TESINA DI SCIENZE-SISTEMA SOLARE E LA VITA DI UNA STELLA

TESINA DI SCIENZE-SISTEMA SOLARE E LA VITA DI UNA STELLA


Il Sistema Solare è composto dal Sole, da otto pianeti divisi in due famiglie: quattro pianeti piccoli e rocciosi più vicini al Sole (Mercurio, Venere, Terra e Marte) e quattro pianeti giganti gassosi (Giove, Saturno, Urano e Nettuno) dai satelliti dei pianeti, dagli asteroidi  e dalle comete. Mercurio è  il pianeta più vicino al Sole ed è anche il pianeta più piccolo (il suo raggio è circa un terzo del raggio terrestre) e più veloce (in un secondo percorre  in media 48 chilometri). La superficie di Mercurio, simile a quella della Luna,: presenta numerosi crateri rimasti immutati dal tempo della loro formazione, avvenuta poco dopo l’origine del Sistema Solare 4,6 miliardi di anni fa. Molto interessante fra i crateri  è la “Caloris Planitia” del diametro di 1350 chilometri, formatosi in seguito all’impatto con un grande meteorite 700 milioni di anni dopo l’origine del Sistema Solare. Il suo interno è simile, invece, a quello della Terra con un grande nucleo metallico circondato da un mantello roccioso. I crateri di Mercurio hanno ricevuto il nome di personaggi importanti nella cultura e nell’arte. Con la sua vicinanza al Sole e la sua alta eccentricità (0.206)Mercurio ha fornito una delle tre prove classiche della Relatività Generale: il suo perielio avanza di 574”/secolo, di questi 42.98”/secolo sono giustificabili solo con la teoria di Einstein.Venere è il pianeta più simile alla Terra per raggio,. massa e struttura interna. I due pianeti, invece, sono piuttosto diversi per superficie, atmosfera e  periodo di rotazione, che per Venere è di ben 243 giorni. Venere è un mondo molto inospitale, privo di acqua, con un’atmosfera molto compressa (90 atmosfere) e calda (450°C),  costituita soprattutto da anidride carbonica, responsabile di un fortissimo effetto serra. Il suo potere riflettente, molto alto, contribuisce a far sì che, visto dalla Terra, sia l’oggetto più brillante del cielo dopo il Sole e la Luna. Osservato con un cannocchiale, presenta evidentissimo il fenomeno delle fasi, come la Luna, con la differenza che il suo diametro è molto variabile.  La spessa coltre di nubi rende invisibile la sua superficie, tuttavia, tramite osservazioni da satelliti artificiali, si è potuto fare una mappa dettagliata di essa che è per lo più pianeggiante,  ma con fratture e rilievi isolati, come i monti Maxwell alti 11 km  rispetto all’altezza media della superficie circostante..La Terra è l’unico laboratorio finora conosciuto in cui si sia sviluppata la vita. Questo grazie alla distanza dal Sole che genera una temperatura media su tutto il globo di 15°C, un’atmosfera contenente ossigeno, alla presenza di acqua allo stato liquido in superficie, al periodo di rotazione di durata opportuna, all’inclinazione dell’asse terrestre, che dà origine alle stagioni e alla presenza di un satellite di grande massa, la Luna, che rende stabile questa inclinazione. La Terra è il più grande e pesante dei pianeti rocciosi ed è il più denso fra tutti i pianeti. La sua superficie cambia continuamente per effetto di fenomeni vulcanici e della tettonica a placche che fa muovere lentamente i continenti. L’atmosfera ricca di ossigeno è il risultato di una complessa evoluzione,  completamente diversa se il pianeta fosse stato  più vicino o  più lontano dal Sole e se sulla sua superficie non fosse sbocciata la vita, almeno tre miliardi e mezzo di anni fa. Marte, chiamato anche il “pianeta rosso”, è il più esterno dei pianeti rocciosi e, per diversi aspetti, è il più simile alla Terra: il periodo di rotazione di 24 ore e mezza e l’inclinazione dell’asse di rotazione di 24° danno origine all’alternarsi del dì e della notte e delle stagioni come sulla Terra. Benché sia piuttosto freddo e secco, è certamente il pianeta più adatto a ricevere una missione spaziale con uomini a bordo ed anche ad ospitare qualche rudimentale forma di vita. Il suolo di Marte è quello meglio esplorato sia da satelliti artificiali in orbita attorno al pianeta, che da sondefatte posare sul suolo. Anche se l’atmosfera, costituita in prevalenza da anidride carbonica, ha una pressione inferiore a 1/100 di quella terrestre, è capace di sollevare notevoli quantità di polvere che a volte impediscono di vedere vaste zone del pianeta. E’ certo che in passato vi fosse abbondanza di acqua in superficie, che ha scavato un gigantesco canyon chiamato Valle del marinaio, lungo più di 2000 km. Giove è, dopo il Sole, il corpo più grande e pesante del sistema solare ed è anche il pianeta gassoso  più vicino al Sole. Come gli altri pianeti giganti non ha una superficie solida su cui si possa camminare. Un’astronave che si posasse su di esso sprofonderebbe per decine di migliaia di chilometri e verrebbe schiacciata da formidabili pressioni. Giove è accompagnato da almeno 64 satelliti. I primi quattro: Io, Europa, Ganimede e Callisto, furono scoperti da Galileo Galilei nel gennaio 1610 quando puntò per la prima volta un cannocchiale verso il cielo. Giove al telescopio è un disco giallo solcato da bande chiare e altre scure, prodotte rispettivamente da nubi ascendenti calde e nubi discendenti fredde, che si alternano parallele all’equatore. L’uniformità è interrotta dalla cosiddetta “Grande macchia rossa”, ovale di 30 mila km di lunghezza e 14 mila di larghezza, forse una colonna di gas che si muove verso l’alto, simile ad un uragano terrestre. Saturno con i suoi anelli, ben visibili da Terra anche con un piccolo cannocchiale, è la meraviglia del sistema solare.  