Ricerca sulla nascita del sistema solare

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Testo

NASCITA DEL SISTEMA SOLARE

Cinque miliardi di anni fa una stella morì in una muta e accecante esplosione. Da questa supernova si propagarono delle onde d'urto, che sfrecciando per la galassia, s'imbatterono in un'enorme nube rotante di gas e polvere e ne alterarono drasticamente il destino.
Compresse dall'onda d'urto, le molecole di gas nebulare (idrogeno ed elio) presero ad aggregarsi. Mentre la nube si avvitava lentamente, la gravità attirò gli agglomerati verso il centro, sempre più denso. Le regioni esterne della nube si appiattirono a formare un disco e l'impatto dei gas in caduta riscaldò il nucleo. Dopo alcune migliaia di anni, la nube si tramutò in un'enorme disco rotante che, noto come nebulosa solare, è l'antenato dei pianeti dell'attuale sistema solare. Lentamente, la nebulosa prese a condensarsi in una famiglia di pianeti. Costantemente alimentata dalla materia cadente, l'ormai voluminoso nucleo centrale si accrebbe fino a diventare un rovente e sferico proto-sole.
Gli ammassi di polvere circostanti cominciarono a condensare e formarono grani di ferro, silicio, magnesio, alluminio, nickel e altri numerosi elementi. Nel frattempo, composti più leggeri e volatili, quali l'acqua e il metano, si condensavano come brina in una fredda notte nelle regioni più esterne fredde della nebulosa. Attirati dalla gravità verso il piano centrale del disco, gli scintillanti frammenti confluirono in vortici e mulinelli e, a seguito di frequenti collisioni, raggiunsero le dimensioni di asteroidi, che sono diventati "famosi" anche con il nome di pianetini. Migliaia di asteroidi si raccolsero in sciami, disegnando orbite distinte intorno al proto-sole e fondendosi nei più massicci corpi planetari. Disseminato di rocce, turbolento e avvolto da una coltre di gas e polvere, il sistema solare primitivo era pronto per un "rito di passaggio": la nascita della sua stella. Quando il peso schiacciante dell'idrogeno accumulatosi raggiunse la massa critica, all'interno del giovane sole esplose una reazione termonucleare detta fusione. durante la cosiddetta fase T Tauri (nome derivante dalla stella della costellazione del Toro in cui il fenomeno fu osservato per la prima volta), il sole espulse i suoi strati più esterni, sospingendoli nel nuovo sistema solare. L'impetuoso vento T Tauri spogliò i pianeti interni delle loro atmosfere primordiali e spazzò via dalla nebulosa i gas e le polveri rimasti. Lontano dal punto dell'esplosione, i mondi esterni riuscirono a salvare i loro densi involucri gassosi di idrogeno ed elio, mentre i pianeti interni venivano ridotti a nude sfere di roccia e metallo. Il calore generato dal decadimento di elementi radioattivi pesanti fuse l'interno dei corpi rocciosi, consentendo ai minerali ricchi di ferro di concentrarsi nei nuclei planetari e portando in superficie i più leggeri silicati. I gas emessi dall'interno fuso fuoriuscirono da vulcani e bocche eruttive e formarono nuove atmosfere, composte principalmente da biossido di carbonio e azoto. Per un altro mezzo miliardo di anni, igiovani pianeti subirono l'intenso bombardamento di ammassi non consolidati di detriti lasciati dall'era di formazione dei pianeti. La letale pioggia meteoritica ebbe fine quattro miliardi di anni fa, non prima di aver profondamente inciso le superfici planetarie e aver lasciato cicatrici indelebili, a testimonianza della violenta nascita del sistema solare.

