L'universo e il sistema solare

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L’UNIVERSO E IL SISTEMA SOLARE
Da sempre l’uomo cerca di comprendere l’universo. Gli antichi, che non avevano strumenti per esplorare lo spazio,m descrissero il cosmo con il mito o con modelli costruiti in base alla loro esperienza quotidiana. Oggi, grazie alle scoperte della scienza e della tecnica, noi conosciamo molti dei meccanismi e delle leggi matematiche che regolano i fenomeni celesti; ciononostante, di fronte a uno spazio che diven6ta ogni giorno più grande, la risposta alla domanda di sempre “ Com’è veramente l’universo?” è ancora molto imprecisa.
In una notte serena e senza luna, il cielo ci appare come un’enorme volta punteggiata da miriadi di luci piccole e grandi. Le stelle. In effetti gli antichi astronomi ritenevano che tutte le stelle e i corpi celesti che brillavano nel cielo fossero appresi a un’enorme sfera di cristallo, la volta celeste, che circondava la terra, posta al centro dell’universo.
La volta celeste in realtà non esiste e quei punti luminosi non sono equidistanti da noi. Alcuni sono lontanissimi e ci appaiono delle stesse dimensioni di altri corpi celesti in realtà più piccoli, ma più vicino a noi. Per esempio Sirio, la prima stella che riusciamo a scorgere al tramonto grazie alla sua intesa luminosa, è in realtà più piccola delle altre stelle che, a causa della loro maggiore distanza, nel cielo notturno ci appaiono come piccole luci fioche.

STELLE, CORPI CELESTI OPACHI, GALASSIE
Un punto luminoso può essere una STELLA: una vera e propria “centrale termonucleare” che diffonde nello spazio l’energia prodotta anche sotto forma di luce.
Un punto luminoso può essere un CORPO CELESTE OPACO, per esempio un PIANETA, che si limita a riflettere nello spazio delle radiazioni luminose che colpiscono la superficie. La stessa terra a chi si trova nello spazio appar4e come un corpo luminoso.
O, addirittura, una luce che brilla lontana dal cielo può nascondere un’intera galassia: un’enorme ammasso fatto di miliardi di stelle, di gas e polveri stellari.
Le stelle sono corpi formati da gas, soprattutto idrogeno (75%) ed elio (25%), sono in genere molto grandi. Il solo, che è una stella di media grandezza, ha un diametro pari a circa 110 volte il diametro della terra. Ma ci sono stelle le cui dimensioni sono mille volte più grandi di quella del sole e stelle
più piccole invece come la terra.
LA DISTANZA DELLE STELLE
Per quanto la distanza che ci separa da esse, è sufficiente riflettere sulla loro luminosità. Infatti se le stelle sono simili al sole, allora la loro ridottissima luminosità può essere giustificata solo da una distanza enorme. Basta pensare una lampadina: la luce che essa emette rischiara a giorno una stanza, ma un osservatore posto a qualche centinaio di metri riuscirebbe a scorgere solo un piccolo punto luminoso. I fisici hanno dovuto introdurre addirittura una nuova unità di misura per riuscire a esprimere le distanze cosmiche. Questa unità è l’ANNO LUCE ed equivale alle distanza che la luce percorre in un anno. Proxima Centauri, la stella più vicina anoi dopo il sole, dista in realtà più di 4 anni luce: la luce che essa emana impiega cioè 4 anni per percorrere la distanza che la separa dalla terra. La stessa misura di km è espressa da un numero dell’ordine di 40000miliardi, ovvero un numero di 14 cifre. Quella di Proxima Centauri è comunque una piccola distanza a l89vello astronomico, se si pensa che ci sono stelle la cui radiazioni viaggiano miliardi di anni (alla velocità di 300000 km/s) per giungere sino a noi.
