Capitoli
Appendici
Clicca l'immagine per
ingrandire
Superata la cintura degli asteroidi, incontriamo il gigante del sistema solare, Giove.
Alcuni considerano Giove come una stella mancata poiché la sua composizione è simile a quella del Sole (Idrogeno ed Elio) e la sua massa non è molto al di sotto della soglia necessaria per far innescare le reazioni all’interno del suo nucleo e se questo fosse successo il sistema solare sarebbe stato formato da un sistema binario che non avrebbe reso possibile la formazione dei pianeti.
È tra gli astri più luminosi del cielo notturno, è superato solo da Venere che non è però osservabile durante la notte inoltrata, ma solo all’alba o al tramonto e questo ha fatto si che fosse identificato come il signore del cielo, quindi Zeus, o Giove.
Giove apparve per la prima volta al rudimentale cannocchiale di Galileo nel 1610 come un dischetto leggermente schiacciato, accompagnato da quattro satelliti, detti Medicei o Galileiani.
Già nel 1664 si cominciò a parlare di macchie e bande; difatti Giove presentava delle fasce colorate più chiare o più scure parallele all’equatore.
Come il Sole e gli altri pianeti gassosi, Giove non ruota come un corpo solido, ma presenta una rotazione differenziale, però a differenza del Sole, la rotazione del pianeta è molto più complessa perché è possibile osservare anche movimenti paragonabili a quelli di circolazione atmosferica. Lo schiacciamento ai poli è dovuto all’alta velocità di rotazione e il diametro ai poli è di circa 7000 km più piccolo rispetto a quella dell’equatore (circa 135000 contro 142000).
Di Giove è possibile osservare solo l’atmosfera anche perché non possiede una vera e propria superficie solida, ma solo il nucleo è formato da roccia.
L’atmosfera del pianeta presenta un’organizzazione in strutture dette zone,che appaiono come regioni chiare, e fasce, formate da nubi rossastre.
Sia le zone che le fasce si sviluppano parallelamente rispetto all’equatore e si muovono in direzioni opposte tra loro; l’attrito tra le nubi produce vortici che appaiono come macchie di forma ovale.
Un figura caratteristica dell’atmosfera gioviana è la cosiddetta “Grande Macchia Rossa” : si tratta di un vortice di alta pressione percorso da una corrente ascendente che si eleva per diversi chilometri rispetto alle nubi circostanti. Questa gigantesca perturbazione potrebbe contenere al suo interno più pianeti di dimensioni terrestri :l’asse maggiore misura oltre 50000 chilometri. La Grande Macchia Rossa è facilmente osservabile anche con piccoli strumenti,e presenta frequenti cambiamenti nell’intensità del colore e nel contrasto con i dettagli circostanti.
Come gli altri pianeti gassosi, anche Giove possiede degli anelli, anche se non tanto evidenti a causa della loro composizione, polveri e piccoli frammenti, sono visibili solo in particolari condizioni di illuminazione perché riflettono poco la luce del Sole. Probabilmente questi frammenti sono residui delle eruzioni di Io catturati dal pianeta.
Tutti i pianeti giganti hanno numerosi satelliti e se ne scoprono sempre di nuovi che orbitano attorno a Giove ma è Saturno quello che ne ha di più.
I satelliti più importanti sono Io, Europa, Ganimede e Callisto, scoperti da Galileo.
Tra i quattro satelliti maggiori, Io è quello più vicino, proprio questa vicinanza provocare i frequenti fenomeni di vulcanesimo osservati; una di queste eruzioni fu seguita in diretta dal Voyager1 che ne sorvolò la superficie.
Europa presenta una superficie quasi completamente ghiacciata, costellata da pochi e giovani crateri. Esistono teorie secondo le quali la superficie ghiacciata di Europa nasconde un oceano di acqua mantenuto allo stato liquido dal calore prodotto dalle deformazioni gravitazionali indotte da Giove. Si pensa che sul fondo roccioso di questo oceano,in prossimità di fonti geotermiche possano esistere colonie di organismi viventi,simili a quelle ritrovate sul fondo dei nostri oceani.
