Il Sistema Solare

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IL SISTEMA SOLARE

Il Sistema Solare è l’insieme del Sole e dei corpi celesti che gravitano intorno ad esso: pianeti (e i loro satelliti), asteroidi e comete. Il 99% di tutta la massa del sistema solare è concentrata nel Sole, quindi il centro di massa del sistema cade al suo interno e gli altri corpi orbitano intorno ad esso, legati dalla forza di gravità; in realtà anche il Sole si muove attorno al centro di massa e questo provoca una sua oscillazione periodica, la cui entità è causata soprattutto dall’interazione di Giove, il pianeta di maggiore massa. Le orbite dei pianeti hanno una bassa ellitticità (in molti casi sono quasi circolari) e avvengono tutte in senso antiorario. I pianeti sono comunemente suddivisi in interni, con orbita più piccola di quella della terra, ed esterni, con orbita più grande di quella terrestre. Fra Marte e giove si estende la fascia degli asteroidi, frammenti rocciosi di varie dimensioni.

L’ORIGINE DEL SISTEMA SOLARE

Il problema della formazione e dell’evoluzione del sistema solare è ancora ben lontano dall’essere risolto in maniera soddisfacente. Probabilmente esistono altri sistemi planetari nella nostra e in altre galassie, ma le ricerche effettuate finora non hanno consentito di confermare in modo certo quest’ipotesi, anche se sono state raccolte prove in favore. In mancanza d’osservazioni definitive, le ricerche sull’origine del sistema solare possono basarsi solo sullo studio, ancora limitato, delle caratteristiche dei corpi del nostro sistema planetario.
Nel corso dei secoli sono state formulate diverse ipotesi. Il primo approccio al problema in termini “moderni” risale al 1775, quando il filosofo Kant (sostenuto più tardi, nel 1796, dal matematico Laplace) elaborò l’ipotesi della nebulosa. Secondo Kant e Laplace, inizialmente una nube di gas ruotava su se stessa; sotto l’effetto della forza di gravità essa avrebbe cominciato a contrarsi, aumentando sempre più la sua velocità. La nebulosa avrebbe, quindi, assunto una forma appiattita, formando un disco attorno al nucleo centrale. Dalla massa centrale la forza centrifuga avrebbe successivamente allontanato dagli anelli di materiale gassoso, dalla condensazione dei quali avrebbero avuto origine i pianeti.
In seguito vennero formulate molte altre teorie oggi ritenute inaccettabili, come quella che i pianeti si siano formati dopo il passaggio di un asteroide accanto al Sole che avrebbe provocato una marea di pezzi staccati al Sole. Si pensa che il Sole abbia avuto origine, come tutte le stelle, attraverso meccanismi diversi da quelli proposti da Kant e Laplace.
Le molteplici regolarità che si rivelano nella struttura e nei movimenti dei corpi del sistema solare difficilmente possono trovare un’adeguata spiegazione, se non si ammette che i pianeti si siano formati contemporaneamente dalla stessa nube di gas e polveri che hanno dato origine al Sole. I pianeti, infatti, ruotano intorno al Sole, muovendosi tutti nello stesso verso, percorrendo orbite che sono quasi complanari tra loro; il verso di rotazione inoltre è lo stesso per quasi tutti i pianeti e pera il Sole. Ciò sembra confermare l’ipotesi che i pianeti derivano da un disco di rotazione, di cui hanno conservato il verso del movimento.
La nebulosa primordiale, ricca d’idrogeno, elio e polveri cosmiche, avrebbe cominciato a contrarsi circa cinque miliardi d’anni fa, sotto la spinta della forza di gravità che avrebbe portato alla formazione di una zona centrale più densa e calda. La contrazione avrebbe causato un aumento della velocità di rotazione e di conseguenza della forza centrifuga. La nube si sarebbe quindi appiattita assumendo l’aspetto di un disco rotante intorno ad una regione centrale, dove il continuo accumulo di materia, sempre per attrazione gravitazionale, avrebbe portato alla formazione del protosole. Il collasso gravitazionale della massa del protosole avrebbe causato un incremento della temperatura nella regione centrale, mentre le zone più esterne della nebulosa sarebbero state più fredde e meno dense. Il processo di formazione della protosella avrebbe inoltre provocato l’emissione di un forte vento solare che avrebbe spazzato il sistema solare trascinando verso regioni più lontane gli elementi leggeri. I due fenomeni (vento e differenza di temperatura) potrebbero spiegare un’altra interessante regolarità del sistema solare: i pianeti vicini al sole sono densi e costituiti da elementi pesanti; i pianeti esterni sono ricchi d’elementi leggeri e hanno una composizione più simile a quella del Sole. Infatti, mentre il nucleo del protosole si riscalda fino a raggiungere le temperature necessarie per le reazioni termonucleari, nelle regioni circostanti cominciavano a condensarsi i primi frammenti dalla cui aggregazione sarebbero derivati i pianeti. Nelle zone più interne la temperatura elevata avrebbe consentito soltanto la condensazione degli elementi e dei composti più densi, mentre nelle regioni più esterne e fredde si sarebbero condensati gli elementi più leggeri e volatili della nebulosa. Questi frammenti, inizialmente di piccole dimensioni, si sarebbero disposti, a causa della veloce rotazione della nebulosa, a formare un disco intorno al piano equatoriale del Sole in formazione. Alcuni frammenti si sarebbero progressivamente accresciuti attraverso collisioni e attirando i frammenti più piccoli presenti nello spazio circostante. Si sarebbero così formati i protopianeti dai quali sarebbero poi derivati gli attuali pianeti.