LE STELLE PRODUCONO ENERGIA
Se potessimo avvicinarci con un’astronave ad una stella, essa ci apparirebbe come un grosso globo incandescente, dalla cui superficie, sconvolta da continue esplosioni, si innalzano colonne di fuoco, alte migliaia di km. E poiché nessuna esplosione di origin3e chimica, per quanto violenta, può produrre tenta energie, per poter scoprire il segreto delle stelle l’uomo ha dovuto attendere la scoperta della reazione nucleare. Nella regione centrale dio ogni stella, dove la temperatura è di alcuni milioni di gradi centigradi e la pressione supera un miliardo di atmosfere, esistono infatti le condizioni perché avvengano di continuo le reazioni di fusione che, trasformano i nuclei di idrogeno in nuclei di elio, producono enorme quantità di energia. È questa energia che viene emessa nello spazio interstellare sottoforma di radiazioni elettromagnetiche, che noi in parte percepiamo in radiazioni luminose. Per innescare una reazione nucleare sappiamo che occorrono alcune condizione, la prima delle quali è la presenza di una massa di combustibile sufficiente ad alimentare una reazione a catena.
COME NASCE UNA STELLA
Le stelle si formano all’interno di nubi di gas e polveri, dette BEBULOSE. All’interno delle nubi esistono zone dove il gas e polvere sono più concentrati. Si ritiene che proprio in corrispondenza di queste regioni la forza di gravità che si esercita fra la singole particelle favorisca la formazione di nuclei sempre più densi, le PROTOSTELLE. A causa della compressone, nella regione interna della protostelle si creano le condizioni di temperatura necessarie a innescare le prime reazioni di fusione nucleare. L’energia prodotta dalle reazioni avvia però un processo di espansione, e quindi di raffreddamento dei gas, che si contrappone per un certo periodo al processo di concentrazione. Ad un certo punto i due processi di contrazione e espansione si equilibrano: la stella neonate sti stabilizza. Dopo la “ nascita”, una stella vive una fase stabile più o meno lunga: per il sole si prevede che questa fase duri in tutto 10miliardi di anni, 5 dei quali già trascorsi.
COME UNA STELLA EVOLVE E MUORE
Quando tutto l’idrogeno è stato consumato, inizia per la stella una nuova fase di instabilità. Poiché non avvengono più reazioni nucleari, la forza di gravità prevale e provoca un’ulteriore compressone del nucleo: cioè determina un innalzamento della temperature tale da innescare nuove reazioni nucleari che fanno dilatare gli strati estremi. Il volume della stella aumenta moltissimo, la temperatura diminuisce e il colore diventa rosso: essa diventa cioè quella che gli astronomi chiamano GIGANTE ROSSA. Alcune volte gli strati più estremi della gigante rossa si disperdono nello spazio e lasciano visibile solo il nucleo, relativamente piccolo: la stella è diventata una NANA BAINCA, chiamata così per via della debole luci biancastra che emette, destinata a consumare lentamente il combustibile che ancora le rimane, fino a scomparire del tutto.
È previsto che anche il sole si trasformi prima in una gigante rossa e poi in una nana bianca, e questa è la fine che attende tutte le stelle che hanno analoghe dimensioni.
Le stelle più grandi del sole possono invece terminare la loro esistenza con un’esplosione così violenta che fa disperdere nello spazio circostante parte della materia che la costituisce: si trasformano cioè in NOVAE o SUPERNOVAE, che gli antichi chiamavano così perché a loro
sembrava che nel cielo si accendessero “nuove” stelle.
MILIARDI DI GALASSIE FORMANO L’UNIVERSO
Le stelle, i corpi celesti opachi, i gas e le polveri interstellari non sono distribuiti a caso nello spazio, ma raggruppati in enormi ammassi : le galassie.
In una notte serena e senza luna si può scorgere nel cielo una fascia biancastra che lo attraversa. Tale fascia è la nostra galassia : la Via Lattea , chiamata così dagli antichi per il suo aspetto simile ad una macchia di latte.
Esaminata al telescopio , la Via Lattea ha la forma di una lente biconvessa da cui si dipartono lunghi bracci aspirale e appare costituita da un enorme raggruppamento di stelle (oltre 100 miliardi), gas e polveri interstellari.
Questo enorme disco il cui diametro maggiore e lungo 100 000 anni luce, ruota su se stesso come una trottola. Il sole , che dista 30 000 anni luce dal centro della Via Lattea , impiega 200 milioni di anni per compiere l’intero giro galattico, viaggiando alla velocità di 250 km al secondo.
Fino ai primi decenni di del 1900 si pensava che la Via Lattea coincidesse con l’intero universo e che intorno ad essa ci fosse solo spazio vuoto. Più tardi grazie all’uso di telescopi più potenti, si scoprì che alcune nebulose erano in realtà galassie simili alla nostra. Le più vicine sono la galassia di Andromeda, la Piccola Nube di Magellano e la Grande Nube di Magellano : esse distano comunque dalla Via Lattea qualche milione di anni luce.
