IL SISTEMA SOLARE

Il sistema solare è un sistema planetario costituito da una varietà di corpi celesti mantenuti in orbita dalla forza gravitazionale del Sole; ha un diametro di circa 120-130 au - 0,0019 anni luce, inteso come la zona dello spazio che è sottoposta al vento solare, tralasciando l'immensa zona sottoposta alla sola gravità solare. È situato nel braccio di Orione della Via lattea e orbita attorno al centro galattico a una distanza di circa 26700 anni luce e una velocità di 230 km/s; si stima che il sistema solare impieghi circa 225-250 milioni di anni per completare un giro attorno al centro galattico.Il sistema solare è costituito dal sole, che da solo possiede il 99,86% della massa di tutto il sistema, da otto pianeti (quattro rocciosi interni e quattro giganti gassosi esterni, da cinque pianeti nani, dai rispettivi satelliti naturali, e da moltissimi altri corpi minori; questa categoria comprende gli asteroidi, in gran parte ripartiti fra due cinture asteroidali, chiamate fascia principale e fascia di Kuiper), le comete, prevalentemente situate nell'ipotetica nube di Oort, i meteoroidi e la polvere interplanetaria, che tutti insieme costituiscono il restante 0,14% del sistema.In ordine di distanza dal Sole, gli otto pianeti sono: Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano e Nettuno; i cinque pianeti nani sono: Cerere, situato nella Fascia principale degli asteroidi Plutone, Haumea, Makemake situati nella Fascia di Kuiper ed Eris, che si trova nel disco diffuso. Il vento solare, un flusso di plasma generato dall'espansione continua della corona solare, permea l'intero sistema solare, creando una bolla nel mezzo interstellare conosciuta come eliosfera, che si estende fino oltre alla metà del disco diffuso.

Le teorie più accreditate sulla formazione del sistema solare ne ipotizzano la nascita a 4,6 miliardi di anni fa a partire dalla frammentazione e dal collasso gravitazionale di una gigantesca nube molecolare dal diametro di 65 anni luce. Uno di questi frammenti, dalle dimensioni iniziali di 2000-20000 unità astronomiche, collassò in quello che è noto come disco protoplanetario. I componenti principali di questa fucina primordiale erano per il 98% idrogeno, elio e litio, formatisi con la nucleosintesi poco dopo il Big Bang, e altri elementi più pesanti espulsi da stelle formatesi ed esplose in qualche generazione precedente. Al centro collassò una quantità di gas e polveri tale da raggiungere la massa necessaria per innescare le reazioni termonucleari, provocando la nascita di una protostella, mentre i pianeti si generarono per accrescimento, formando all'inizio qualche decina di piccoli pianeti che nel sistema caotico primordiale ogni tanto si scontravano per formare corpi sempre più grandi.La contrazione causò un aumento della velocità di rotazione e della forza centrifuga del sistema, causando l'appiattimento della nube, che assunse l'aspetto di un disco rotante intorno al Sole.Mentre il nucleo del proto-Sole si riscaldava fino a raggiungere le temperature necessarie per innescare le reazioni termonucleari, nel disco circostante le collisioni accrescevano alcuni corpi che inglobavano i vicini frammenti più piccoli. Si sarebbero formati così i protopianeti, dai quali sarebbero derivati gli attuali pianeti, mentre il proto-Sole si trasformava in una stella gialla e stabile.Nelle prime fasi di attività solare la temperatura nel sistema solare interno era troppo alta per permettere a elementi leggeri di condensare; i pianeti interni tendevano ad accrescersi con elementi pesanti, diventando in futuro pianeti rocciosi. Il vento solare contribuiva a spazzare via gli elementi leggeri, soprattutto idrogeno ed elio, verso le regioni più esterne. Il sistema solare esterno manteneva una temperatura relativamente bassa, permettendo a sostanze come metano e acqua di condensare. La differenza in questo tipo di accrescimento ha determinato le caratteristiche dei pianeti, piccoli e rocciosi all'interno per la presenza di elementi pesanti, giganti all'esterno, che hanno catturato l'idrogeno e l'elio sparsi nello spazio.

