I corpi che formano il sistema solare sono
molto diversi tra loro per dimensioni, forma e composizione. Sono
riconoscibili: il Sole, i pianeti con i loro satelliti, i pianeti nani e i
corpi minori (asteroidi e comete).
Le dimensioni del sistema solare sono
difficilmente definibili, approssimativamente lo si può considerare come una
sfera con un diametro di circa 200000 UA.
NASCITA
E FORMAZIONE DEL SISTEMA SOLARE
Vi sono numerose ipotesi circa la formazione e
l’evoluzione del sistema solare, oggi si ritiene che il Sole e i pianeti si
siano formati da una nebulosa in contrazione circa 5 miliardi di anni fa.
La nebulosa primordiale aveva una temperatura
molto bassa ed era costituita non solo da idrogeno e elio ma da una grande
varietà di elementi chimici più pesanti che non sono molto diffusi
nell’universo e si formano negli stadi finali di una stella di grande massa;
per questo si pensa che la nebulosa contenesse materiali prodotti in precedenza
da stelle di prima generazione.
Attraverso meccanismi ancora da comprendere
(forse l’onda d’urto di un’esplosione vicina), la nebulosa iniziò a contrarsi e
in pochi milioni di anni, nella zona centrarle la temperatura e la densità
aumentarono portando alla formazione del proto-Sole. Allo stesso tempo la
contrazione causò un aumento di velocità di rotazione e della forza centrifuga
del sistema, portando la nube ad appiattirsi.
Nella fase finale del processo di formazione
della protostella, l’emissione di un forte vento solare avrebbe trascinato
verso regioni più esterne l’idrogeno e
l’elio. Mentre il nucleo del proto-Sole si riscaldava fino a raggiungere le
temperature idonee alle reazioni nucleari, nel disco circostante cominciavano a
formarsi i primi proto-pianeti, costituiti da polveri, ghiaccio o roccia.
LE
PROVE
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Regolarità di comportamento dei pianeti:
infatti ruotano intorno al Sole tutti
nello stesso verso (tranne Venere e Urano) su orbite quasi complanari. Questo
sembra accreditare l’ipotesi che derivino tutti da un unico disco in rotazione
di cui conservano il movimento.
-
La composizione dei pianeti: infatti i
pianeti di tipo terrestre, più vicini al Sole, sono costituiti da elementi
chimici pesanti, mentre i pianeti di tipo gioviano, lontani dal Sole sono
ricchi di elementi leggeri. Ciò dimostrerebbe l’azione del vento solare nella
fase finale del processo di formazione del Sole.
-
La datazione delle meteoriti, delle rocce lunari e delle più antiche
rocce terrestri: sembrano avere un’età compresa
tra i 4,2 e i 4,8 miliardi di anni.
IL SOLE
Il Sole è una stella gialla di classe spettrale G di massa
medio-piccola, relativamente vecchia e stabile, è composto principalmente di
idrogeno e elio, anche se non mancano elementi più pesanti e irradia energia in
tutte le direzioni dello spazio. Soltanto una frazione minima di questa energia
arriva alla superficie esterna dell’atmosfera terrestre, rappresenta soltanto
mezzo miliardesimo dell’energia totale emessa dal Sole ed è detta costante
solare. Dall’energia solare che giunge sulla Terra dipendono clima, luce cicli
biologici e gran parte dell’energia utilizzata per le attività umane. Da circa
5 miliardi di anni si trova in una fase di stabilità, che terminerà quando
esaurito tutto l’idrogeno contenuto nel suo nocciolo, gli strati esterni si
dilateranno fino a inglobare almeno il pianeta Mercurio; allora il sole diverrà
una gigante rossa.
Il moto di
rotazione: il Sole si muove all’interno della
Galassia insieme al Sistema Solare, e ha un moto di rotazione intorno al
proprio asse quasi perpendicolare al piano dell’orbita terrestre. Dato che il
sole non è un corpo rigido la rotazione avviene a velocità diverse alle varie
latitudini. Una rotazione completa dura da 24 giorni all’equatore a 34 giorni
ai poli. La rotazione può essere rilevata tracciando giorno per giorno lo
spostamento di una macchia solare.