IL SOLE

Si trova ad una distanza di centocinquanta milioni di chilometri dalla Terra. Ruota su se stesso in senso antiorario con velocità variabile, massima all’equatore e minima ai poli, e si muove all’interno della Galassia compiendo un moto di traslazione. È costituito prevalentemente da idrogeno ed elio, ma contiene anche elementi pesanti come calcio, carbonio, ossigeno, azoto, ecc.

MERCURIO

(Rotazione 59 giorni; rivoluzione 88.97 giorni)

È il 1° pianeta del sistema solare in ordine di distanza dal Sole. La superficie è fittamente coperta da crateri formatosi dall’impatto di meteoriti. Non ha atmosfera, al suolo avvengono enormi variazioni di temperatura, da 350°C a –170°C.

VENERE

(Rotazione retrograda –243 giorni; rivoluzione 224.70 giorni)

È il 2° pianeta del sistema solare in ordine di distanza dal Sole. La sua orbita è interna a quella terrestre. Molto luminoso, ruota su se stesso in senso opposto al senso del moto orbitale attorno al Sole. È un pianeta roccioso, ha una densa atmosfera che provoca un rilevante effetto serro che fa salire la temperature fino a 480°C.

MARTE

(Rotazione 24h 37m 23s; rivoluzione 686.98 giorni).

È il 4° pianeta del sistema solare in odine di distanza dal Sole. Ha due calotte ai poli formate da ghiaccio d’acqua e biossido di carbonio le cui dimensioni variano con l’alternarsi della stagioni. Ha due satelliti molto piccoli. La parte nord del pianeta è caratterizzata da colate di lava, mentre la parte sud del pianeta presenta numerosi crateri.

GIOVE

(Rotazione 9h 50m 30s; rivoluzione 11.86 anni)

È il pianeta più grande e 5° in ordine di distanza dal Sole, gli è simile per composizione di atomi. Possiede un sottile anello costituito da polveri e piccoli frammenti; è una sorgente di onde radio. Ha 16 satelliti, ma è probabile che ne esistano altri.
SATURNO

(Rotazione 10h 14 m; rivoluzione 29.46 anni)

È il 6° pianeta del sistema solare in ordine di distanza dal Sole, secondo per dimensioni e caratterizzato da un esteso sistema di anelli che lo circonda in corrispondenza dell’equatore. Saturno ha una sorgente interna di calore e un campo magnetico: la temperatura in superficie è di circa –180°C. Attorno ad esso orbitano 18 satelliti.

URANO

(Rotazione retrograda –16h; rivoluzione 84.02 anni)

È il 7° pianeta del sistema solare in ordine di distanza dal Sole. È uno dei grandi pianeti gassosi; la sua atmosfera è formata prevalentemente da idrogeno ed elio. Ha 15 satelliti.

NETTUNO

(Rotazione 15h 48m; rivoluzione 164.8 anni)

È l’8° pianeta del sistema solare in ordine di distanza dal Sole. Ha un’atmosfera formata da metano, che dà al pianeta il suo colore bluastro, da idrogeno ed elio. Possiede un campo magnetico; è circondato da quattro deboli anelli.

PLUTONE

(Rotazione 6 giorni 9h; rivoluzione 247.7 anni)

È il 9° pianeta del sistema solare in ordine di distanza dal Sole. Ha un’orbita più inclinata rispetto all’ellittica e più eccentrica fra i pianeti del sistema solare, tanto che a volte si trova all’interno dell’orbita di Nettuno. Attorno a Plutone ruota un satellite con raggio pari alla metà del pianeta: Caronte. Entrambi i “Pianeti” sono formati da roccia e ghiaccio. La temperatura media è di –230°C.

LA TERRA

Tra i pianeti del sistema solare non occupa un posto di rilievo: ha una massa piccola, ma non troppo e si trova ad una distanza dal Sole sufficiente per ricevere il calore solare, senza raggiungere le temperature estreme dei pianeti più vicini o più lontani.