Ganimede, il maggiore del sistema gioviano e dell’intero sistema solare, è un satellite simile alla Luna, presenta una superficie con altopiani e pianure, molto lisce.
Callisto, il più lontano tra i quattro, presenta una superficie ghiacciata e tormentata da crateri formatisi nel corso di miliardi di anni: i crateri più grandi presentano anelli concentrici causati da urti avvenuti poco dopo la formazione del pianeta.
Giove presenta un campo magnetico molto più intenso di quello terrestre, avente le polarità invertite rispetto a quello terrestre, generato dalla veloce rotazione di idrogeno metallico fluido, ottimo conduttore di elettricità, e ha una coda magnetica che raggiunge quasi l’orbita di Saturno.
Un’altra caratteristica di Giove è quella di emettere molta più energia (circa 1,5 volte in più) rispetto a quella che riceve dal Sole; questo avviene non per energia nucleare, che come abbiamo detto prima per la massa ridotta non si sono potute innescare, ma per energia potenziale gravitazionale dovute al lento collasso del pianeta; l’interno di Giove raggiunge temperatura di oltre 20000° Kelvin, e si irradia verso l’esterno per il primo principio della dinamica, ma è tuttavia ostacolato per i moti convettivi della massa fluida di idrogeno metallico.
SATURNO
È senz’altro il più elegante tra i pianeti del sistema solare proprio per il suo brillante sistema di anelli.
È l’ultimo dei pianeti visibili ad occhi nudo e già a piccoli strumenti mostra i suoi anelli e la famosa divisione individuata per la prima volta nel 1656 dall’astronomo italiano Cassini.
La composizione chimica è praticamente identica a quella del suo compagno Giove: idrogeno ed elio con un nucleo di roccia.
Anche l’atmosfera di Saturno, come quella di Giove, è attraversata da venti che possono raggiungere anche la notevole velocità di 1800 km/h e imperversano sul pianeta in maniera pressoché equivalente tra i due emisferi.
Come detto, la struttura più imponente di questo pianeta è costituita dagli anelli. Questi sono formati da piccoli frammenti, non sono un corpo unico, ma sono tanto brillanti poiché questi frammenti sono maggiormente ghiaccio o ricoperti da esso per cui hanno un albedo molto elevata, nonostante il loro spessore sia di solo un km circa.Il sistema di anelli è adagiato sul piano equatoriale di Saturno.
Gli anelli sono raggruppati in 3 strutture, gli anelli A, B e C. La struttura A è la più esterna e possiede al suo interno la cosiddetta divisione di Encke; l’anello B è quello più grande e brillante ed è separato dall’anello A dalla divisione Cassini, all’interno della quale sono però presenti anelli molto più deboli e sottili. L’anello C, detto anche anello di garza perché quasi trasparente, è quello più interno. La materia contenuta negli anelli è davvero poca: raggruppata in un corpo unico, questo avrebbe un diametro di circa 100km.
Saturno è il pianeta circondato dal maggior numero di lune. Molte delle sue lune, e in particolare Atlas, Prometheus e Pandora sono importanti per il mantenimento dell’equilibrio negli anelli.
Alcuni satelliti si trovano proprio all’interno delle divisioni o poco fuori degli anelli e addirittura, come ha osservato la sonda Cassini, l’interazione gravitazionale di due di questi satelliti in particolare, Prometheus e Pandora, con l’anello F, quello più esterno e sottile, fa si che questi ultimi si avvolgano in una struttura attorcigliata.
Nella divisione di Encke c’è un altro satellite, Pan, che rilascia dietro di sé una scia di materiale ghiacciato.
Dalla Terra la visibilità degli anelli varia con un periodo di circa 30 anni, questo è dovuto all’inclinazione dell’asse di rotazione del pianeta di circa 28° e quindi sembrano oscillare: prima li osserviamo di taglio, quindi la faccia meridionale, di nuovo di taglio ; sono passati 15 anni; ora gli anelli ricominceranno ad aprirsi e saranno visibili dalla parte settentrionale fino a raggiungere dopo poco più di 7 anni la massima apertura e ritornare alla posizione di taglio dopo altri 7 anni circa.
