pianeti terrestripianeti terrestri. – crescita gerarchica dei planetesimi;crescita gerarchica dei planetesimi;– crescita finale attraverso mpatti non completamente distruttivicrescita finale attraverso mpatti non completamente distruttivi.

< meters

kilometers

Lunar (1 AU)-to-Mars (2 AU) sized

In the beginning there were planetesimals… then “embryos”…then planets

Una Storia Violenta : impatti Una Storia Violenta : impatti delle dimensioni di Martedelle dimensioni di Marte

Che accade Che accade dopo?dopo?

Il pianeta contiene Il pianeta contiene elementi radioattivi elementi radioattivi che si scaldano che si scaldano rilasciando calorerilasciando caloreSi forma un oceano di Si forma un oceano di magma magma Il materiale più denso Il materiale più denso forma il nucleo forma il nucleo ancora calore!ancora calore!Il materiale riscaldato, Il materiale riscaldato, più leggero salepiù leggero sale Formazione Formazione di”Plumes”di”Plumes”Nasce la geologiaNasce la geologia

Simulazioni delle “Plumes”

La convezione al lavoro!La convezione al lavoro!

La convezione è un processo fisico molto efficiente per trasportare calore dalle zonePiù calde di un corpo a quelle più fredde. Perché possa agire servono un campo gravitazionale ed una differenza di temperatura. La convezione può essere attiva Per materia nello stato solido (interno della terra), liquido (mari) o gassoso (interno Delle stelle)

Per gli altri pianeti vale?Per gli altri pianeti vale?

Per la Luna si!Per la Luna si!

.. E con qualche .. E con qualche difficoltà per difficoltà per Marte!Marte!

I giganti I giganti

Giove ha un nucleo interno roccioso di 10- 15 Giove ha un nucleo interno roccioso di 10- 15 masse terrestrimasse terrestriSaturno ha un nucleo anche maggiore (15-20 ?)Saturno ha un nucleo anche maggiore (15-20 ?)Urano e Nettuno Urano e Nettuno mondi di ghiaccio mondi di ghiaccio

Esiste ancora una materia Esiste ancora una materia primordiale nel Sistema primordiale nel Sistema

Solare?Solare?

Tre riserveTre riserve– Cintura Asteroidale Cintura Asteroidale

– Materia “solida” ricca in silicati, parzialmente riprocessata Materia “solida” ricca in silicati, parzialmente riprocessata nell’evoluzione della nebulosa solare primordiale nell’evoluzione della nebulosa solare primordiale

– Fascia di KuiperFascia di KuiperComete di Corto Periodo: oggetti ricchi in Comete di Corto Periodo: oggetti ricchi in ghiacci,volatili e materiale organico, rapprentativi dei ghiacci,volatili e materiale organico, rapprentativi dei planetesimi formatisi nelle regioni esterne del Sistema planetesimi formatisi nelle regioni esterne del Sistema PlanetarioPlanetario

– Nube di OortNube di OortComete di Lungo Periodo: oggetti ricchi in ghiacci e Comete di Lungo Periodo: oggetti ricchi in ghiacci e materiale organico rappresentativi delle zone di materiale organico rappresentativi delle zone di formazione di Giove ( solo parzialmente),Saturno, formazione di Giove ( solo parzialmente),Saturno, Urano e NettunoUrano e Nettuno

•Rossi Asteroidi con perielio inferiore a 1.3 AU •Verdi astroidi della fascia principale•Blu scuro Troiani •Blu chiaro Comete

La Missione Near: La Missione Near: “atterrare” su un asteroide“atterrare” su un asteroide

•Un denso strato di polvere di 90 metri su di un asteroide di 33 x 13 x 13 Km!•Un interno completamente fratturato

Allontaniamoci.. Comete Allontaniamoci.. Comete dunque!dunque!

Le Comete Stele di RosettaLe Comete Stele di Rosetta

Una immagine della Una immagine della stele di Rosetta sulla stele di Rosetta sulla quale era presente la quale era presente la stessa iscrizione in stessa iscrizione in greco, demiotico e greco, demiotico e geroglifico. geroglifico.

Il materiale cometario Il materiale cometario dovrebbe permettere di dovrebbe permettere di interpretare le relazioni interpretare le relazioni tra la materia tra la materia primordiale del Sistema primordiale del Sistema Solare ed il mezzo Solare ed il mezzo interstellareinterstellare

Le comete:palle di neve Le comete:palle di neve sporca?sporca?

