Il Sistema solare, il Sole e le leggi di Keplero

Il Sistema solare

Il Sistema solare di cui fa parte la Terra è costituito da un insieme di corpi celesti che ruotano intorno a una stella, il Sole.

Oltre al Sole, il Sistema Solare è costituito da:

$8$ pianeti. In ordine di distanza dal Sole sono: Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano e Nettuno;
alcuni pianeti nani, che hanno cioè dimensioni ridotte, inferiori a quelle della Luna. Tra questi vi è Plutone, che si trova al di là di Nettuno;
numerosi satelliti, cioè corpi che ruotano intorno ai pianeti, come ad esempio la Luna, il satellite della Terra;
numerosi piccoli corpi in orbita tra Marte e Giove e che costituiscono la fascia degli asteroidi. Altri gruppi di asteroidi si trovano oltre Nettuno e sulle orbite di Giove e Nettuno;
le comete, che sono piccoli corpi ghiacciati. Quando si avvicinano al Sole le sostanze ghiacciate sublimano e si formano la chioma e la coda.

Scienze; La Terra e lo spazio; 3a media; Il Sistema solare, il Sole e le leggi di Keplero

1.Sole; 2.Mercurio; 3.Venere; 4.Terra; 5.Marte; 6.Giove; 7.Saturno; 8.Urano; 9.Nettuno; 10.Plutone; 11.Fascia di asteroidi; 12.Luna

I pianeti

I pianeti si dividono in pianeti terresti e pianeti giganti. I pianeti di tipo terrestre sono i quattro pianeti più vicini al Sole, detti anche pianeti interni. Sono relativamente piccoli e prevalentemente rocciosi

I pianeti giganti comprendono Giove, Saturno, Urano e Nettuno. Hanno dimensioni maggiori e sono composti prevalentemente da gas.

L'origine del Sistema solare.

Il Sistema solare ha avuto origine circa $4,5$ miliardi di anni fa da una nebulosa, una immensa nube di gas e polveri. Dalla nebulosa si è originata una protostella, il proto-Sole. I gas e le polveri rimanenti avrebbero cominciato a ruotare intorno al proto-Sole formando il disco proto-planetario. All'interno del disco il materiale solido avrebbe cominciato ad aggregarsi formando corpi via via più grandi fino ad originare i pianeti.

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1.Big-Bang; 2.Formazione del proto-Sole; 3.Formazione del disco proto-planetario; 4.Aggregazione del materiale solido e formazione dei pianeti; 5.Sistema solare attuale

Il Sole

Il Sole è una stella, cioè una una sfera di gas incandescenti. Il Sole è costituito principalmente da elio ed idrogeno. Il Sole emette una grande quantità di energia prodotta da reazioni di fusione nucleare che avvengono al suo interno. Nelle reazioni di fusione nucleare $4$ nuclei di idrogeno si uniscono per formare un nucleo di elio liberando una grande quantità di energia. Queste reazioni avvengono nel Sole fin dalla sua formazione, circa $4,5$ miliardi di anni fa, e si pensa che possa andare avanti ancora per circa $5$ miliardi di anni.

La struttura del Sole

Gli scienziati ritengono che il Sole sia costituito da una serie di involucri concentrici con caratteristiche diverse anche se non esistono limiti ben definiti tra uno strato e l'altro:

il nucleo è la parte più centrale del Sole ed è la sede delle reazioni di fusione nucleare. Qui le temperature possono raggiungere i $15$ milioni di gradi;
la zona radiativa è la zona adiacente al nucleo. In questa fascia i gas che la compongono ricevono l'energia emessa dal nucleo e la trasmettono agli altri strati più esterni per irraggiamento;
dopo la zona radiativa si trova uno strato detto zona convettiva. In questa zona avvengono dei moti convettivi in cui i gas che vengono scaldati in prossimità della zona radiativa si spostano verso l'alto; giunti verso la parte più esterna si raffreddano e ritornano verso il basso;
lo strato superficiale del Sole è detto fotosfera. Nella fotosfera le temperature raggiungono i $6000°C$ . La fotosfera è costituita da granuli brillanti che corrispondono a bolle di gas molto caldi in risalita dalla zona convettiva. Sulla fotosfera sono visibili le macchie solari che rappresentano zone di materiale meno caldo rispetto al resto della fotosfera;
l'atmosfera solare è costituita da due strati. La cromosfera che è costituita da un involucro di gas che è visibile durante le eclissi di Sole e la corona che è costituita da particelle cariche elettricamente. Queste particelle possono sfuggire dall'atmosfera e allontanarsi nello spazio. Costituiscono il cosiddetto vento solare.

La superficie solare può essere interessata da violente emissioni di energia e particelle, dette brillamenti, e dalla cromosfera possono essere espulse grandi nubi di gas dette protuberanze.

Le leggi di Keplero

Il moto di rivoluzione dei pianeti intorno al Sole è descritto da tre leggi che prendono il nome dallo scienziato che per primo le formulò, l'astronomo tedesco Johannes Kepler detto Keplero.

La prima legge di Keplero

La prima legge di Keplero afferma che i pianeti percorrono orbite ellittiche nel loro movimento di rivoluzione intorno al Sole e che il Sole occupa uno dei due fuochi dell'ellisse.

Durante il moto di rivoluzione i pianeti si trovano a distanze diverse dal Sole. Il punto in cui un pianeta è più distante dal Sole è detto afelio; il punto in cui un pianeta è più vicino al Sole è detto perielio.

La seconda legge di Keplero

La seconda legge di Keplero dice che il segmento che congiunge il Sole a un pianeta (detto raggio vettore) copre aree uguali in tempi uguali. La conseguenza di questa legge è che la velocità del pianeta non è costante durante il suo moto intorno al Sole ma la sua velocità è minore quando è più distante dal Sole e ha una velocità maggiore quando è più vicino al Sole.

La terza legge di Keplero

La terza legge di Keplero dice che i quadrati dei tempi impiegati dai pianeti a compiere le loro orbite sono proporzionali ai cubi dei semiassi maggiori delle loro orbite. Questa legge Keplero la ricavò come risultato dei suoi calcoli. Più semplicemente questa legge afferma che quanto maggiore è la distanza di un pianeta dal Sole, tanto maggiore sarà il tempo necessario a percorrere l'orbita e minore la sua velocità.

Come per tutti i corpi anche per i pianeti vale la legge di gravitazione universale che afferma che due corpi qualsiasi si attraggono con una forza direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato delle loro distanza.

F=G \dfrac {m_1m_2}{d^2}

m_1

: massa del corpo 1

m_2

: massa del corpo 2

d

: distanza tra i due corpi

G

: costante di gravitazione universale