Proprio in questi giorni la missione denominata Cassini – Huygens,frutto degli sforzi congiunti di NASA ed ESA, partita nel 1997, ha raggiunto Saturno e il suo sistema di satelliti per studiarlo. La missione prende il nome da due astronomi che scoprirono rispettivamente l’omonima divisione tra gli anelli e numerosi satelliti, e il satellite Titano. Questa missione prevede anche la discesa di un modulo all’interno dell’atmosfera di Titano, con l’obbiettivo di studiarne la composizione chimica, e di verificare la presenza dei mari di idrocarburi ipotizzati dai tempi delle Voyager. Titano incuriosisce gli astronomi,tanto da essere considerato come un gigantesco laboratorio, in quanto possiede un’atmosfera, più densa di quella terrestre, composta da ammoniaca, azoto ,vapore acqueo, metano ed altri idrocarburi, quindi molto simile all’atmosfera che avvolgeva la Terra alcuni miliardi di anni fa.
L’atmosfera è tanto densa da riuscire a rifrangere e diffondere i raggi provenienti dal Sole: la diffusione da parte di particelle di polveri crea un alone luminoso che circonda il satellite, così come è stato osservato dalla sonda Voyager2 dall’emisfero in ombra.
Una curiosità: un’altra delle lune di Saturno, Giapeto, presenta una differenza enorme tra i due emisferi: quello anteriore, ovvero quello rivolto nella direzione del moto, è così scuro da risultare quasi invisibile quando è osservato da Terra; mentre quello posteriore, sarebbe luminoso e riflettente e fa pensare che sia completamente ricoperto di ghiaccio. La spiegazione è da ricercarsi in un altro satellite, Febe, che si muove di moto retrogrado e rilascia nello spazio particelle che, depositandosi sulla superficie di Giapeto, ne celano le caratteristiche.
U R A N O
Osservabile al limite della visibilità ad occhio nudo, Urano fu scoperto in periodi relativamente recenti, solo nel 1781, e quindi dopo l’invenzione del telescopio. La caratteristica che più colpisce studiando Urano è che questo possiede un’asse di rotazione molto inclinato, circa 98 gradi, quasi coincidente con il piano dell’eclittica e addirittura il polo nord si trova al di sotto di esso; così da Terra è possibile vedere alternativamente i due poli per metà del periodo di rivoluzione,che dura circa 84 anni. L’ipotesi più accreditata è che Urano sia stato colpito da un corpo di dimensioni sufficienti a ribaltarne l’asse di rotazione. Come Venere, anche Urano ha una rotazione retrograda che lo porta a compiere un giro su se stesso in 17,24 ore; è proprio tale rotazione a determinare uno schiacciamento ai poli piuttosto pronunciato.
Come Saturno, Urano ha il suo sistema di anelli all’altezza del piano equatoriale, ma, poiché questo è disposto quasi perpendicolarmente rispetto al piano dell’eclittica, anche i deboli anelli risultano fortemente incidenti sul piano e il pianeta sembra letteralmente “rotolare” lungo la sua orbita.
Gli anelli sono formati da frammenti di roccia mista a polvere e questo fa si che risultino deboli e difficilmente osservabili; inoltre sono molto più sottili, dai pochi metri a dimensioni di piccoli granelli. Gli anelli di Urano, però, sono stati i secondi ad essere osservati da Terra dopo, ovviamente, quelli di Saturno.
Come gli altri giganti gassosi, anche Urano possiede un nucleo roccioso. Alle osservazioni appare come una piccolissima sferetta avente una colorazione verde-azzurra dovuta alla presenza di metano nella sua atmosfera che assorbe la radiazione rossa. La composizione è simile a quella del gigante Giove: idrogeno ed elio negli strati più esterni e ammoniaca, metano e altri composti del carbonio e dell’azoto allo stato gassoso o ghiacciati negli strati sottostanti.
Raramente sono osservabili nubi biancastre di metano gelato che sono spinte da venti che raggiungono dai 300 ai 600km/h circa.
