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Stage astrofisica 2010- 7. Il Sistema Solare - G.Magni
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Stage astrofisica 2010- 7. Il Sistema Solare - G.Magni

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Stage di astrofisica IASF/IFSI, 3° Edizione …

Stage di astrofisica IASF/IFSI, 3° Edizione
Giorno 3- Lezione 8: Introduzione al Sistema Solare, e alla sua formazione

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    • 1. Il sistema solare A. Coradini
    • 2. Riepilogo della distribuzione massa-distanza dalla stella centrale dei pianeti extrasolari noti fino ad oggi. I punti blu rappresentano i pianeti scoperti con il metodo del transito , i neri quelli trovati con il metodo delle variazioni doppler delle righe spettrali. A destra sono indicate le posizioni dei quattro pianeti giganti del nostro Sistema Solare
    • 3. Masse dei pianeti del Sistema Solare
    • 4. Legge di Titius-Bode a = 0.4 + 0.3 * 2 n unità astronomiche con n= -oo, 0, 1, 2,…,7 La legge di Titius-Bode non ha un significato fisico diretto, ma indica come nella formazione del nostro sistema planetario i processi caotici e casuali hanno avuto un’influenza minore (attenzione alla scala logaritmica!)
    • 5. Il Sistema Solare
      • Il Sistema Solare e' un insieme di corpi celesti in rotazione attorno al Sole. Ne fanno parte, oltre al Sole stesso, 8 pianeti, 2 pianeti nani, 61 grandi satelliti, alcune migliaia di asteroidi, ed un numero imprecisato di comete.
      • Partendo dal Sole, troviamo per primi i pianeti interni, Mercurio e Venere, poi la Terra e infine i pianeti esterni: Marte, Giove, Saturno, Urano, Nettuno.
      • Tra l'orbita di Marte e quella di Giove c'e' la fascia degli asteroidi.
    • 6. Il Sistema Solare: la dinamica
      • Dal punto di vista dinamico, il Sistema Solare e' un insieme ordinato e stabile.
      • Tutti i pianeti ruotano nello stesso verso, cioe' in senso antiorario rispetto ad un ipotetico osservatore posto sul polo nord del Sole
    • 7. Sistema Solare: le dimensioni
      • L'estensione totale del Sistema Solare e' di circa 6 miliardi di Km, pari a 39,3 U.A. (Distanza Terra Sole).
      • I corpi del Sistema Solare occupano in realta' un volume molto piccolo rispetto alle dimensioni complessive.
      • Il Sistema Solare e' quindi quasi "vuoto“.
      • Se il Sole avesse il diametro di 1 m , la Terra sarebbe di un pisello a 108 metri dal Sole, Giove sarebbe un'arancia, posta a 550 metri, e Plutone disterebbe 4 km e sarebbe meno di 1 mm di diametro
    • 8. Pianeti: due famiglie
      • La densità dei corpi planetari decresce sensibilmente ma mano che ci si allontana dal Sole, mentre le dimensioni e le masse aumentano.
      • Questo andamento regolare suggerisce di suddividere i pianeti in due famiglie.
        • i pianeti terrestri (o interni)
        • i pianeti giganti (o esterni)
    • 9. Perché?
      • Le differenze tra i pianeti terrestri e giganti gassosi possono trovare una spiegazione nel fatto che nella nebulosa protoplanetaria (la nube di materia che circondava il Sole e da cui si formarono i pianeti) la temperatura era maggiore vicino al Sole e dunque era possibile la condensazione degli elementi poco volatili(in genere i più pesanti), mentre gli altri erano spinti verso l'esterno dalla radiazione solare.
      • Anche la distribuzione delle distanze mostra una certa regolarità: ciascun pianeta si trova grosso modo ad una distanza doppia di quello che lo precede.
      • L’ipotesi della nebulosa si rafforza  i dischi di gas e polvere che circondano le stelle giovani hanno temperature decrescenti verso l’esterno
    • 10. La Materia Primordiale
      • L’angolo dell’Universo che chiamiamo casa, il nostro sistema solare, si formò circa 4.6 miliardi di anni fa da materia che ruotava lentamente attorno al Sole
    • 11. Il mezzo interstellare
      • La materia è distribuita nell'universo in molti modi, nelle stelle, e come materia diffusa, il mezzo interstellare.
      • Il gas interstellare è composto principalmente da idrogeno ed elio, ma sono presenti anche piccole quantità di carbonio, azoto ed ossigeno.
      • Forgiati nel nucleo di stelle antiche, questi elementi pesanti si combinano, se le condizioni lo permettono, in un'ampia gamma di molecole.
