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Il sistema solare

    A. Coradini
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.
Il declassato Plutone
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
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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
Pianeti: due
    famiglie
 La densità dei corpi
planetari decresce
sensibilmente ma mano
che ci si allontana dal
Sole, mentre le dimensioni
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Questo andamento
regolare suggerisce di
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– i pianeti terrestri (o interni)
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  • 1. Il sistema solare A. Coradini
  • 2. 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.
  • 4. 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
  • 5. 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
  • 6. 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)
  • 7. 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
  • 8. 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
  • 9. 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
  • 10. L’astrochimica 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.
  • 11. Dischi di Accrescimento: una fase “calda”
  • 13. 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.
  • 14. 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
  • 15. Condrule • Si sono formate 4.55 Milioni di anni fa in un intervallo di 107 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?
  • 16. Dai dischi ai pianeti.. Una lunga storia Disco Condrule Instabilità o accrescimento Planetesimi ed Embrioni
  • 18. 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 carboniose, si passa a corpi di grandi dimensioni fortemente differenziati, come i pianeti terrestri. – crescita gerarchica dei planetesimi; – crescita finale attraverso mpatti non completamente distruttivi.
  • 19. In the beginning there were planetesimals… then “embryos”…then planets < meters kilometers Lunar (1 AU)-to-Mars (2 AU) sized
  • 20. Una Storia Violenta : impatti delle dimensioni di Marte
  • 21. 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
  • 23. La convezione al lavoro!
  • 24. Per gli altri pianeti vale? Per la Luna si! .. E con qualche difficoltà per Marte!
  • 25. 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
  • 26. 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
  • 27. •Rossi Asteroidi con perielio inferiore a 1.3 AU •Verdi  astroidi della fascia principale •Blu scuro  Troiani •Blu chiaro  Comete
  • 28. 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
  • 30. 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
  • 31. 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
  • 32. 19P/Borrelly Polvere •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.
  • 33. Osservare da vicino una cometa e “catturarne” i segreti  missione star dust
  • 34. 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)
  • 35. Deep impact: distruggere per vedere l’interno! •La cometa è stata bombardata con un proiettile di rame •Si è creato un nuovo cratere
  • 36. 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 Investigation (M. Pätzold, Germania)
  • 37. 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.