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Lezione 5

Una Panoramica del

Sistema Solare

AA 2006/2007 Astronomia ! Lezione 5

Sommario

2

Pianeti: orbite e proprietà

I pianeti Terrestri

I pianeti Gioviani

I pianeti nani della “Kuiper Belt”

I detriti spaziali (Comete, Asteroidi, Meteoroidi)


I Pianeti del Sistema Solare

3

Pianeti Gioviani

4 pianeti esterni giganti

gassosi/liquidi

(e Plutone ?)

Mercurio

0.387 UA Venere

0.723 UA

Terra

1.000 UA

Marte

1.524 UA

Distanze dal Sole

Plutone

39.537 UA

Nettuno

30.066 UA

Urano

19.194 UA

Saturno

9.554 UA

Giove

5.203 UA

Sole

Sole

Pianeti Terrestri

4 pianeti interni piccoli

e rocciosi


Le orbite dei pianeti

4

Vista del sistema

solare da sopra

Vista laterale del

sistema solare

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

Plutone è inclinato

rispetto all’eclittica.


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

Plutone 0.002 0.182 2000

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 crateri

Mari (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

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.La Luna

Mercurio


I crateri da impatto sulla Terra

15

Manicouagan Impact Crater, Canada

Diametro 70 km, impatto 200 milioni di anni fa

Chixulub. Mexico

Diametro 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, USA

Diametro 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

Anno

Rivoluzione

industriale

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 ...).


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 130 K ! 290 K

Attività vulcanica (ma nessuna placca tettonica).

Evidenze geologiche di erosione da acqua.


I Pianeti Gioviani

19

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

20

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

21

Io Europa Ganimede Callisto

Verso 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 ghiaccio

Dimensioni 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.


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.

Saturno

22

Densità

media:

670 kg m-3

"galleggia!

Zone

(colori chiari)

Ombra di Mimas

(una luna di Saturno)

Fasce

(colori

scuri)


Gli anelli di Saturno

23

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

26

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

27

Zone

(blu chiaro)

Fasce

(blu scuro)

Polo SudNubi 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

28

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.


I pianeti della Kuiper Belt

29

Orbita di Plutone

Oggetti della

“Kuiper Belt”

Eris

Sole

Dysnomia

Creazione artistica NASA/JPL-Caltech

Nella fascia di Kuiper (Kuiper belt)

ed oltre sono stati recentemente

scoperti diversi corpi delle

dimensioni di Plutone.

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 riclassificati come

“pianeti nani” (2006).


“Detriti” spaziali

30

Molti piccoli corpi orbitano attorno al Sole,

detriti rimasti dalla formazione del sistema

solare.

Meteoroidi

particelle di polvere interplanetario

o di comete (~1 "m)

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.


Asteroidi

31

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

32

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

33

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

34

OrbiteQuasi 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).


World Wide Web

35

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

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