      • Quelle molecole sono forse ancora presenti nel Sistema Solare, almeno nelle zone più fredde
      • Gli elementi pesanti, un tempo sotto forma di grani, sono ancora nascosti nei pianeti terrestri e ..forse nei nuclei ei pianeti gioviani
    • 12.
      • Molecole sono state osservate in tutti gli ambienti astrofisici, dalle galassie più antiche alle comete, ai satelliti dei pianeti giganti.
      • Le molecole sono una specie di sonda che ci permette di investigare quali siano le condizioni termodinamiche delle regioni di formazione.  Spettri
      • Lo spazio interstellare è un vero e proprio laboratorio in cui agiscono anche processi che sono stati presenti forse sulla terra primordiale.
      L’astrochimica
    • 13. Dischi di Accrescimento: una fase “calda”
      • I dischi di accrescimento sono il collegamento tra il mezzo intestellare, le stelle e i sistemi planetari
    • 14. Disco di accrescimento Ciò che organizza la materia in dischi di accrescimento è la rotazione e la sua Conservazione, per una delle leggi fondamentali della fisica . Più la materia si concentra, più velocemente ruota. Alla fine, la forza centrifuga Riesce a controbilanciare l’attrazione gravitazionale, ed il gas rimane in equilibrio Ruotando ntorno alla stella centrale
    • 15. Sequenze di condensazione
      • Gli ingredienti del sistema solare cadono nelle seguenti categorie:
      • Metalli: ferro, nichel, alluminio. Essi condensano a T~1,600 K ed ammontano a ~ 0.2% del disco
      • Rocce: minerali ricchi in silice che condensano a T=500-1,300 K (0.4% del disco).
      • Ghiacci: composti idrogenati, come il metano (CH4), l’ammoniaca (NH3),l’acqua (H2O) che condensa a T<~150 K ed ammontano a ~ 1.4% del disco.
      • Gas: idrogeno ed elio che non condensano mai nel disco ed ammontano a ~ 98% in massa.
    • 16. La condensazione
      • I “semi” per il processo di condensazione sono i grani sopravvissuti alla alte temperature del disco.
      • Su di essi, al decrescere della temperatura, si condensarono ( forse) molecole che formarono sui grani gocce di materiale, che successivamente solidificò.
      • Nelle zone interne solo i composti di temperatura più alta riuscirono a solidificare
      • La polvere ebbe un ruolo importante nel processo di formazione planetaria
      • La polvere ci da una indicazione diretta di molti processi evolutivi avvenuti nel Sistema Solare primordiale
    • 17.
      • Condrule
      • Si sono formate 4.55 Milioni di anni fa in un intervallo di 10 7 anni
      • Sono state scaldate 1500-2000 K e raffreddate in pooche
      • Non si trovano sulla Luna
      • Che cosa le ha generate: fusione da impatto?alte temperature nella nebulosa solare primordiale?
    • 18. Dai dischi ai pianeti.. Una lunga storia Planetesimi ed Embrioni Instabilità o accrescimento Disco  Condrule
    • 19.  
    • 20. Formazione dei pianeti Terresti: un passato cancellato
      • Le fasi successive del processo di formazione debbono spiegare come da un insieme di planetesimi, la cui composizione presumibilmente rispecchiava quella delle condriti carbonacee, si passa a corpi di grandi dimensioni fortemente differenziati, come i pianeti terrestri .
        • crescita gerarchica dei planetesimi;
        • crescita finale attraverso mpatti non completamente distruttivi .
    • 21. < meters kilometers Lunar (1 AU)-to-Mars (2 AU) sized In the beginning there were planetesimals… then “ embryos”…then planets
    • 22. Una Storia Violenta : impatti delle dimensioni di Marte
    • 23. Che accade dopo?
      • Il pianeta contiene elementi radioattivi che si scaldano rilasciando calore
      • Si forma un oceano di magma
      • Il materiale più denso forma il nucleo  ancora calore!
      • Il materiale riscaldato, più leggero sale  Formazione di”Plumes”
      • Nasce la geologia
    • 24. Simulazioni delle “Plumes”
    • 25. La convezione al lavoro! La convezione è un processo fisico molto efficiente per trasportare calore dalle zone Più calde di un corpo a quelle più fredde. Perché possa agire servono un campo gravitazionale ed una differenza di temperatura. La convezione può essere attiva Per materia nello stato solido (interno della terra), liquido (mari) o gassoso (interno Delle stelle)
    • 26. Per gli altri pianeti vale?
      • Per la Luna si!
      • .. E con qualche difficoltà per Marte!