Secondo gli astronomi tutta la materia dell’universo si trova raggruppata in miliardi di galassie.
L’UNIVERSO NACQUE DA UNA GIGANTESCA ESPLOSIONE
L’EFFETTO DOPPLER
Mentre studiava il comportamento delle onde sonore il fisico austriaco Johann Cristian Doppler (1803-53) fece un’osservazione che si rivelò poi importantissima per capire la storia e l’evoluzione dell’universo. Questa sua scoperta prese il nome di effetto Doppler : quando udiamo il suono della sirena di un’ambulanza, lo percepiamo più acuto mentre si avvicina e più grave nel momento in cui , dopo averci superati,si allontana. La frequenza delle onde sonore infatti aumenta quando il veicolo, avvicinandosi, le addensa davanti a sé, mentre diminuisce quando il veicolasi allontana.
L’UNIVERSO SI EPANDE
La stessa cosa succede con la luce che, come sappiamo, si comporta come un’onda. Quando una sorgente luminosa si avvicina ad un osservatore, la frequenza delle onde luminose aumenta: componendo la luce in un prisma ottico vediamo che le righe del suo spettro si spostano verso il violetto. Quando invece la sorgente luminosa si allontana, le righe dello spettro si spostano verso il rosso.
Gli spettri della luce delle galassie, osservati dagli astronomi, hanno rivelato delle righe spostate verso il rosso. Questo dimostra che le galassie si stanno allontanando: l’universo diventa giorno dopo giorno sempre più grande.
IL BIG-BANG
Se facciamo un percorso a ritroso nel tempo dobbiamo quindi immaginare che, a causa della forza gravitazionale, in origine l’universo fosse molto piccolo e concentrato in un nucleo primordiale.
Ad un certo punto per l’enorme temperatura si verificò una reazione nucleare di fusione che provocò la “grande esplosione” del nucleo del cielo: il big-bang. La materia fu proiettata ad altissima velocità in tutte le direzioni, e dalle particelle che si diffusero nello spazio ebbero successivamente origine le galassie.
NASCITA DEL SOLE
Mentre si allontano sempre più dal punto in cui avvenne la grande esplosione, le galassie continuamente modificano forma e struttura. I tempi umani però non ci consentono di ammirare il divenire continuo della realtà cosmica, ma dal confronto dei corpi celesti , grazie alle conoscenze scientifiche ormai acquisite, si può ipotizzare come il sole ed il suo sistema abbia avuto origine.
Si ritiene che circa 5 miliardi di anni fa una nube stellare di gas e polvere, originata forse dall’esplosione di una supernova, iniziò a collassate: ciò significa che per effetto della forza di gravità le particelle solide si attrassero formando al centro della nube un nucleo sempre più denso. Ad un certo punto il nucleo raggiunse una densità e una temperatura tali che in esso cominciarono a svolgersi reazioni nucleari con produzioni di calore e di luce: era nata una nuova stella , il Sole.
Intorno ad esso ruotavano moltissimi corpi microscopici, sui quali il Sole esercitava una forza di gravità sufficiente per mantenerli nella sua orbita, ma non tale da attrarli sulla sua superficie.
Questi corpuscoli movendosi si scontravano e aggregavano, formando corpi sempre più grandi: nacquero così i pianeti. Il sole è quindi una stella come tante, ma la sua importanza per noi non ha confronti possibili . il Sole infatti è la fonte dell’energia che consente ogni forma di vita.
LA STRUTTURA DEL SOLE
Chimicamente il sole , come tutte le stelle, è formato per il 75% di idrogeno e per il restante 25% di elio; sono presenti inoltre tracce di ossigeno, carbonio e azoto. Il suo diametro è di 1.400.000 km e la sua massa e pari a 328 mila volte la massa della terra. Il Sole dista mediamente dalla Terra 150 milioni di km : ciò significa che la sua luce impiega circa 8 minuti per giungere fino a noi. Nella parte più interna è racchiuso il nucleo, dove avvengono le reazioni nucleari. Procedendo verso l’esterno troviamo prima una zona in cui l’energia si propaga per irraggiamento, poi una zona in cui si propaga per convenzione. La parte del sole che vediamo è la fotosfera. Si tratta di uno strato di circa 500 km, con la temperatura media di circa 6.000 gradi centigradi.
