Il Sistema solare · Sole e i pianeti formano il Sistema solare. • Il Sistema solare fa parte di una galassia (Via Lattea), un gigantesco insieme di centinaia di miliardi di stelle

Il Sistema solare

Gainotti, Modelli Incontro con le scienze

integrate © Zanichelli editore 2014



In viaggio nello spazio

• Insieme con altri pianeti la Terra orbita attorno a una stella, il Sole. Il

Sole e i pianeti formano il Sistema solare.

• Il Sistema solare fa parte di una galassia (Via Lattea), un gigantesco

insieme di centinaia di miliardi di stelle.



In viaggio nello spazio

Le unità di misura più utilizzate per

esprimere le distanze stellari sono l’unità

astronomica e l’anno-luce.

• L’unità astronomica (UA) è la distanza

media tra Terra e Sole, pari a circa

150 milioni di kilometri. Viene usata, in

genere, per esprimere le distanze tra i

corpi del Sistema solare.

• Un anno-luce (a.l.) è la distanza

percorsa dalla luce nel vuoto in un

anno, circa 9460 miliardi di kilometri.

Viene usato per esprimere le distanze

tra le stelle. (La velocità della luce nel

vuoto è circa 300000 km/s).



Le stelle nella sfera celeste

Già nell’antichità si individuarono due tipi di astri:

• quelli che occupano posizioni fisse gli uni rispetto agli altri, le

stelle;

• quelli che si muovono rispetto a tutti gli altri, i pianeti.

Dalla Terra sono visibili a occhio nudo circa settemila stelle.

Nel corso della notte le stelle ruotano

apparentemente attorno a un punto fisso,

a causa della rotazione terrestre.

Per chi si trova nel nostro emisfero terrestre,

il moto avviene attorno alla Stella

Polare, pressoché fissa.



I moti della Terra: la rotazione

Anche se non avvertiamo i moti reali della Terra, come conseguenza del

loro verificarsi vediamo il Sole e le stelle compiere dei moti che non

avvengono realmente e che per questo sono detti moti apparenti.

Il moto apparente delle stelle: dalla Terra si ha l’impressione che sia il

cielo stellato a girare, compiendo una rotazione che si completa in 24

ore.

La Stella Polare è l’unica che appare immobile

nel cielo, trovandosi sul prolungamento

dell’asse di rotazione terrestre.

Tutte le altre stelle sembrano ruotare

attorno alla Stella Polare.




Il fatto che le stelle mantengano sempre la stessa posizione reciproca

permette di individuare nel cielo notturno delle figure di fantasia,

immaginando di unire determinate stelle con dei segmenti.

Queste figure, individuate fin

dall’antichità nel cielo stellato,

sono chiamate costellazioni.

Le costellazioni sono formate

da stelle, spesso, molto distanti

tra loro e a diversa distanza

dalla terra.




Oggi sappiamo che le stelle sono grandi masse gassose composte

principalmente da due elementi chimici:

• idrogeno;

• elio.

Esse, grazie alle reazioni di fusione nucleare che avvengono nel

loro nucleo, emettono grandi quantità di energia, come luce, calore e

altri tipi di radiazione.



Le stelle nella sfera celeste La diversa luminosità delle stelle dipende:

• dall’effettiva quantità di energia emessa;

• dalla loro distanza dalla Terra.

Alcune stelle possono infatti apparire meno luminose di altre

solo perché sono molto più lontane.

Un’altra caratteristica che distingue le stelle è il loro colore, che

dipende dalla temperatura superficiale.

In ordine di temperatura decrescente

troviamo stelle blu (le più calde),

bianche, gialle, arancioni,rosse

(le più fredde).

Oltre che per la temperatura e il colore, le stelle differiscono anche per le

dimensioni.

Sono esempi:

• le supergiganti rosse, con diametro dell’ordine del miliardo di

kilometri, circa mille volte quello del Sole;

• le giganti azzurre, con diametro 5-10 volte quello del Sole e una

luminosità migliaia di volte quella della nostra stella;

• le nane bianche, stelle grandi come la Terra ma molto più dense;

• le stelle di neutroni, densissime e piccole (poche decine di

kilometri di diametro).