Le comete sono diverse tra loro in forma e Le comete sono diverse tra loro in forma e dimensione cosi’ come nel comportamento, a dimensione cosi’ come nel comportamento, a volte caratterizzato da intensa attività, altre volte caratterizzato da intensa attività, altre volte da un andamento sporadico.volte da un andamento sporadico.Usualmente esse sviluppano una “nube” di Usualmente esse sviluppano una “nube” di materiale diffuso- materiale diffuso- la comala coma- che cresce in - che cresce in dimensione e luminosità al loro avvicinarsi al dimensione e luminosità al loro avvicinarsi al Sole. Più tardi, esse sviluppano una enorme Sole. Più tardi, esse sviluppano una enorme coda che si estende in direzione antisolare.coda che si estende in direzione antisolare.Il nucleo cometario e’ piccolo, normalmente di Il nucleo cometario e’ piccolo, normalmente di meno di 10 Km di diametro. Lontano dal sole il meno di 10 Km di diametro. Lontano dal sole il nucleo cometario non e’ facilmente nucleo cometario non e’ facilmente osservabile, osservabile, essendo scuro e freddoessendo scuro e freddo

19P/Borrelly19P/Borrelly

•This is a composite of images acquired by NASA's Deep Space 1 spacecraft, showing some of the features in comet Borrelly's coma, dust jets, and nucleus. The range to the comet in this view is about 4800 kilometers (3000 miles). •Borrelly's nucleus is about 8 kilometers (5 miles) end-to-end so the field of view is about 40 kilometers (25 miles) on each side.

Polvere

Osservare da vicino una Osservare da vicino una cometa e “catturarne” i segreti cometa e “catturarne” i segreti

missione star dust missione star dust

Wild 2Wild 2

Wild 2 ripresa dalla camera di navigazione Wild 2 ripresa dalla camera di navigazione della missione Stardust durante il periodo di della missione Stardust durante il periodo di massimo avvicinamento ( 2 Gennaio 2004)massimo avvicinamento ( 2 Gennaio 2004)Immagine presa dalla distanza 500 km Immagine presa dalla distanza 500 km (esposizione di 10-millisecondi) (esposizione di 10-millisecondi)

Deep impact: distruggere Deep impact: distruggere per vedere l’interno!per vedere l’interno!

•La cometa è stata bombardata con un proiettile di rame•Si è creato un nuovo cratere

LA MISSIONE ROSETTAGli Strumenti Scientifici dell’ Orbiter

OSIRIS: Optical, Spectroscopic, and Infrared Remote Imaging System (H.U. Keller, Germania)

ALICE: Ultraviolet Imaging Spectrometer (S.A. Stern, USA)

VIRTIS: Visible and Infrared Thermal ImagingSpectrometer (A. Coradini, Italia)

MIRO: Microwave Instrument for the RosettaOrbiter (S. Gulkis, USA)

ROSINA: Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis (H. Balsiger, Svizzera)

COSIMA: Cometary Secondary Ion MassAnalyser (J. Kissel, Germania)

MIDAS: Micro-Imaging Dust Analysis System W. Riedler, Austria)

CONSERT: Comet Nucleus Sounding (W. Kofman, Francia)

GIADA: Grain Impact Analyser and Dust Accumulator (L. Colangeli, Italia)

RPC: Rosetta Plasma Consortium

RSI: Radio Science Investigation (M. Pätzold, Germania)

Atterrare su una cometaAtterrare su una cometaAtterrare su una cometaAtterrare su una cometaUna volta raggiunta la Una volta raggiunta la cometa, la navicella cometa, la navicella Rosetta si inserira’ in un’ Rosetta si inserira’ in un’ orbita polare attorno alla orbita polare attorno alla cometa. cometa.

Eseguirà dapprima una Eseguirà dapprima una dettagliata mappa della dettagliata mappa della superficie e, superficie e, successivamente, successivamente, rilascerà un lander, che rilascerà un lander, che si ancorerà alla cometa si ancorerà alla cometa eseguendo misure in eseguendo misure in situ. situ.

Una volta raggiunta la Una volta raggiunta la cometa, la navicella cometa, la navicella Rosetta si inserira’ in un’ Rosetta si inserira’ in un’ orbita polare attorno alla orbita polare attorno alla cometa. cometa.

Eseguirà dapprima una Eseguirà dapprima una dettagliata mappa della dettagliata mappa della superficie e, superficie e, successivamente, successivamente, rilascerà un lander, che rilascerà un lander, che si ancorerà alla cometa si ancorerà alla cometa eseguendo misure in eseguendo misure in situ. situ.

Raggiungere PlutoneRaggiungere Plutone