Gli anelli di Saturno sono costituiti da una miriade di frammenti di ghiaccio che recano al  loro interno polveri o gas. Essi si estendono nel piano dell’equatore del pianeta  per 66 mila km; il loro spessore è di poche centinaia di metri.  Saturno è il pianeta con la più bassa densità media (0.69 volte quella dell’acqua), il più forte schiacciamento ai poli ed il maggior numero di satelliti (92). Due di essi sono particolarmente interessanti: Titano, grande una volta e mezza la Luna e dotato di una atmosfera più densa di quella terrestre ed Encelado che mostra in superficie fenomeni vulcanici. L’atmosfera di Saturno è costituita soprattutto da idrogeno, elio, metano ed ammoniaca. Urano è un astro verde azzurro, non visibile ad occhio nudo, scoperto da Herschel nel 1781. La sua particolarità è di avere l’asse di rotazione orizzontale, disteso nel piano della sua orbita attorno al Sole, per cui viene chiamato il “pianeta che rotola”. L’ipotesi che meglio spiega questa anomala inclinazione è che ci sia stata una collisione con un corpo di massa simile a quella della Terra. Il Sole è visibile da uno stesso polo per 42 anni (metà del periodo di rivoluzione del pianeta). La presenza di venti analoghi alle correnti a getto terrestri fa sì che non vi siano grandi differenze di temperatura fra i poli e l’equatore. Il pianeta presenta un campo magnetico confrontabile con quello terrestre. In armonia col fatto che Urano è stato scoperto in Inghilterra ai suoi satelliti sono stati assegnati nomi di personaggi di Shakespeare e di Pope. I primi ad essere scoperti sono stati Oberon, Titania, Umbriel, Ariel e Miranda.La scoperta di Nettuno nel 1846 ad opera di Galle, costituisce una delle pagine più entusiasmanti della storia dell’astronomia, perché fu trovato nella posizione precedentemente prevista da Adams e Le Verrier, considerando le perturbazioni osservate sul moto di Urano. A causa della riflessione della luce blu e dell’assorbimento della  luce rossa da parte del metano contenuto nell’atmosfera del pianeta, Nettuno ci appare come una perla turchese variegata di bianco. La sonda Voyager 2 nell’estate 1991 è passata vicino al pianeta ed ha fotografato una macchia scura di forma ovale, per molti aspetti simile alla Grande Macchia rossa di Giove. La sonda ha individuato violente tempeste, cicloni semipermanenti e lunghe catene di nubi bianche, simili a cirri giganteschi. Il periodo di rotazione di Nettuno è di circa 16 ore. Attorno ad esso orbitano 13 satelliti. Il più grande, Tritone,è leggermente  più piccolo della Luna. Nel sistema solare troviamo anche una miriade di corpi minori che orbitano attorno al Sole: i nanopianeti, gli asteroidi, le comete e i meteoriti. I nanopianeti sono corpi rocciosi di forma sferica che non sono riusciti a raccogliere in sé la maggior parte della materia che girava attorno al Sole alla loro distanza. Plutone, che fino ad un anno fa era considerato un pianeta, dall’agosto 2006 fa parte dei nanopianeti. Fra Marte e Giove si trovano circa due milioni di piccoli corpi rocciosi, che non sono riusciti a coagularsi in un unico pianeta; essi sono chiamati “asteroidi”. Solo il più grande di essi, Cerere, ha forma sferica come Plutone e viene ora considerato un nanopianeta  Altri asteroidi girano esternamente ai pianeti giganti gassosi e sono chiamati “Oggetti Transnettuniani”. Uno di essi, Eris, è più grande di Plutone ed ha forma sferica, perciò è entrato anch’esso nel gruppo dei nanopianeti. Altri corpi minori del sistema solare sono le comete che, quando sono vicine al Sole, si  adornano di una coda spettacolare che può in alcuni casi diventare lunga anche 200 milioni di chilometri (più della distanza fra la Terra e il Sole, che è di 150 milioni di km). La differenza fra asteroidi e comete consiste nel fatto che queste ultime sono costituite in gran parte da sostanze volatili, come l’acqua e l’ossido di carbonio, le quali, scaldate dai raggi solari, evaporano e generano attorno al “nucleo” della cometa una lunga “coda” ed una estesa chioma, in latino “coma”, da cui viene il termine “cometa”. Ogni passaggio vicino al Sole le consuma, per cui dopo circa 10 mila passaggi finiscono col disgregarsi. Poiché dall’origine del sistema solare sono passati più di 4 miliardi di anni e ancora si osservano nuove comete, si pensa che esse provengano da due serbatoi praticamente inesauribili contenenti migliaia di miliardi di comete:  la “nube di Oort” di forma sferica con un raggio 30 mila volte la distanza Terra Sole e la “cintura di Kuiper” situata oltre l’orbita di Nettuno nel piano in cui girano i pianeti. La cometa più famosa è quella di Halley che ha un periodo confrontabile con la vita umana: 76 anni; essa è passata vicino al Sole nel 1910 e nel 1986; nel 1301 è stata osservata da Giotto che l’ha ritratta sopra la capanna di Betlemme nella Cappella degli Scrovegni a Padova.