Gli elementi chimici che predominano nel sistema solare sono idrogeno ed elio primordiali, concentrati per lo più nel Sole, dove la loro massa costituisce circa il 98%, e nei due pianeti più grandi, Giove e Saturno. In minori percentuali sono presenti tutti gli elementi della tavola periodica nelle loro forme stabili e nei principali isotopi. Quasi tutti i corpi si trovano in rotazione attorno al centro di massa del sistema nella stessa direzione, contribuendo in modo differente al momento angolare del sistema solare; stranamente, il Sole, nonostante la sua notevole massa, contribuisce solo allo 0,5% del momento angolare totale, essendo molto vicino al baricentro.

I quattro pianeti terrestri interni sono densi, hanno una composizione rocciosa, hanno pochi o nessun satellite, e non hanno anelli planetari. Essi sono costituiti principalmente da sostanze aventi un alto punto di fusione, come silicati, che costituiscono le croste e i mantelli, e i metalli come ferro e nichel, che costituiscono il loro nucleo. Possiedono una atmosfera seppur rarefatta, hanno crateri da impatto e placche tettoniche, come dimostrano la presenza di rift e vulcani

Mercurio (0,4 au) è il pianeta più vicino al Sole ed è anche il più piccolo (0,055 masse terrestri). Mercurio non possiede satelliti naturali e le sue sole formazioni geologiche conosciute, oltre ai crateri da impatto, sono creste sporgenti o rupes, probabilmente prodotte durante una fase di contrazione avvenuta nella sua storia primordiale. Il pianeta è senza atmosfera, fatta eccezione per esili tracce di gas probabilmente frutto dell'interazione del vento solare con la superficie del pianeta. Questo fa sì che siano assenti fenomeni atmosferici e che l'escursione termica fra il giorno e la notte sia elevatissima. Durante il giorno il suolo raggiunge i 427 C°, mentre di notte può arrivare a -180 °C. Il suo nucleo relativamente grande e il suo mantello sottile non sono ancora stati spiegati adeguatamente: l'ipotesi principale riporta la possibilità che gli strati esterni siano stati strappati via da un impatto gigantesco. Benché assai splendente è molto difficile osservarlo perché ha il moto molto rapido, in più visto che è vicino al Sole è sempre immerso nei chiarori.

Venere è per dimensioni molto simile alla Terra (0,815 masse terrestri), e, come la Terra, ha un mantello composto da silicati attorno a un nucleo ferroso, possiede un'atmosfera e l'attività sulla sua superficie rende evidente la presenza di attività geologica interna. Tuttavia è molto più asciutto della Terra, e la sua atmosfera è novanta volte più densa. Venere non ha satelliti naturali. Esso è il pianeta più caldo del sistema solare, con temperature superficiali superiori ai 460 °C, molto probabilmente a causa della quantità di gas che provoca effetto serra nell'atmosfera. Non sono state individuate prove definitive delle attuali attività geologiche su Venere, ma si potrebbe pensare che la sua densa atmosfera sia regolarmente alimentata da eruzioni vulcaniche.

La Terra (1 UA) è il più grande e denso dei pianeti interni, l'unico in cui sono conosciute attuali attività geologiche, ed è probabilmente l'unico pianeta del sistema solare che permette la vita (l'unico su cui la vita è sicuramente presente). La sua idrosfera liquida è unica tra i pianeti interni, ed è anche l'unico pianeta dove siano state osservate placche tettoniche. L'atmosfera terrestre è estremamente differente rispetto a quella degli altri pianeti, poiché è stata alterata dalla presenza della vita ed è composta per il 21% di ossigeno. Possiede un satellite naturale, la Luna.

Marte (1,6 au) è più piccolo della Terra e di Venere (0,107 masse terrestri). Possiede un'atmosfera tenue, composta principalmente da anidride carbonica. La sua superficie, costellata di vulcani, come il grande Olympus Mons (la montagna più alta dell'intero Sistema Solare), e da rift valley, come la Valles Marineris, mostra attività geologica che ha persistito fino a tempi relativamente recenti. Il suo colore rosso deriva dalla presenza della ruggine del suolo, ricco di ferro. Marte ha due piccoli satelliti naturali di forma irregolare, Deimos e Fobos, che si pensa siano asteroidi catturati dal suo campo gravitazionale.Fobos è il più grande e più vicino a Marte tra i due, mentre Deimos è il più lontano e più piccolo.