Apparentemente, però, il disco appare tranquillo, l’atmosfera calma, ma in realtà è disordinata, con venti percorrono traiettorie contrarie tra loro.
Molte delle conoscenze acquisite su Urano sono dovute alla sonda Voyager2 che, durante il suo viaggio verso Nettuno, è passate anche se per poche ore nelle vicinanze del pianeta, scoprendo tra le altre cose, anche nuove lune del pianeta sconosciute fino ad allora.
Una caratteristica delle lune di Urano è che tutte hanno i moti di rotazione attorno al proprio asse e rivoluzione intorno al pianeta sincroni, quindi rivolgono sempre la stessa faccia verso Urano. Alcune delle sue lune presentano strane peculiarità; ad esempio Oberon, il più grande tra i satelliti, ha una montagna alta 6km circa, il che è tanto per un satellite di soli 800km di raggio. Titania, invece, presenta fratture profonde anche centinaia di km. Comunque i dettagli migliori sono venuti da Miranda, dalla quale la Voyager2 e passata alla distanza di “soli” 30000 km, fotografando terreni diversi, alcune zone più antiche e quindi più tormentate da crateri, e altre più giovani e lisce, quindi evidente segno di attività tettonica, almeno nel passato.
N E T T U N O
A chiudere l’elenco dei giganti gassosi, c’è Nettuno. Lontano ben 30 UA dal Sole e quindi invisibile ad occhio nudo, fu scoperto solo nel 1846 e grazie a studi e calcoli e a influenze gravitazionali: doveva per forza esserci un corpo oltre Urano!! Poiché la sua orbita è intersecata da quella di Plutone, risulta talvolta essere il pianeta più distante dal Sole.
La sua struttura interna è pressoché uguale al cugino Urano, un nucleo roccioso, mantello composto da metano, ammoniaca e acqua gelati, e infine un’atmosfera di metano, idrogeno ed elio che gli conferiscono la tipica colorazione bluastra.
Al contrario di Urano, Nettuno presenta un’atmosfera molto più attiva: come il “parente” Giove, la sua atmosfera è costellata di macchie scure che consistono in formazioni cicloniche che perdurano a lungo. Inoltre i venti che soffiano possono raggiungere le incredibili velocità di 2000 km/h!
Anche Nettuno possiede un sistema di anelli, due principali e due più deboli, oltre a un disco di materiale che si spande fino all’atmosfera e che contiene molta più materia degli anelli di Giove. In alcuni punti, questi sono più densi, così come è stato osservato dalla sonda Voyager2. Gli anelli sono stati scoperti in occasione di diversi transiti da parte del pianeta vicino a stelle che, per un attimo, diminuivano di luminosità. Però in tutte queste occasioni la stella era “eclissata” solo in entrata e non in uscita il che aveva fatto credere alla scoperta di una nuova Luna o comunque di archi di anelli. La risposta definitiva arrivò sempre grazie alla Voyager2 che scoprì che gli archi non erano un’illusione, ma non erano propriamente archi, bensì parti più dense di un sistema di anelli completo.
Nettuno ruota intorno al proprio asse molto in fretta, infatti la velocità calcolata dalla sonda è di circa 16 ore e 3 minuti. Sempre durante la stessa missione, sono state osservate diverse lune, una delle quali, Tritone, si muove di moto retrogrado e ha i due movimenti sincroni, proprio come la Luna.
Su Tritone sono state trovate prove di un passato turbolento, difatti, nonostante le ridotte dimensioni e la bassa temperatura, questo piccolo satellite ha subito diversi processi evolutivi di tipo endogeno, ovvero dovuti al calore interno che si liberava verso la superficie. Dalle foto della Voyager2 si possono scorgere di tanto in tanto sulla sua superficie formazioni tondeggianti circondate da aloni più chiari; queste sono state interpretate come geyser dai quali fuoriesce l’azoto liquido intrappolato negli strati più interni.