Sulla superficie solare sono visibili zone più scure, le macchie solari ,estese per decine di migliaia di km.
I PIANETI
I pianeti conosciuti del sistema solare sono 9 e cioè, in ordine di distanza dal Sole : MERCURIO , VENERE, TERRA, MARTE , GIOVE, SATURNO, URANO, NETTUNO, PLUTONE. Essi sono i più importanti rappresentanti della famiglia del Sole.
Vengono divisi in due gruppi : i pianeti terrestri e i pianeti giganti. I pianeti terrestri, MERCURIO, VENERE, TERRA e MARTE , sono caratterizzati da una superficie rocciosa e solida, hanno dimensioni limitate e , ad esclusione di Mercurio, hanno tutti un’atmosfera più o meno densa. I restanti pianeti sono i pianeti giganti, di formazione più recente, caratterizzati da bassa densità. Hanno dimensioni maggiori di quelle della Terra.
I SATELLITI
Sono i corpi celesti di dimensioni minori che ruotano intorno ai pianeti; se ne conoscono 60, così distribuiti : la Terra ne ha 1 (la Luna); Marte 2, giove 16, Saturno 17, Urano 15, Nettuno 8 e Plutone 1.
GLI ASTEROIDI
Uno sciame di asteroidi, minuscoli pianteti di varie dimensioni, ruota intorno al Sole lungo orbite comprese tra Marte e Giove. Secondo alcuni studiosi gli asteroidi sarebbero i frammenti di un pianeta esploso , secondo altri si sarebbero invece originati con gli altri componenti del sistema solare. Finora ne sono stati individuati circa 3.500, ma si pensa che in realtà ce ne siano diverse centinaia di migliaia.
MERCURIO
Privo di atmosfera e di acqua libera, mercurio è una vera e propria fornace, tanto che la temperatura la Sole raggiunge i 430 gradi centigradi; all’ombra scende invece a –170 gradi centigradi. La notevole escursione termica favorisce lo sbriciolamento delle rocce e ne costituisce praticamente l’unico agente erosivo. La sonda americana Mariner 10 ha fotografato la superficie rilevando la presenza di numerosi crateri meteorici, perfettamente conservati. Il suo diametro è circa 1/3 di quello terrestre. Ruota intorno al sole in 88 giorni e intorno a se stesso in circa 59 giorni.
VENERE
Poco più piccolo della Terra, il pianeta più luminoso del sistema solare è avvolto da una fitta coltre di nubi che ne nascondono la superficie.
L’atmosfera di Venere è molto più densa di quella terrestre ed è composta prevalentemente da anidride carbonica. La temperatura tocca in media 1 500 gradi centigradi; si pensa che un valore così elevato sia dovuta all’effetto serra prodotta dall’anidride carbonica. Venere impiega 225 giorni per compiere un giro completo intorno al Sole e 243 giorni a ruotare su se stesso; la sua atmosfera invece è più veloce: le bastano infatti 4 giorni per completare il giro. Venere ruota su se stesso in senso inverso rispetto agli altri pianeti e quindi il sole sorge a Ovest e tramonta ad Est.
MARTE
Poco più grande della Terra, è detto il pianeta rosso per il colore della polvere che ricopre la sua superficie. Il suo giorno dura poco più di 24 ore mentre impiega 687 giorni per ruotare intorno al Sole. Possiede 2 calotte polari, formate soprattutto da anidride carbonica ghiacciata. La sua superficie presenta deserti sabbiosi e rocciosi, catene montuose, gradi canyon e il più grande vulcano (non attivo)del sistema solare : il monte Olympus, che ha un diametro di circa 600 km e un’altezza di 25km.
Marte ha una temperatura media di –50 gradi centigradi ed un’atmosfera molto rarefatta, in cui soffiano venti che sollevano la sabbia un grandi nubi scure. Attorno al pianeta orbitano 2 satelliti, Phobos (paura) e Deimos (terrore) piccoli e di forma irregolare: si chiamavano così i figli del Dio greco della guerra, Marte, col cui nome gli antichi battezzarono il pianeta rosso.