Le comete sono corpi minori del sistema solare, di solito di pochi chilometri di diametro, e sono composte in gran parte di ghiaccio volatile. Le comete hanno orbite molto eccentriche: in genere, durante il perielio si trovano vicino alle orbite dei pianeti interni, mentre durante l'afelio si trovano al di là di Plutone. Quando una cometa entra nel sistema solare interno, la superficie ghiacciata comincia a sublimare e a ionizzarsi, per via della vicinanza del Sole, fino a quando si crea una coda, spesso visibile a occhio nudo, di gas e polveri.Le comete di breve periodo hanno orbite che possono essere compiute anche in meno di duecento anni, mentre le comete di lungo periodo hanno orbite dalla durata di migliaia di anni. Le comete di breve periodo si crede siano originarie della fascia di Kuiper, mentre quelle di lungo periodo, come la Hale-Bopp, si ritiene siano originarie della nube di Oort. Molti gruppi di comete, come le comete radenti di Kreutz, si sono formati dalla rottura di un'unica grande cometa Alcune comete con orbite iperboliche possono provenire dall'esterno del sistema solare, ma la precisa determinazione delle loro orbite è complessa Le vecchie comete che hanno visto espulso la maggior parte della loro parte volatile per via del calore del Sole sono spesso classificate come asteroidi

Sebbene molti dei maggiori corpi celesti del sistema solare fossero già conosciuti sin dall'antichità, il concetto stesso era ignorato in quanto vigeva per lo più un'idea di sistema geocentrico con la Terra al centro dell'universo. Uno dei primi a immaginare un sistema eliocentrico fu Aristarco di Samo, ma le sue idee non presero piede nella comunità dei filosofi e pensatori di allora.Fu solo nel XVI secolo che Niccolò Copernico propose la visione moderna del sistema solare, con al centro il Sole e i pianeti conosciuti allora a orbitare intorno. Gli unici corpi del sistema solare conosciuti erano solamente i cinque pianeti visibili a occhio nudo, Giove, Saturno, Marte, Venere e Mercurio. Nel secolo successivo, con l'invenzione del telescopio di Galileo Galilei, vennero scoperti altri corpi minori, come i satelliti medicei, gli anelli di Saturno e alcune comete; per circa 200 anni non si pensò che potessero esserci altri oggetti nel sistema solare.Frontespizio della scoperta del nuovo pianeta Cerere FerdinandeaLa scoperta di Urano nel 1781 da parte di William Herschel mise in discussione i preconcetti che aveva la comunità scientifica, generando dubbi relativamente alla possibilità che esistessero pianeti transuranici.Pochi anni dopo, nel 1801, Giuseppe Piazzi dichiarò di aver scoperto un nuovo pianeta tra le orbite di Marte e Giove: si trattava di Cerere. Piazzi escluse che potesse trattarsi di una cometa e, non conoscendo altri oggetti diversi da pianeti e comete, fu del tutto ignaro di avere scoperto un nuovo tipo di oggetto, l'asteroide. Da allora le scoperte di nuovi oggetti si moltiplicarono, in particolare vennero scoperti molti asteroidi. Nel 1846 venne scoperto un pianeta in modo del tutto rivoluzionario: prima dell'osservazione diretta, si calcolarono le perturbazioni dell'orbita di Urano e se ne dedusse che doveva esistere un pianeta in un punto preciso dello spazio per giustificare le discrepanze osservate. Pochi giorni dopo la pubblicazione dello studio, Johann Gottfried Galle e Heinrich Louis d'Arrest confermarono la presenza di Nettuno a meno di un grado di distanza dal punto calcolato.Nel 1930 salì a nove il numero di pianeti conosciuti con l'identificazione di Plutone, ritenuto allora un oggetto di massa molto maggiore di quanto effettivamente sia. Negli anni 50 Jan Oort ipotizzò l'esistenza di un vivaio di comete ben al di là delle orbite dei pianeti conosciuti, situato a decine di migliaia di UA dal Sole, la nube di Oort (la parte più esterna del Sistema Solare) che quando venivano perturbate modificavano consistentemente la propria orbita fino ad arrivare nella zona interna del sistema. Nel 1992 la scoperta di Albion riavviò la ricerca di oggetti transnettuniani. L'avvento di sistemi automatici di ricerca permise la scoperta di migliaia di oggetti dal diametro tra i 50 e 2500 km. La scoperta di Eris, di dimensioni simili a Plutone, nel 2005 mise in discussione la stessa definizione di pianeta, che fu cambiata e formalizzata nel 2006 dall'Unione Astronomica Internazionale, declassando Plutone a pianeta nano e riportando a otto il numero totale di pianeti.