Sia Nettuno che Urano presentano campi magnetici con la stessa caratteristica: quella di avere un angolo molto elevato tra l’asse di rotazione e l’asse magnetico, cosa strana, confrontata con gli altri pianeti. Infatti nel caso di questi due pianeti i due assi sono distanti ben 55° nel caso di Urano, e 47° invece per quanto riguarda Nettuno. Inoltre, grazie al lavoro delle sonde, si è scoperto che il campo magnetico non si forma al centro dei due pianeti, ma a distanze di un terzo del raggio per Urano e metà del raggio per Nettuno, ovvero dove si trova massa fluida in continuo movimento.
P L U T O N E
È l’ultimo della serie dei pianeti, ma le ultime scoperte stanno facendo vacillare il suo posto di nono pianeta.
Plutone è stato scoperto solo nel 1930 perché è piccolo e lontano e immerso nel buio.
Potrebbe essere stato catturato dalla gravità del Sole mentre transitava nelle sue vicinanze e quindi potrebbe avere un’origine differente rispetto agli altri pianeti.
Anche Plutone fu scoperto a tavolino, come Nettuno: erano difatti inspiegabili delle perturbazioni nell’orbita di Urano che erano inspiegabili se non accettando l’ipotesi dell’esistenza di un altro corpo celeste oltre Nettuno; infatti la presenza di Nettuno non rispondeva completamente alle perturbazioni registrate.
Nei primi anni del ‘900 l’astronomo Percival Lowell si dedicò completamente alla ricerca del non pianeta, ma morì senza riuscire mai a individuarlo; la scoperta ufficiale avvenne grazie a un assistente dell’osservatorio di Flagstaff che individuò il pianeta a soli 6° dalla posizione prevista da Lowell. Inoltre successivamente si scoprì che Plutone era stato fotografato già quando Lowell era in vita e questo favorì il calcolo della sua orbita.
La sua scoperta sorprese un po’ gli astronomi perché si aspettavano un pianeta più grande e non un corpo che per dimensionie struttura somiglia più ad un satelite.
La dimensioni e la massa ridotta fanno credere che Plutone possa un tempo essere stato una delle lune di Nettuno, poi sfuggite alla sua influenza gravitazionale; ma potrebbe essere anche un semplice corpo esterno al sistema solare, catturato successivamente dal campo del Sole.
Plutone interseca l’orbita di Nettuno, e questo lo porta in alcuni periodi ad avvicinarsi di più al Sole. I due pianeti però non corrono rischi di collisione perché in prossimità dei nodi sono sempre molto distanti e l’inclinazione dell’orbita (circa 17°) tende a favorire la tesi di estraneità al sistema solare e favorisce l’idea di Plutone come un’avanguardia di una serie di pianetini.
Plutone è accompagnato da una Luna, Caronte, e si trova a più di 39 UA dal Sole e orbita attorno al Sole in ben 248 anni terrestri e impiega 6 giorni per compiere un giro su se stesso.
Come detto, il sistema Plutone - Caronte è senza dubbio unico nel sistema solare, in quanto nessun pianeta possiede una Luna di dimensioni considerevoli rispetto a quelle del pianeta stesso: Caronte infatti ha un diametro che è pari a circa la metà di quello di Plutone. L’origine di questo sistema potrebbe farsi risalire ad un unico pianeta disintegratosi a causa di un violento impatto da parte di un corpo più grande. Una delle particolarità di questo satellite è che questo si mantiene geo – stazionario: quindi da un emisfero lo si osserva sempre, non tramonta e non sorge mai, mentre un ipotetico osservatore dall’altro emisfero non potrebbe mai osservarlo. Tendendo ipoteticamente un filo tra i due corpi, questo resterebbe sempre teso e potrebbe servire per passare dal pianeta verso la sua luna.
Grazie a un’occultazione di una stella, si è scoperto che la superficie ghiacciata di Plutone è avvolta da una tenue atmosfera, composta principalmente da metano.
Plutone, come fanno ipotizzare le recenti scoperte, potrebbe essere solo uno dei tanti oggetti transnettuniani e non un vero e proprio pianeta.