LA STRUTTURA
Gli astrofisici hanno costruito un modello plausibile della struttura del
Sole. Il sole è considerato una sfera suddivisa in una serie di involucri
concentrici caratterizzati da specifiche condizioni fisiche.
Il nocciolo è la regione
centrale e più interna, in questa zona la temperatura si aggira intorno ai 15
milioni di Kelvin e la pressione e la densità sono elevatissime,
per questo motivo la materia si trova lo stato di plasma ed è qui che si
verificano le reazioni di fusione nucleare che trasformano l'idrogeno in elio.
Durante le reazioni si ha una perdita di massa che viene convertita in energia
emessa sotto forma di radiazioni elettromagnetiche.
La zona radiativa assorbe
l'energia prodotta nel nucleo e la trasmette agli strati più esterni. In questa
zona la temperatura e la densità diminuiscono lentamente
procedendo verso l'esterno, la materia, però è ancora nello stato di plasma ma
non avvengono reazioni nucleari perché la temperatura è troppo bassa. L'energia
proveniente dal nocciolo viene trasferita verso l'esterno mediante il
meccanismo dell'irraggiamento: I
fotoni provenienti dal nocciolo muovendosi in tutte le direzioni dello spazio,
vengono continuamente fermati assorbiti e riemessi dalle particelle presenti.
Per questo motivo le radiazioni anche se si muovono alla velocità della luce
procedono molto lentamente e impiegano diversi milioni di anni per giungere
alla superficie. Inoltre nel lungo tragitto perdono parte della loro energia
che viene assorbita dalla materia presente.
La zona convettiva è uno strato
caratterizzato da movimenti di enormi masse di gas che trasferiscono il calore
dalla zona radiativa verso la superficie del sole. La pressione e la
temperatura si riducono, la materia non è più allo stato di plasma ma si
comporta come un gas caldo formato da ioni liberi di muoversi. I fotoni provenienti
dalla zona radiativa scaldano i gas di questo involucro che attraverso il
meccanismo di convenzione, generano correnti discendenti di gas freddi e
correnti ascendenti di gas caldi che trasportano l'energia dall'interno verso
la fotosfera.
La fotosfera è uno strato
gassoso che corrisponde alla superficie visibile del sole. La regione più
superficiale non è liscia né uniformemente luminosa ma su di essa sono visibili
i granuli cioè delle zone più
luminose e più calde. I granuli hanno vita breve infatti in pochi minuti
scompaiono e vengono sostituiti da nuovi; questo continuo movimento fa sì che
la fotosfera sembri in costante ebollizione. Inoltre su questa superficie sono
visibili anche le macchie solari cioè aree più scure e più fredde.
La cromosfera è un sottile
involucro costituito di gas rarefatto. L'intensa colorazione rossastra é dovuta
agli atomi di idrogeno, i quali alle basse pressioni emettono radiazioni di
tale colore ed è interessata da grandiosi fenomeni di turbolenza: le protuberanze e i brillamenti.
La corona è costituita
da gas fortemente ionizzanti distribuiti in modo irregolare. Non ha un limite
definito e si estende per decine di
milioni di kilometri dalla superficie del sole. Nella parte più esterna
della corona grazie alle temperature elevate le particelle dei gas ionizzanti
acquistano velocità sufficienti per sfuggire all'attrazione gravitazionale del
sole, questo flusso prende il nome di vento
solare e si diffonde in tutto il sistema solare.
La superficie solare è tutt'altro che tranquilla: movimenti, variazioni
locali improvvise di luminosità e temperatura interessano gli strati gassosi
visibili. L'intensità di tali eventi non è costante nel tempo. Si distinguono
periodi di attività ridotta, sole
quieto, periodi di attività
solare, caratterizzati da perturbazioni intense e violente.