Il principale corpo celeste del sistema solare è il Sole, una stella della sequenza principale di classe spettrale G2 V (nana gialla), contenente il 99,86% di tutta la massa conosciuta nel sistema solare. Giove e Saturno, i due pianeti più massicci che orbitano attorno al Sole, costituiscono più del 90% della massa restante. La maggior parte dei grandi oggetti in orbita intorno al Sole si trova in un piano chiamato eclittica. Tipicamente, il piano di orbita dei pianeti è molto vicino a quello dell'eclittica mentre le comete e gli oggetti della cintura di Kuiper hanno un angolo significativamente maggiore rispetto ad esso.Tutti i pianeti e la maggior parte degli altri oggetti orbitano intorno al Sole in senso antiorario dal punto di vista di un osservatore situato al di sopra del polo nord solare. Certi oggetti orbitano in un senso orario, come la cometa di Halley.Le traiettorie degli oggetti che gravitano intorno al sole seguono le leggi di Keplero. Sono approssimativamente delle ellissi di cui uno dei fuochi è il Sole. Le orbite dei pianeti sono quasi circolari mentre quelle dei corpi più piccoli presentano una maggiore eccentricità e possono risultare molto ellittiche.La distanza di un corpo dal Sole varia durante la sua rivoluzione. Il punto più vicino al sole dell'orbita di un corpo si chiama perielio, mentre il più lontano è l'afelio.Il sistema solare è convenzionalmente diviso in due zone: il sistema solare interno include i quattro pianeti rocciosi e la cintura di asteroidi, il resto viene considerato sistema solare esterno.La maggioranza dei pianeti del sistema solare possiede dei corpi in rotazione intorno ad essi, chiamati satelliti naturali o lune. I quattro pianeti più grandi hanno anche degli anelli planetari.

Il Sole è la stella madre del sistema solare, e di gran lunga il suo principale componente. La sua grande massa gli permette di sostenere la fusione nucleare, che rilascia enormi quantità di energia, per la maggior parte irradiata nello spazio come radiazione elettromagnetica, in particolare luce visibile. Il Sole viene classificato come una nana gialla, anche se come nome è ingannevole in quanto, rispetto ad altre stelle nella nostra galassia, il Sole è piuttosto grande e luminoso. Le stelle vengono classificate in base al diagramma Hertzsprung-Russell, un grafico che mette in relazione la temperatura effettiva e la luminosità delle stelle. In generale più una stella è calda più è luminosa: le stelle che seguono questo modello sono appartenenti alla sequenza principale, e il sole si trova proprio al centro di questa sequenza. Tuttavia stelle più luminose e calde del Sole sono rare, mentre stelle meno luminose e più fredde sono molto comuni. La luminosità del Sole è in costante crescita, e si è stimato che all'inizio della sua storia aveva soltanto il 75% della luminosità che mostra attualmente.Il Sole ripreso in falsi colori dal Solar Dynamics Observatory della NASA nella banda dell'ultravioletto.Il Sole è una stella di I popolazione ed è nato nelle fasi successive dell'evoluzione dell'Universo. Esso contiene elementi più pesanti dell'idrogeno e dell'elio (metalli) rispetto alle più vecchie stelle di popolazione II. Gli elementi più pesanti dell'idrogeno e dell'elio si formarono nei nuclei di stelle antiche ormai esplose, così la prima generazione di stelle dovette terminare il suo ciclo vitale prima che l'universo potesse essersi arricchito di questi elementi. Le stelle più antiche osservate contengono infatti pochi metalli, mentre quelle di più recente formazione ne sono più ricche. Questa alta metallicità si pensa sia stata cruciale nello sviluppo di un sistema planetario da parte del Sole, poiché i pianeti si formano dall'accumulo di metalli.Insieme alla luce il Sole irradia un flusso continuo di particelle cariche (plasma), noto anche come vento solare. Questo flusso di particelle si propaga verso l'esterno a circa 1,5 milioni di chilometri all'ora, crea una tenue atmosfera (l'Eliosfera) e permea il sistema solare per almeno 100 au (cfr. Eliopausa) formando il mezzo interplanetario.