P I A N E T I N I M I N O R I
Tra le ultime scoperte, spicca in particolare il nome di Sedna, nome in codice 2003 VB12, un piccolo corpo che orbita nelle regioni più remote del sistema solare (ora è a circa 90 UA da Sole, ma afelio e perielio si trovano rispettivamente a 1000 UA e a 70 UA) e dal quale il Sole appare come una stella più luminosa delle stelle di fondo, più o meno come la Luna piena.
La superficie è completamente ghiacciata e la gravità ridotta del pianetino non riesce a intrappolare bene gas nell’atmosfera, che risulta così molto rarefatta e irrespirabile.
L’idea di ricercare pianeti oltre Nettuno è iniziata dalla scoperta di Plutone e da alcuni astronomi fu ipotizzato che il sistema solare si potesse estendere ancora oltre.
Con le moderne strumentazioni, gli astronomi Mike Brown, Chad Trujillo e Mark Rabinowitz sono riusciti ad individuare un corpo piccolo che, come sostiene lo stesso M. Brown non è un pianeta, ma solo una dei tanti TNO (oggetti transnettuniani detti anche KBO, ovvero Kuiper Belt Object), classificazione alla quale, sempre secondo l’opinione dell’astronomo, dovrebbe appartenere anche lo stesso Plutone.
Una caratteristica del pianetino è quella di avere un’orbita strana: non appartiene alla fascia di Kuiper in quanto si trova ben all’esterno di tale fascia, ma è troppo vicino per poter affermare che sia un oggetto della nube di Oort, nube fin’ora solo ipotizzata.
Con queste premesse è il corpo più lontano mai osservato all’interno del sistema solare.
Anche studiarne le dimensioni è un’operazione complessa: la temperatura bassissima che si aggira intorno ai –240°, fa sì che Sedna non sia osservabile nemmeno dal telescopio infrarosso Spitzer; questo però è comunque un dato che fissa un limite nelle sue dimensioni: il suo diametro dovrebbe esser inferiore ai 1800 km, altrimenti sarebbe stato osservato.
Insieme a Quaoar (1200 km) e 2004DW (1250 km, recentemente scoperto) è tra i più grandi KBO scoperti.
Le caratteristiche di Sedna sorprendono gli astronomi, i quali non si spiegano come la superficie ricoperta di ghiaccio possa essere rossa quasi come Marte e come possa essere tanto allungata la sua orbita. A quest’ultima domanda la risposta sembra essere ovvia: per interazione gravitazionale; già, ma ad opera di chi? Nettuno, il pianeta più grande e prossimo che ha tanto influenzato i KBO, non riuscirebbe a far risentire la sua influenza a quella distanze.
Gli astronomi scopritori del pianetino propongono tre ipotesi:
1) potrebbe esserci un pianeta non ancora scoperto alla distanza di circa 70 UA che lancerebbe i pianetini verso il Sole, ma a questa ipotesi ci credono poco;
2) potrebbe essersi trattato di un passaggio in epoca remota di una stella che ha letteralmente tagliato il piano dell’eclittica e che ha trascinato con sé i pianetini, allungandone le orbita; ma eventi del genere sono estremamente rari;
3) l’ultima ipotesi è quella più probabile e riguarda l’appartenenza del Sole nascente ad un ammasso stellare; le stelle sorelle poi avrebbero perturbato gravitazionalmente la nube di Oort, favorendo la situazione attuale.
Sedna inoltre potrebbe avere un compagno: sarebbe inspiegabile il lento moto di rotazione di circa 40 giorni intorno al suo asse se non con la presenza di un satellite.
Ma per avere risposte bisogna attendere anche la survey iniziata da Brown e colleghi che vuole ricoprire almeno l’80% del piano dell’eclittica alla ricerca di oggetti maggiori.
Altri corpi celesti altrettanto misteriosi e interessanti che si trovano nel sistema solare sono le comete, splendide viaggiatrici talvolta spettacolari.
Giove e i suoi Satelliti
Giove
(Autore: B. Postiglione - CANA)
Saturno
(Autore: B. Postiglione - CANA)
Urano, visto in varie bande dello spettro
Nettuno
Plutone e Caronte
Sedna (al centro del cerchio verde)