• Il primato di densità della materia spetta , però, al buco nero,

chiamato così perché la sua elevatissima forza di gravità impedisce

perfino alla luce di sfuggirgli. I buchi neri rappresentano le fasi finali

della vita di stelle massicce.




Confronto tra colore e dimensioni delle stelle.



Le galassie sono giganteschi

ammassi di stelle

Le galassie sono

agglomerati di gas,

polveri e stelle che

ruotano intorno a un

centro o nucleo

galattico.




ammassi di stelle

Nell’universo esistono miliardi di galassie, ognuna delle quali contiene

miliardi di stelle.

Esse hanno forma e dimensioni diverse.




ammassi di stelle

La nostra galassia ha un diametro di circa 100 000 anni luce e il

Sistema solare si trova decentrato a circa 30 000 anni luce dal nucleo

galattico.



I pianeti

Il Sole, i pianeti e i vari corpi minori, come satelliti, asteroidi e comete,

formano il Sistema solare.

I pianeti del Sistema solare sono otto e possono essere divisi in:

• pianeti interni (Mercurio, Venere, Terra e Marte) in quanto sono posti

tra il Sole e una zona intermedia detta fascia degli asteroidi che si trova

fra Marte e Giove;

• pianeti esterni (Giove, Saturno, Urano, Nettuno) in quanto sono posti

oltre la fascia degli asteroidi .

Oltre Nettuno sono presenti pianeti di piccole dimensioni, classificati

come pianeti nani, di cui il più famoso è Plutone, un tempo

considerato il nono pianeta del Sistema solare.



I pianeti

I pianeti

Gainotti - Modelli Copyright © 2009 Zanichelli editore



I pianeti

• Il moto che gli otto pianeti del Sistema solare compiono attorno al

Sole è detto moto di rivoluzione.

• Il tempo impiegato da un pianeta per percorrere un giro completo

attorno al Sole si chiama periodo di rivoluzione.

• I pianeti si muovono in modo antiorario su orbite che giacciono

tutte approssimativamente su uno stesso piano.



I pianeti

Oltre al moto di rivoluzione attorno al Sole, ogni pianeta compie un

moto di rotazione attorno a una retta immaginaria, chiamata asse di

rotazione.



Il moto dei pianeti

Nel Seicento lo studio delle orbite dei

pianeti e le variazioni della loro luminosità

portarono l’astronomo tedesco Giovanni

Keplero alla formulazione delle tre leggi

che descrivono il moto dei pianeti attorno

al Sole.



Il moto dei pianeti

La prima legge di Keplero afferma che le traiettorie, o orbite,

descritte dai pianeti sono ellissi di cui il Sole occupa uno dei due

fuochi.



Il moto dei pianeti

Pertanto:

• un pianeta non si trova sempre alla stessa distanza dal Sole;

• il punto di minima distanza di un pianeta dal Sole si chiama perielio;

• il punto di massima distanza si chiama invece afelio.

La Terra in perielio si trova a 147 milioni di km dal Sole, mentre in

afelio si trova a 152 milioni di km.



Il moto dei pianeti

Keplero scoprì anche che i pianeti accelerano quando sono più vicini

al Sole e rallentano quando se ne allontanano. Questa osservazione è

riassunta nella seconda legge di Keplero che dice:

il moto di un pianeta non avviene con velocità costante, ma la sua

velocità è tale che il raggio vettore (il raggio che unisce il centro del

sole al centro del pianeta) descrive aree uguali in tempi uguali.



Il moto dei pianeti

Keplero notò che i pianeti più lontani dal Sole hanno periodi

di rivoluzione più lunghi. Questo perché:

1. essendo più lontani dal Sole, l’orbita è più ampia;

2. all’aumentare della distanza dal Sole, la velocità del moto

diminuisce.

Questo fatto è affermato nella terza legge di Keplero, che dice:

il periodo di rivoluzione è diverso da pianeta a pianeta e cresce

all’aumentare della distanza del pianeta dal Sole.