IL SISTEMA SOLARE OGGI

La terra è uno dei corpi celesti che costituiscono il sistema solare, ossia l’insieme di pianeti, asteroidi e comete che ruotano attorno al sole, trattenuti sulle loro orbite grazie alla potente forza di gravità esercitata da questo astro e dovuta alla sua massa, enormemente superiore a quella di qualsiasi pianeta.
Il sole è la stella a noi più vicina e non è differente da quelle che di notte si vedono brillare nel cielo. Gli astronomi ritengono che oltre al Sistema Solare esistano anche altri insiemi di pianeti che, analogamente al nostro, ruotano attorno ad altre stelle. Per questa affascinante ipotesi esistono spiegazioni scientifiche certe.
Il sistema solare è costituito dalla materia residua originatasi quando si è formato il sole. Le stelle, infatti, nascono dal collasso gravitazionale di una nube di gas (cioè, dalla compressione della nube dovute al suo stesso peso); attorno ad esse, a partire da ciò che è rimasto della nube, possono addensarsi dei corpi più piccoli, i pianeti. Perciò è molto probabile che vi siano molti altri sistemi planetari simili a quello cui appartiene la terra. E infatti si stanno raccogliendo prove a conferma del fatto che attorno ad altre stelle vi sono pianeti o sistemi planetari simili al nostro Sistema Solare.

LE ORBITE DEI PIANETI
I corpi più importanti del Sistema Solare sono senz’altro i nove pianeti che ruotano attorno al sole seguendo orbite di forma ellittica, cioè simili a circonferenze leggermente schiacciate. Il sole non è posto esattamente al centro di queste orbite e per questo i pianeti possono trovarsi ora più vicini e ora più lontani da esso. Ad esempio, la distanza della terra dal sole varia da 147 a 152 milioni di Km nel corso di sei mesi. Come si può notare, la differenza non è molto grande e ciò significa che, in effetti, le orbite dei pianeti sono quasi circolari.
Tuttavia Mercurio e, soprattutto, Plutone costituiscono due eccezioni di rilievo. Per la maggior parte del tempo, infatti, Plutone è il pianeta più distante dal sole (la sua distanza massima è di 7375 milioni di Km) ma in certi periodi, per esempio dal 1979, si trova più vicino di Nettuno, e nel 1989 ha raggiunto la sua minima distanza dal sole, che è di 4425 milioni di Km.
Sette dei nove pianeti viaggiano attorno al sole su orbite che giacciono praticamente sullo stesso piano, come una serie di anelli posto su un tavolo. Ciò significa che essi si trovano sempre all’interno di una stretta fascia di costellazioni, quelle zodiacali, facilmente identificabile nel nostro cielo. Ancora una volta le eccezioni sono Mercurio e Plutone; l’orbita di Mercurio è inclinata di 7° rispetto a quella della Terra e quella di Plutone di 17°.
Ovviamente maggiore è la distanza di un pianeta dal sole, maggiore sarà il tempo che impiega per completare un’intera orbita; infatti, si passa dagli 88 giorni di Mercurio ai 248 anni necessari per Plutone.

DUE FAMIGLIE DI PIANETI
Benché ciascuno presenti delle caratteristiche peculiari, i pianeti del Sistema Solare si dividono in due grandi famiglie: pianeti terrestri e pianeti giganti. Alla prima appartengono oltre alla terra, Mercurio, Venere e Marte; alla seconda Giove, Saturno, Urano e Nettuno. A questa classificazione sfugge ancora una volta Plutone.
I pianeti terrestri, che sono anche quelli più vicini al sole, sono piccoli e rocciosi. Devono il proprio nome al fatto che, sotto molti aspetti, sono simili alla terra; inoltre possiedono un’atmosfera, a eccezione di Mercurio che ne è quasi totalmente privo, poiché la sua forza di gravità è troppo piccola per trattenere i gas. I pianeti giganti invece sono di grandi dimensioni e sono composti prevalentemente di gas, in particolare giove: per questo prendono anche il nome di pianeti "Gioviani".
Plutone, posto ai limiti del Sistema Solare, è differente da tutti gli altri. E’ di gran lunga il pianeta più piccolo (il suo diametro di circa 2320 Km è meno della metà di quello di Mercurio e meno di un quinto di quello della Terra) e la sua massa è addirittura solo un quinto di quello della Luna. Quanto alla sua composizione, sarebbe costituito per il 67% di roccia e per il 33% di ghiaccio e potrebbe aver avuto un’origine diversa da quella degli altri pianeti.