La vita di una stella nasce quando una grande quantità di gas disperso nello spazio, prevalentemente idrogeno, si concentra e si aggrega a causa dell’attrazione gravitazionale tra le particelle. Gli atomi di gas in questo modo collassano ed entrano tra loro in continue collisioni sempre più frequenti e veloci. Questo fenomeno genera un progressivo innalzamento della temperatura che accelera sempre maggiormente gli urti, sino a quando gli atomi, invece di rimbalzare, si fondono tra loro formando elio. La reazione è simile a quella che si innesca in un esplosione di una bomba all’idrogeno. La stella comincia perciò a risplendere. Questo processo dura molto tempo e si mantiene con la combustione dell’idrogeno. Inizialmente una protostella è di colore bianco. Poi, mano a mano che l’idrogeno si consuma e si forma l’elio, la stella si espande sempre più e diventa di re giallo o rosso: è diventata una gigante rossa. A volte il processo di ingrandimento, a seconda della massa iniziale, può continuare generando una supergigante.Il destino di una stella dipende dalla sua massa. Se è limitata si consuma fino a collassare trasformandosi in una nana bianca che continua a risplendere a causa del calore residuo di quando costituiva il nucleo della stella. Col passare del tempo si raffredda sino a diventare una nana nera che, progressivamente, si spegne. Oppure, se la massa è sufficientemente grande, la stella può spegnersi in una rapida esplosione – che può durare da poche ore a pochi giorni – generando una nova (cioè apparentemente una nuova stella).  

A volte l’esplosione è tale da generare una supernova, un’esplosione luminosissima, visibile anche in pieno giorno per alcune settimane. Queste esplosioni possono proiettare nello spazio quantità di materia tali da generare le stelle a neutroni, dal diametro piccolissimo ma con una gravità anche 100 miliardi volte superiore a quella terrestre. E’ per esempio il caso delle stelle pulsar che ruotano su se stesse sino a 30 volte al secondo. 
Altre volte il collasso di una stella è tale che la materia si concentra e comprime in uno spazio ridottissimo, generando un’attrazione gravitazionale così forte da inghiottire ogni cosa, compresa la luce. E’ nato in questo modo un buco nero, un fenomeno unidirezionale che permette alla materia e alla luce di entrare ma da cui non è possibile uscire.

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