Il moto dei pianeti

Alcuni dati riguardanti i pianeti del Sistema solare



Il moto dei pianeti

I pianeti del Sistema solare sono legati al Sole da una forza, la forza di

gravità.

L’inglese Isaac Newton fu il primo a pensare che la forza che trattiene

la Terra e gli altri pianeti attorno al Sole è la stessa che fa cadere i corpi

verso il basso e ci tiene con i piedi ben aderenti al suolo. Questa forza

è espressa dalla legge della gravitazione universale.



Il moto dei pianeti

Legge della gravitazione universale:

due corpi qualsiasi dell’Universo si

attraggono mutuamente con una forza

che è direttamente proporzionale alle

loro masse e inversamente

proporzionale al quadrato della loro

distanza.

m1 . m2

Fg = G . ––––––––

d2



Le caratteristiche dei pianeti

L’elemento chimico più abbondante nel Sistema solare e nell’Universo è

l’idrogeno (H). Al secondo posto, in quantità minore, troviamo l’elio (He).

Da solo, il Sole contiene il 99,8% di tutta la materia del Sistema solare ed è

formato in prevalenza da idrogeno.

I pianeti come la Terra, Mercurio, Venere e Marte sono costituiti in proporzione

considerevole di materiali solidi: sono detti pianeti terrestri o rocciosi.

I pianeti che si trovano al di là di Marte, Giove e Saturno, hanno notevoli

dimensioni e sono costituiti in prevalenza da idrogeno. Essi sono anche detti

giganti gassosi.

I due pianeti più lontani dal Sole, Urano e Nettuno, possono essere definiti

giganti ghiacciati in quanto, a causa delle basse temperature, alcuni dei

materiali che sugli altri pianeti sono allo stato gassoso, qui si trovano allo

stato solido.




I pianeti interni del Sistema solare vengono definiti pianeti rocciosi e

sono:

• Mercurio;

• Venere;

• Terra;

• Marte.

Hanno densità simili comprese tra i 5,51 g/cm3 della Terra e i 3,94 g/cm3 di

Marte.

Hanno pochi satelliti o addirittura nessuno.




Mercurio è al tempo stesso torrido e

ghiacciato:

la temperatura sulla faccia rivolta verso

il Sole raggiunge infatti i 470 °C,

mentre sulla faccia opposta scende

anche a -180 °C.

È molto piccolo, ha un’atmosfera

rarefatta e un periodo di rotazione di

59 giorni terrestri.




Venere è perennemente avvolto da

una densissima atmosfera che

nasconde la sua superficie.

• Ha un grande effetto serra ed è

molto luminoso nel cielo notturno.

• Ruota in senso orario (rotazione

retrograda) al contrario della

maggior parte dei pianeti.




Rispetto ai suoi fratelli del Sistema solare la

Terra presenta alcune caratteristiche che ne

fanno un pianeta tutto speciale.

• È, infatti, il solo ad avere abbondanza di

ossigeno nell’atmosfera;

• è il solo su cui è presente la vita;

• è l’unico pianeta a possedere vaste distese

d’acqua allo stato liquido.

La Terra ha un satellite di notevoli dimensioni:

la Luna.




Marte è detto il pianeta rosso, per la

presenza di ossidi di ferro sulla sua

superficie.

È un pianeta di piccole dimensioni.

L’atmosfera di Marte è molto rarefatta.

Marte ha due satelliti: Phobos e Deimos.




I pianeti esterni del Sistema solare sono: Giove, Saturno, Urano e

Nettuno e sono detti anche pianeti gioviani o pianeti giganti.

Essi sono molto grandi ma poco densi, hanno spesse atmosfere e si

pensa che possano avere un piccolo nucleo roccioso.

I pianeti giganti sono circondati da un gran numero di satelliti.

Su Urano e Nettuno i materiali che sugli altri pianeti sono gassosi si

trovano allo stato solido.




Da solo, Giove possiede circa il 70% della

massa complessiva di tutti i pianeti.