LA VISIBILITA’ DEI PIANETI
Diversamente dal Sole nessun pianeta emette luce propria; i pianeti brillano in cielo come puntini simili alle stelle, perché riflettono la luce solare. Tra tutti i pianeti quello che ci appare più luminoso è Venere, perché è relativamente vicino a noi e perché la sua densa atmosfera riflette efficacemente la luce del sole. Ma anche Mercurio, Marte, Giove e Saturno sono visibili a occhio nudo e infatti sono noti dall’antichità, benché Mercurio sia di difficile osservazione, perché la sua posizione in cielo si discosta sempre molto poco da quella del Sole, rendendolo visibile solo un po’ prima dell’alba e subito dopo il tramonto. Urano, teoricamente ai limiti della visibilità a occhio nudo, sfuggì agli antichi e venne scoperto solo nel 1781. Nettuno e Plutone, troppo deboli per essere osservati senza l’ausilio di un telescopio, sono stati scoperti in tempi relativamente recenti, rispettivamente nel 1846 e nel 1930.

FAMIGLIE DI LUNE E DI ANELLI
La maggior parte dei pianeti, come la terra, ha una o più lune ( o satelliti naturali ): Mercurio e Venere sono gli unici a esserne privi.
I quattro pianeti giganti hanno tutti famiglie di lune molto numerose, che orbitano attorno al pianeta come se si trattasse di sistemi solari in scala ridotta. Saturno è il pianeta con il maggior numero di lune: se ne conoscono ben 18, anche se quasi certamente ne possiede altre. Giove è il pianeta che possiede il satellite di maggiori dimensioni, Ganimede, che ha un diametro maggiore di quello di Mercurio.
Particolarmente interessante è il caso di Plutone, il cui unico satellite conosciuto , Caronte, ha un diametro pari circa alla metà di quello di Plutone stesso, tanto che questa coppia viene considerata spesso come un pianeta doppio.

PLUTONE
I quattro pianeti giganti, inoltre, sono circondati da anelli; i più conosciuti e spettacolari sono quelli di Saturno, facilmente visibili anche con un piccolo telescopio, mentre i deboli anelli di Giove, Urano e Nettuno vennero scoperti solo con sofisticate osservazioni da terra e con l’invio delle sonde Voyager. Gli anelli sono composti da particelle di polvere e ghiaccio di piccole dimensioni e da frammenti rocciosi simili a massi.

I PIANETI TERRESTRI
Nel Sistema Solare interno, più caldo, i pianeti si formarono dai resti rocciosi della nebulosa solare. Questi agglomerati rocciosi erano molto numerosi ed entravano frequentemente in collisione gli uni con gli altri, formando corpi di dimensioni sempre maggiori detti " planetesimi" i quali, attirandosi reciprocamente per effetto della forza di gravità, diedero origine ai quattro pianeti terrestri.
Bombardata dalle rocce in orbita attorno al disco centrale del giovane disco solare, la superficie di questi pianeti si scaldò e la radioattività interna ad essi contribuì a innalzare ulteriormente la temperatura. Questo fece fondere i metalli di cui erano parzialmente composti, che sprofondarono nelle aree centrali, dando origine alla formazione di vene e depositi. Possiamo ancora scorgere i crateri provocati dall’impatto delle rocce sulla superficie della luna, degli altri pianeti e delle loro lune, dove nulla è mutato nel corso di migliaia di milioni di anni. Sulla Terra, i crateri sono assai meno visibili per effetto degli agenti atmosferici e della vegetazione.

GIGANTI GASSOSI
Nel Sistema solare esterno invece, grazie sia alla presenza di un maggior numero di planetesimi, sia alla grande abbondanza di acqua a notevole distanza dal Sole, si formarono corpi molto più massicci, circondati da intere famiglie di lune. Le masse di questi corpi erano circa dieci volte più grandi dalle terra e la loro forza di gravità era sufficientemente elevata da trattenere dense atmosfere, attirando su di esse una parte della nube di gas che ancora circondava il sistema solare primordiale. In quella regione si formarono così i pianeti giganti gassosi.
Sia Giove sia il Sole hanno una composizione simile a quella della nebulosa solare originaria: circa il 74% di idrogeno, il 24% di elio e solo il 2% di altri elementi. Anche saturno ha una composizione simile, sebbene con una percentuale inferiore di idrogeno e di elio, mentre Urano e Nettuno sembrano avere un nucleo solido di dimensioni maggiori e una percentuale di idrogeno e di elio inferiore a quello di Giove e saturno.