I quattro giganti gassosi esterni (talvolta chiamati pianeti gioviani, e da non confondersi con i pianeti esterni) collettivamente costituiscono il 99% della massa nota in orbita attorno al Sole. Giove e Saturno sono costituiti prevalentemente da idrogeno ed elio; Urano e Nettuno possiedono una percentuale maggiore di ghiaccio. Alcuni astronomi suggeriscono che appartengono a un'altra categoria, quella dei "giganti di ghiaccio". Tutti e quattro i giganti gassosi possiedono degli anelli, anche se solo quelli di Saturno sono facilmente osservabili dalla Terra.

Giove (5,2 UA), con 318 masse terrestri, possiede 2,5 volte la massa di tutti gli altri pianeti messi insieme. Dista 778 milioni di chilometri dal Sole, e impiega circa 12 anni terrestri per percorrere un'orbita completa. La sua densità è molto bassa (circa 1,3 kg/dm³) con venti che raggiungono circa 600 km/h; infatti, esso è un pianeta prevalentemente gassoso, composto da elementi molto leggeri, come idrogeno ed elio. Probabilmente nella zona centrale si trova un nucleo solido a una temperatura molto elevata. Il forte calore interno di Giove crea una serie di caratteristiche semipermanenti nella sua atmosfera, come ad esempio la famosa Grande Macchia Rossa. Giove ha 79 satelliti naturali conosciuti: i quattro più grandi, Ganimede, Callisto, Io, e Europa, mostrano analogie con i pianeti terrestri, come fenomeni di vulcanismo e calore interno.

Saturno (9,5 UA), distinto dal suo sistema di anelli, ha diverse analogie con Giove, come la sua composizione atmosferica. Saturno è molto meno massiccio, essendo solo 95 masse terrestri. Sono noti 82 satelliti, due dei quali, Titano e Encelado, mostrano segni di attività geologica, anche se sono in gran parte criovulcani Titano è più grande di Mercurio ed è l'unico satellite del sistema solare ad avere una atmosfera densa formata da azoto e metano. Presenta la famosa tempesta esagonale persistente al suo polo nord.È noto anche per avere densità inferiore a quella dell'acqua, difatti è pari a 0,7 g/cm3.Analogamente a Giove, anche Saturno presenta la Grande Macchia Bianca, ovvero tempeste presenti nell'emisfero boreale (settentrionale) del pianeta.

Urano (19,6 UA), con 14 masse terrestri, è il pianeta esterno meno massiccio. Unico tra i pianeti, esso orbita attorno al Sole con una inclinazione assiale superiore a 90° rispetto all'eclittica forse data da un impatto con un altro corpo di 2,75 masse terrestri durante la sua formazione. Ha un nucleo molto freddo rispetto agli altri giganti gassosi, quindi irradia pochissimo calore nello spazio. Urano ha 27 satelliti noti, tra cui i più grandi sono Titania, Oberon, Umbriel, Ariel e Miranda.Anche Urano possiede una tempesta larga "solo" 3000 chilometri di diametro, la Macchia Nera, la quale è però la più piccola tra quelle dei pianeti giganti gassosi.

Nettuno (30 UA), anche se leggermente più piccolo di Urano, è più massiccio (equivalente a 17 masse terrestri) e quindi più denso. Esso irradia più calore interno rispetto a Urano, ma non tanto quanto Giove o Saturno. Nettuno ha 16 satelliti noti. Il più grande, Tritone, è geologicamente attivo, con geyser di azoto liquido.[65] Tritone è l'unico grande satellite con orbita e direzione retrograda. Nettuno è accompagnato nella sua orbita da una serie di planetoidi che sono in risonanza orbitale 1:1 con esso.Come Giove e Saturno, anche Nettuno presenta una grande tempesta, la Grande Macchia Scura, situata invece nell'emisfero australe (meridionale) del pianeta.