• L’atmosfera di Giove è densa e turbolenta.

• Giove ha un periodo di rotazione di 9 ore e

56 minuti.

• La struttura più stupefacente, visibile

sull’atmosfera di Giove, è un’enorme vortice

gassoso noto come «la grande macchia rossa».

• Attorno a Giove si sono contati ben 63 satelliti.




Saturno, il pianeta con i famosi

caratteristici anelli è, come Giove,

formato prevalentemente da idrogeno.

• La fascia di anelli ha una larghezza

complessiva di circa 100 000 km e

uno spessore molto piccolo.

• Saturno ha una densità media inferiore a

quella dell’acqua; tale densità è la più

bassa tra i pianeti del Sistema solare.




• Urano ha una rotazione retrograda come

quella di Venere e ha un asse di rotazione

parallelo a quello dell’orbita.

• Nettuno è stato scoperto nel 1846 ed è il

pianeta più lontano del Sistema solare.

Dall’anno della sua scoperta non ha ancora

terminato la sua orbita intorno al Sole.




Oltre a Nettuno sono presenti pianeti di piccole dimensioni classificati

come pianeti nani, di cui il più famoso è Plutone.

Plutone è stato scoperto nel 1930.

Altri pianeti nani scoperti recentemente sono:

• Cerere;

• Eris;

• Makemake;

• Haumea.



Una stella chiamata Sole

• Il Sole è un enorme globo di gas con un diametro di circa 1 400 000 km,

più o meno 109 volte quello terrestre.

• Ha un volume che è 1,30 milioni di volte quello della Terra e una massa

333 000 volte maggiore.

• La densità media del Sole, di solo 1,4 g/cm3, è poco maggiore della

densità dell’acqua (1 g/cm3) e circa un quarto della densità media della

Terra (5,5 g/cm3).



Una stella chiamata Sole Procedendo dall’interno verso l’esterno del Sole possiamo distinguere quattro involucri

gassosi.

• Il nucleo solare, relativamente piccolo rispetto al volume totale del globo, ha una

temperatura sui 15 milioni di gradi.

• La zona radiativa è lo spesso strato che circonda il nucleo solare.

• La zona convettiva è la regione nella quale enormi getti di gas incandescente salgono

e, dopo essersi raffreddati, ridiscendono.

• La fotosfera è ciò che si vede, quando si osserva il Sole; ha una temperatura di circa

6000 °C e da essa proviene la maggior parte delle radiazioni solari, tra cui la luce.



Una stella chiamata Sole • Nella fotosfera compaiono delle

aree più scure, le macchie solari,

variabili nel tempo per forma,

dimensione e numero.

• Le macchie solari, appaiono più

scure perché sono più fredde di

1500°C rispetto alle aree

circostanti.

• Il loro numero varia con un ciclo

che dura 11 anni, detto ciclo delle

macchie solari.



Una stella chiamata Sole

• La cromosfera è sede di

imponenti fenomeni come le

protuberanze e i brillamenti.



La Luna: la compagna su cui il tempo

si è fermato

La Luna è uno dei satelliti più grandi del Sistema

solare.

• Il suo raggio medio è di 1740 km,

un quarto di quello terrestre.

• La Luna ha una densità media che è

circa la metà di quella terrestre.

• La Luna è caratterizzata da forti

escursioni termiche.

La Luna

E’ un corpo di piccole dimensioni che a causa della

debole forza di gravità (circa 1/6 di quella terrestre),

non è capace di trattenere alcuna atmosfera

intorno a sé.

Per la mancanza di atmosfera, di notte il calore

accumulato durante il dì si disperde rapidamente

nello spazio, facendo così scendere la temperatura

fino a – 150°C.

Viceversa, durante il dì mancando la protezione

dell’atmosfera che filtra i raggi solari, la superficie si

riscalda enormemente, raggiungendo più di

100°C.



La Luna: la compagna su cui il tempo

si è fermato Le più importanti formazioni della superficie lunare sono oggi classificate

come crateri d’impatto, altipiani e mari (scure distese di lava).

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