LA STRUTTURA DELLA TERRA

Il nostro pianeta è costituito da tre involucri concentrici caratterizzati da una composizione chimica e da una densità differente: la crosta, il mantello e il nucleo.
La crosta è l’involucro più esterno, a diretto contatto con l’atmosfera, la biosfera e l’idrosfera; è molto sottile, in particolare negli oceani dove ha uno spessore di una decina di chilometri. Nelle aree continentali ha uno spessore maggiore specialmente in corrispondenza delle catene montuose più elevate dove raggiunge i 70 Km di profondità. La crosta è formata da materiali meno densi rispetto al sottostante mantello.
Il mantello, che ha una composizione diversa dalla crosta, si estende dalla crosta fino alla profondità di 2900 Km, dove inizia il nucleo. La porzione superiore è solida e relativamente fredda; ha un comportamento rigido ed elastico, simile a quello della crosta sovrastante. Per questo in molti casi si preferisce considerare la crosta e il mantello superiore come strati di un solo involucro rigido, cui viene dato il nome di litosfera. La litosfera si estende fino alla profondità media di 100 Km. La parte del mantello che si trova al di sotto della litosfera è chiamata astenosfera: è uno strato caldo e plastico dove i materiali sono parzialmente fusi e perciò hanno una maggiore mobilità. Sotto l’astenosfera, che termina ad una profondità di 350 Km circa, il mantello ritorna solido e rigido.
Il nucleo, cioè la regione centrale della Terra, è composto prevalentemente da ferro e nichel ed è molto più denso del mantello o della crosta. Nella parte più esterna è liquido, mentre nella parte più interna è allo stato solido.
La dinamica della crosta terrestre può essere ricondotta a due categorie di fenomeni: i processi esogeni, in cui intervengono fattori che agiscono all’esterno della litosfera, e i processi endogeni che sono la manifestazione di un’attività vulcanica.
I processi esogeni sono causati dai continui scambi che avvengono tra atmosfera, idrosfera, biosfera e i materiali della crosta solida.
I processi endogeni sono rappresentati dall’attività vulcanica, dall’attività sismica e da tutti i movimenti della crosta, il cui “motore” è il calore interno della Terra.

I VULCANI

Il vulcanesimo e l’attività sismica sono le testimonianze più drammatiche che il nostro pianeta è geologicamente attivo, sottoposto cioè all’azione di forze interne di notevole intensità, che trasformano e rendono instabile la crosta terrestre.
Con il termine vulcanismo (o vulcanesimo) viene indicata l’emissione attraverso condotti e fenditure sia di fluidi a composizione silicata (lave), sia di componenti solidi (materiali piroclastici), sia di vapori e gas legati a masse magmatiche fuse e calde. Il vulcanismo è quindi inserito in un contesto più complesso ed è una fonte preziosa di informazioni sui magmi e in generale sul processo magmatico.
Il magma è presente nella crosta e nel mantello in regioni circoscritte, sotto forma di sacche isolate di materiale fuso. Solo una sottile zona del mantello superiore si trova in uno strato di parziale fusione, i magmi vengono prodotti in questo strato del mantello o in regioni circoscritte della crosta (magma primario e secondario) solo quando si verifica una diminuzione della pressione ed un aumento della temperatura. Il magma che si forma in questo modo è prevalentemente sialico. In altri luoghi le medesime forze provocano la formazione di profonde fratture all’interno della crosta, il magma originato è prevalentemente femico. In molti casi la massa fluida del magma risale verso le regioni superficiali della crosta e tende a concentrarsi in bacini magmatici (camere magmatiche) che possono alimentare le eruzioni vulcaniche.
In linea di massima possiamo distinguere magmi basici (basaltici), magmi acidi (composizione simile al granito) e magmi intermedi (di tipo andesitico).
I magmi basici hanno una temperatura iniziale intorno ai 1200-1500 °C, sono fluidi e poco viscosi e raggiungono la superficie terrestre più facilmente dei magmi acidi. I magmi basaltici raggiungono la superficie con una temperatura più elevata rispetto a quelli acidi.
I magmi acidi hanno una temperatura intono ai 700-900 °C circa, sono più viscosi e meno fluidi.
I magmi intermedi, hanno caratteristiche, come punto di fusione e viscosità, intermedie tra l’acido e il basico.
La maggior parte delle lave ha composizione ultrabasica; il diverso comportamento dei magmi acidi o basici, dipende dal diverso contenuto di silice ed acqua. Dalla percentuale di silice dipende la viscosità del magma, dalla percentuale di acqua dipende il punto di fusione.
Se il magma riesce ad arrivare in superficie si ha un’eruzione vulcanica. L’attività vulcanica si manifesta nelle regioni della Terra dove sono situate grandi fratture e tensioni, provocate dallo spostamento della crosta.
La spaccatura della superficie terrestre attraverso la quale fuoriescono i magmi prende il nome di vulcano. L’edificio che si forma per l’accumulo di tutto il materiale vulcanico costituisce l’edificio vulcanico.
Il vulcano è alimentato in genere da una camera magmatica, che comunica con l’esterno attraverso un condotto o camino vulcanico. Nella camera magmatica il magma si accumula e ristagna, in prossimità della superficie la pressione scende considerevolmente e i gas possono liberarsi ed espandersi.
Benché esista una grande varietà di vulcani, si dividono in due categorie: vulcanismo effusivo, si assiste ad un’emissione tranquilla, la lava fuoriesce senza ostacoli e scorre senza difficoltà lungo i fianchi dell’edificio vulcanico; vulcanismo esplosivo, l’eruzione è caratterizzata da violenti esplosioni e distruttive.
I magmi granitici sono viscosi, perciò possono formare tappi densi che ostruiscono i condotti di fuoriuscita della lava. La crosta consolidata e la lava viscosa, che resta nel condotto vulcanico, impediscono la fuoriuscita dei gas. La pressione viene accumulata fino a quando, i gas, liberano improvvisamente e violentemente il condotto vulcanico.