    • 27. I giganti
      • Giove ha un nucleo interno roccioso di 10- 15 masse terrestri
      • Saturno ha un nucleo anche maggiore (15-20 ?)
      • Urano e Nettuno  mondi di ghiaccio
    • 28. Esiste ancora una materia primordiale nel Sistema Solare?
      • Tre riserve
        • Cintura Asteroidale 
            • Materia “solida” ricca in silicati, parzialmente riprocessata nell’evoluzione della nebulosa solare primordiale
        • Fascia di Kuiper
              • Comete di Corto Periodo: oggetti ricchi in ghiacci,volatili e materiale organico, rapprentativi dei planetesimi formatisi nelle regioni esterne del Sistema Planetario
        • Nube di Oort
              • Comete di Lungo Periodo: oggetti ricchi in ghiacci e materiale organico rappresentativi delle zone di formazione di Giove ( solo parzialmente),Saturno, Urano e Nettuno
    • 29.
      • Rossi  Asteroidi con perielio inferiore a 1.3 AU
      • Verdi  astroidi della fascia principale
      • Blu scuro  Troiani
      • Blu chiaro  Comete
    • 30. La Missione Near: “atterrare” su un asteroide
      • Un denso strato di polvere di 90 metri su di un asteroide di 33 x 13 x 13 Km!
      • Un interno completamente fratturato
    • 31. Allontaniamoci.. Comete dunque!
    • 32. Le Comete Stele di Rosetta
      • Una immagine della stele di Rosetta sulla quale era presente la stessa iscrizione in greco, demiotico e geroglifico.
      • Il materiale cometario dovrebbe permettere di interpretare le relazioni tra la materia primordiale del Sistema Solare ed il mezzo interstellare
    • 33. Le comete:palle di neve sporca?
      • Le comete sono diverse tra loro in forma e dimensione cosi’ come nel comportamento, a volte caratterizzato da intensa attività, altre volte da un andamento sporadico.
      • Usualmente esse sviluppano una “nube” di materiale diffuso- la coma - che cresce in dimensione e luminosità al loro avvicinarsi al Sole. Più tardi, esse sviluppano una enorme coda che si estende in direzione antisolare.
      • Il nucleo cometario e’ piccolo, normalmente di meno di 10 Km di diametro. Lontano dal sole il nucleo cometario non e’ facilmente osservabile, essendo scuro e freddo
    • 34. 19P/Borrelly
      • This is a composite of images acquired by NASA's Deep Space 1 spacecraft, showing some of the features in comet Borrelly's coma, dust jets, and nucleus. The range to the comet in this view is about 4800 kilometers (3000 miles).
      • Borrelly's nucleus is about 8 kilometers (5 miles) end-to-end so the field of view is about 40 kilometers (25 miles) on each side .
      Polvere
    • 35. Osservare da vicino una cometa e “catturarne” i segreti  missione star dust
    • 36. Wild 2
      • Wild 2 ripresa dalla camera di navigazione della missione Stardust durante il periodo di massimo avvicinamento ( 2 Gennaio 2004)
      • Immagine presa dalla distanza 500 km (esposizione di 10-millisecondi)
    • 37. Deep impact: distruggere per vedere l’interno!
      • La cometa è stata bombardata con un proiettile di rame
      • Si è creato un nuovo cratere
    • 38. LA MISSIONE ROSETTA Gli Strumenti Scientifici dell’ Orbiter OSIRIS: Optical, Spectroscopic, and Infrared Remote Imaging System (H.U. Keller, Germania) ALICE: Ultraviolet Imaging Spectrometer (S.A. Stern, USA) VIRTIS: Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer (A. Coradini, Italia) MIRO: Microwave Instrument for the Rosetta Orbiter (S. Gulkis, USA) ROSINA: Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis (H. Balsiger, Svizzera) COSIMA: Cometary Secondary Ion Mass Analyser (J. Kissel, Germania) MIDAS: Micro-Imaging Dust Analysis System W. Riedler, Austria) CONSERT: Comet Nucleus Sounding (W. Kofman, Francia) GIADA: Grain Impact Analyser and Dust Accumulator (L. Colangeli, Italia) RPC: Rosetta Plasma Consortium RSI: Radio Science Inves tigation (M. Pätzold, Germania)
    • 39. Atterrare su una cometa
      • Una volta raggiunta la cometa, la navicella Rosetta si inserira’ in un’ orbita polare attorno alla cometa.
      • Eseguirà dapprima una dettagliata mappa della superficie e, successivamente, rilascerà un lander, che si ancorerà alla cometa eseguendo misure in situ.
    • 40. Raggiungere Plutone
    • 41.  
    • 42.  

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