Le più evidenti e riconosciute manifestazioni dell'attività solare sono le macchie solari: zone scure e fredde che
appaiono nella fotosfera con una certa periodicità. Sono visibili con un
cannocchiale o anche a occhio nudo attraverso un filtro abbastanza scuro. In
queste zone la temperatura scende a circa 4000 K. Le macchie si presentano di solito
in gruppi o in coppie durano pochi giorni. Il numero delle macchie non è
costante nel tempo e varia da un minimo a un massimo. L'intervallo medio tra
due massimi successivi detto ciclo
solare. A ogni macchia è associato un intenso campo magnetico; si ritiene
che le macchine siano dovute all'interazione tra il campo magnetico solare e le
masse di gas in moto turbolento nello strato esterno del sole , ma non è ancora
stata elaborata una teoria che le spieghi efficacemente.
Altre manifestazioni dell'attività del sole sono:
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Le facole: sono zone di
luminosità elevata rispetto al resto della fotosfera.
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Le
protuberanze: sono getti di materiale incandescente che formano archi giganteschi e si
elevano fino alla corona solare.
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Le spicole: sono lingue di
idrogeno incandescente che si estendono verso l'alto nella corona.
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I brillamenti: sono gli
eventi più esplosivi appaiono come un improvviso intensificarsi della
luminosità della fotosfera e liberano enormi quantità di energia.
Alcuni fenomeni terrestri sono direttamente collegati alle attività del
sole:
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Le tempeste
magnetiche: alterazioni del campo magnetico terrestre causate dalle particelle
cariche del vento solare.
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Le aurore polari: sono conseguenze
dell'interazione tra gas presenti nelle regioni altre della nostra
atmosfera e particelle solari, che provocano la ionizzazione degli atomi nella
zona più esterna dell'atmosfera terrestre e l'emissione di luce colorata.
-
L'elevata attività solare è inoltre considerata una
delle cause degli aumenti di temperatura
registrati sul nostro pianeta.
LE LEGGI DI KEPLERO
Nel 17° secolo è stato sviluppato un modello eliocentrico del sistema
solare, proposto per la prima volta da Copernico e poi sviluppato da Galilei,
Newton e Keplero. Secondo tale modello i pianeti hanno un moto di rotazione intorno al proprio asse e un
moto di rivoluzione intorno al Sole.
In realtà il sistema è più complesso: l'intero sistema solare è in movimento in
un universo dove non abbiamo punti di riferimento immobili quindi non è
possibile stabilire il moto assoluto dei pianeti e del sole, ma solo il moto relativo. Il tempo impiegato da un
pianeta per compiere una rotazione intorno al proprio asse si chiama giorno, il
tempo impiegato da un pianeta per compiere una rivoluzione completa è detto
anno. I pianeti compiono la loro rivoluzione intorno al sole percorrendo orbite
ellittiche quasi complanari con il piano dell'ellittica, ovvero l'orbita
terrestre. (Leggi negli appunti di fisica)
LA SPIEGAZIONE
DELLE LEGGI DI KEPLERO SECONDO NEWTON
Newton determinò la legge di gravitazione universale, che
regola il moto dei pianeti F=
G=6,67x10-11
Quindi, in base alla legge di Newton, tra il pianeta e il
sole agisce una forza di attrazione reciproca, ma il pianeta, a causa della sua
piccola massa subisce una grande accelerazione, mentre il sole ha una massa
molto maggiore e quindi subisce un’accelerazione tanto piccola da sembrare
fermo.
Secondo Newton, l’orbita di ciascun pianeta è la risultante
dell’azione di due forze, la forza inerziale, per la quale il pianeta
tenderebbe a procedere in linea retta e la forza di gravità. Poiché la distanza
dal sole non è costante, la forza di gravità varia secondo la posizione del
pianeta rispetto a esso.
La legge di gravitazione tuttavia, rappresenta un modello
semplificate e in parte superato dalla teoria della relatività generale di
Einstein.