GLI ASTEROIDI
Una parte dei residui rocciosi più piccoli formatisi all’interno del Sistema Solare primordiale ha dato vita a una fascia (la fascia degli asteroidi) tra le orbite di Marte e giove. I più grandi tra gli asteroidi possono essere considerati come dei piccoli pianeti, mentre gli altri sono poco più di grandi sassi di forma irregolare. Si calcola che la massa complessiva di tutti gli asteroidi di questa fascia sia circa un millesimo della massa della Terra.
Nel 1801 l’astronomo italiano Piazzi scoprì il primo asteroide, Cerere, che con il suo diametro di circa 1000 Km è anche quello di gran lunga più grande. Nel 1993 la navicella spaziale Galileo, nel corso della propria missione attraverso il sistema solare, trasmise a terra delle riprese ravvicinate dei due Asteroidi Gaspra e ida, che presentano entrambi una forma irregolari e sono costellati di crateri. Ida è lungo solo 55 km, ma ha una piccola luna, Dattile, del diametro di circa 1,5 Km. Gli asteroidi non hanno tutti la stessa composizione e ciò può essere rilevato dal modo differente in cui riflettono la luce solare. Il 75% di essi è di colore molto scuro e poco riflettente, ma vi sono anche asteroidi costituiti di rocce grigiastre e altri con una lucentezza metallica. Questa differente composizione si può riscontrare anche nei diversi tipi di meteoriti che periodicamente cadono sulla superficie terrestre e che, probabilmente, provengono per la maggior parte dalla fascia degli asteroidi.
Oltre agli asteroidi presenti tra Marte e giove, ve ne sono altri che percorrono orbite diverse in altre regioni del Sistema Solare. Alcuni di questi si avvicinano o attraversano l’orbita della Terra, mentre altri due gruppi, detti "Troiani", seguono l’orbita di giove

LE MISTERIOSE COMETE
Le comete sono componenti "misteriose" del Sistema Solare. Alcune sono state catturate dalla gravità del sole, percorrono orbite ellittiche molto allungate e riappaiano regolarmente, come la famosa cometa di Halley. Questa si muove tra il Sistema solare interno e un punto posto oltre l’orbita di Nettuno, impiegando circa 76 anni per compiere il proprio tragitto.
Tuttavia si pensa che la zona di provenienza della maggior parte delle comete si trovi oltre l’orbita di Plutone, in una regione dello spazio dove sono rimasti depositati molti dei frammenti di ghiaccio rimasti dopo la formazione del Sistema Solare. In questa regione, detta "nube di Oort" dal nome dell’astronomo che ne ha ipotizzato l’esistenza, si ritiene che vi siano oltre 100 miliardi di nuclei di comete. Dalla Terra, però, le comete sono visibili solo quando vengono attirate verso l’interno del Sistema solare.
Il nucleo di una cometa è stato descritto dall’astronomo Fred Whipple come una "palla di neve sporca", poiché è costituito da un miscuglio di ghiaccio, roccia e polvere. Quando una cometa si avvicina al sole, il calore crescente comincia a far evaporare il ghiaccio. Il nucleo, delle dimensioni di qualche Km, viene allora circondato da un ampio involucro di gas, la chioma, che si estende per migliaia di km. La luce solare riflessa dalla chioma rende visibile la cometa. A mano a mano che il calore del Sole diventa più intenso i getti di polvere e di gas originatisi sulla superficie del nucleo si orientano in direzione opposta al Sole, creando lunghe code. Anche se appaiano molto spettacolari, le comete tipiche contengono pochissima materia: circa un miliardesimo della massa della Terra.
Ogni anno gli astronomi osservano in media oltre venti comete, alcune delle quali sono nuove, cioè non sono mai state osservate precedentemente, mentre altre sono periodiche. Tuttavia solo raramente una cometa diventa sufficientemente brillante da essere facilmente visibile a occhio nudo. Nel 1986 gli astronomi poterono per la prima volta avvistare una cometa da distanza ravvicinata, quando la sonda spaziale europea Giotto si portò a soli 600 Km dal nucleo della cometa di Halley.

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