GIOVE
E’ il più grande pianeta del sistema solare, completamente formato da gas, ad eccezione forse di un piccolo nucleo solido. La sua temperatura e di –120gradi centigradi. Impiega circa 10 ore per ruotare su se stesso e quasi 12 anni per completare un giro intorno al Sole. Sulla sua superficie vi sono delle bande colorate molto evidenti, parallele all’equatore, dovute probabilmente al movimento del gas prodotto dalla rotazione del pianeta. Una struttura caratteristica di Giove è una Grande Macchia Rossa, di forma ovale : si ritiene che sia un’enorme uragano formatosi negli strati superiori dell’atmosfera. Un sottile anello circonda il pianeta a livello del suo equatore. Giove a un intenso campo magnetico ed emette onde radio. Gli ruotano intorno circa 16 satelliti 4 dei quali scoperti da Galileo Glieli nel 1610.
SATURNO
Il più suggestivo di tutti i pianeti è circondato da anelli concentrici , intervallati da spazi vuoti, composti di polvere frammenti solidi, di piccole dimensioni. La densità di Saturno, che è fatto soprattutto di gas , è talmente bassa che il pianeta potrebbe galleggiare sull’acqua. La sua temperatura media è di –80 gradi centigradi. Saturno ruota su se stesso in poco più di 10 ore ma impiega oltre 29 anni per girare intorno al Sole. Ha 17 satelliti osservabili dalla Terra, ma la sonda Voyager ha permesso di scoprirne altri di piccole dimensioni.
URANO
La sua scoperta risale al 1781. Urano, probabilmente a causa di un urto colossale, ruota attorno ad un asse che è parallelo al suo piano orbitale anziché perpendicolare come gli altri pianeti. Di conseguenza volge alternativamente verso il sole i suoi poli che, circa ogni 40 anni, passano da un lunghissimo giorno ad una lunghissima notte. La sua temperatura media èdi –200 gradi centigradi. Recentemente si è scoperto che il pianeta possiede un sistema di 10 anelli e ben 15 satelliti. Impiega 11 ore per ruotare su se stesso e 84 anni per ruotare intorno al Sole.
NETTUNO
Osservato per la prima volta nel 1846 , ruota su se stesso in circa 18 ore e intorno al sole in 164 anni; ha una temperatura di circa –200 gradi centigradi.
La sonda Voyeger 2 ha rilevato che il pianeta è circondato da un’atmosfera composta soprattutto da metano, idrogeno e ammoniaca allo stato liquido a causa della bassa temperatura. La sua superficie, tormentata da vortici e cicloni ha un colore, nero-bluastro. In orbita intorno al pianeta ruotano 8 satelliti.
PLUTONE
Il pianeta fu scoperto solo nel 1930 anche se la sua esistenza era stata ipotizzata in seguito a deviazioni riscontrate nell’orbita dì Urano. Ha dimensioni piccolissime, per cui si pensa che in orgine fosse un satellite di Nettuno sfuggito poi alla sua attrazione. Ruota su se stesso in circa 6 giorni ed intorno al Sole in 248 anni; ha una temperatura di circa –200 gradi centigradi.
Possiede un satellite chiamato Caronte.

LE COMETE , STELLE CON LA CODA
Le comete sono corpi celesti il cui nucleo più o meno sferico ha un raggio medio di poche decine di km.
Tale nucleo è formato prevalentemente di sostanze ghiacciate, polveri e frammenti di roccia.
Le comete si trovano normalmente ai margini del sistema solare, ma alcune di esse hanno un’orbita a forma di ellisse che periodicamente le porta ad avvicinarsi al Sole. Fra queste la più famosa e sicuramente la cometa di Halley , così chiamata dal nome dall’astronomo inglese che la scoprì; i suoi passaggi periodici (ogni 76 anni circa) vengono osservati regolarmente dal 1682.
Quando una cometa arriva ad una certa distanza dal Sole, a causa del forte calore le sostanze del nucleo sublimano e i vapori formano una chioma luminosa e quasi sferica; la chioma poi, sospinta dal vento e dalle radiazioni solari, forma una scia luminosa, la coda della cometa. A volte le particelle della coda, spinte lontano nello spazio, entrano nel campo gravitazionale della terra. Attraversando l’atmosfera terrestre, le particelle si incendiano a causa dell’attrito e formano sciami di meteore : quelle che noi siamo abituati a chiamare stelle comete.

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