TIPI DI ERUZIONI VULCANICHE E VULCANI

Un vulcano può eruttare principalmente lava (attività effusiva) o materiali piroclastici (attività eiettiva) o gas (attività esalativa).
Le eruzioni possono provocare la formazione di singoli edifici vulcanici, la cui forma dipende dal modo con cui fuoriesce la lava, oppure possono avvenire attraverso fessure allungate e strette. Nel primo caso si parla di eruzioni centrali, nel secondo di eruzioni lineari.
Nelle eruzioni centrali i materiali vengono eruttati da un camino vulcanico e danno origine ad un edificio vulcanico detto cono. Il magma risale attraverso il condotto principale e da condotti secondari, così fuoriesce.
Gli edifici vulcanici prodotti da un’attività effusiva tranquilla associata a magmi fluidi e basaltici sono caratterizzati da pendii dolci ed occupano ampie superfici, mentre i condotti dei vulcani con attività esplosiva hanno una pendenza accentuata e sono formati principalmente da scorie.
Facendo riferimento alle caratteristiche dell’edificio vulcanico e alle modalità d’eruzione i vulcani vengono classificati in:
- vulcani a scudo (o tipo hawaiano) caratterizzati dall’emissione di lave molto fluide e dall’assenza di esplosioni e lanci di materiale piroclastico. Emettono lava basaltica che si espande facilmente a notevole distanza; gli edifici vulcanici hanno una tipica forma a scudo, con pendii dolci e poco inclinati, formati con strati sovrapposti di colate laviche;
- stratovulcani (tipo stromboliano), caratterizzati da fianchi più ripidi, formati da strati di lava alternati a strati di materiali piroclastici (polveri, ceneri, lapilli); eruzioni con emissioni di colate laviche di composizione variabile alternate a gas e materiali piroclastici (Stromboli, Etna, Vesuvio, Fujiyama);
- vulcani di tipo vulcanico, in cui mancano quasi del tutto le colate laviche e l’attività vulcanica si manifesta con l’esplosione di materiali solidi e dense nubi di gas e polveri. La lava di questi vulcani è intermedia e molto viscosa; gli edifici vulcanici sono caratterizzati da fianchi con pendenza accentuata;
- vulcani di tipo peleano, caratterizzati da emissione di lava fortemente viscosa che forma duomi e guglie e da violenta attività esplosiva, accompagnata dal crollo delle pareti dell’edificio vulcanico e dall’emissione di nubi ardenti.
Nelle eruzioni lineari il magma fuoriesce in grande quantità da fratture allungate e strette che possono svilupparsi anche per chilometri (Islanda).

COLLOCAZIONE DEI VULCANI

I vulcani sono geograficamente concentrati in lunghe e strette fasce della nostra crosta terrestre, corrispondenti:
- alle dorsali oceaniche, vulcani attivi con emissioni sotto forma di lava (Islanda e Azzorre);
- agli archi di isole e alcuni margini continentali, vulcani in prossimità delle fosse oceaniche, eruzioni di lave ricche di silice e viscose. Sono localizzati presso la cintura di fuoco circumpacifica (Giappone, Messico, Filippine, Paesi sudamericani);
- alle fosse tettoniche, vulcani situati prevalentemente presso le fosse africane;
- ai rilievi formatisi durante l’orogenesi alpina, presso le Antille, le Canarie ed il Mediterraneo.