APPUNTI DI ASTRONOMIA 2011-2012

Domenico D’Amato
Andrea Miccoli

INDICE

13 – IL SISTEMA SOLARE

LEGGI DI KEPLERO

I pianeti si muovono intorno al Sole su orbite che obbediscono alle tre leggi di Keplero.

1) – La prima legge stabilisce che l’orbita di un pianeta è un ellisse con il Sole posto in uno dei fuochi.

2) – La seconda legge dice che la congiungente pianeta-Sole (raggio vettore) si muove descrivendo aree uguali in tempi uguali, il che vuole dire che un pianeta ha velocità maggiore in corrispondenza del perielio e velocità minore quando si trova all’afelio (vedi fig 13.1).

Fig 13.1 – Il raggio vettore di un pianeta descrive aree uguali in tempi uguali

Fig 13.1 – Il raggio vettore di un pianeta descrive aree uguali in tempi uguali.

3) – La terza legge stabilisce che il rapporto tra la distanza al cubo (D3) di un pianeta dal Sole ed il tempo al quadrato (T2) impiegato dal pianeta a fare un giro completo intorno al Sole è costante:

D3/ T2 = costante.

La seconda legge dimostra che un pianeta ha velocità diverse lungo il percorso orbitale: quando è più vicino al Sole accelera, mentre rallenta quando è più lontano.

La terza legge permette di capire perché i pianeti hanno una velocità media che diventa sempre più bassa a mano a mano che aumenta la sua distanza dal Sole.

La tabella che segue mette a raffronto i dati grossolani relativi ad alcuni pianeti del sistema solare:

Pianeta             Distanza          Tempo           Velocità media
                             (km)                                         (km/h)

Mercurio        58.000.000      3 mesi             166.000
Terra           150.000.000      1 anno             108.000
Saturno    1.400.000.000     30 anni               34.000
Plutone    6.000.000.000     250 anni             19.000

LA LEGGE DELLA GRAVITAZIONE UNIVERSALE

Tutti i corpi materiali sono soggetti ad una forza attrattiva presente ovunque nell’universo: la forza gravitazionale.

Essa è generata dalla semplice presenza della materia ed agisce sui corpi con un’intensità data dalla seguente relazione:

                    M m
F = G —————–,
                    d2

ove F rappresenta la forza attrattiva che agisce tra due corpi di massa M ed m, posti ad una distanza d. G è un numero che rappresenta il coefficiente di gravitazione universale.

I pianeti girano intorno al Sole perché in questo modo hanno raggiunto un equilibrio.

La forza attrattiva reciproca dovuta all’attrazione gravitazionale farebbe altrimenti precipitare gli uni sugli altri, ma la velocità sull’orbita genera una forza centrifuga che contrasta l’attrazione gravitazionale (corrispondente alla forza centripeta in un moto rotatorio) (vedi fig 13.2).

Fig 13.2 – Il moto di rivoluzione dei pianeti intorno al Sole genera una forza centrifuga esattamente uguale e contraria alla forza centripeta e quindi alla forza di attrazione gravitazionale

Fig 13.2 – Il moto di rivoluzione dei pianeti intorno al Sole genera una forza centrifuga esattamente uguale e contraria alla forza centripeta e quindi alla forza di attrazione gravitazionale.

I pianeti del sistema solare si dividono in due grandi categorie: pianeti terrestri e pianeti gassosi.

I pianeti terrestri sono quelli che hanno caratteristiche superficiali simili alla Terra (sono rocciosi); essi sono Mercurio, Venere, Terra, Marte.

I pianeti gassosi sono quelli costituiti per la maggior parte da materiale allo stato gassoso o da gas liquefatto; essi sono Giove, Saturno, Urano e Nettuno.

Per pianeti interni s’intendono quelli che si trovano tra la Terra ed il Sole e sono: Mercurio e Venere.

I pianeti esterni sono tutti gli altri.

All’Assemblea Generale dell’International Astronomical Union, tenutasi a Praga nell’agosto 2006, gli studiosi hanno messo ordine nel sistema solare, introducendo la figura di pianeta nano (o meglio ancora pianetino in italiano). In questa nuova categoria rientrano Plutone (già pianeta ma declassato ora a pianetino), Cerere, Sedna e Eris (in precedenza conosciuto col nome provvisorio di Xena).

Nell’interno di questa nuova categoria di corpi celesti vi è una nuova sottocategoria: i plutoniani.

Questi sono formati da tutti i corpi celesti catalogati come pianeti nani (per il momento Plutone, Sedna e Eris).

Cerere invece si trova nella cintura degli asteroidi posizionata tra Marte e Giove.

I pianeti si possono trovare in cielo in diverse posizioni rispetto a noi ed al Sole:

– Congiunzione: si ha la congiunzione quando un pianeta si trova sulla congiungente Terra-Sole; se è in mezzo (valido solo per un pianeta interno) si dice congiunzione inferiore, se è all’esterno del Sole si dice congiunzione superiore (vedi fig 13.3 – a).

– Elongazione: è lo scostamento angolare di un pianeta rispetto al Sole. Esso può essere elongazione est o orientale (rispetto al Sole) ed elongazione ovest o occidentale (sempre rispetto al Sole) (vedi fig 13.3 – b)).

– Opposizione: si ha l’opposizione quando un pianeta esterno (e solo un pianeta esterno) si trova sulla congiungente Terra-Sole, all’esterno della Terra. L’opposizione indica il periodo di massima visibilità del pianeta perché esso si trova al meridiano a mezzanotte e la sua visibilità dura tutta la notte (vedi fig 13.3 – c)).

 

Fig 13.3 – Configurazione dei pianeti in cielo
Fig 13.3 – Configurazione dei pianeti in cielo:

a) – congiunzione,
b) – opposizione,
c) – elongazione.

I piani orbitali dei vari pianeti non sono paralleli tra loro ma formano con l’eclittica un angolo piuttosto piccolo, che raggiunge il massimo di 7° con Mercurio.

È stata fissata una fascia larga 20° a cavallo dell’eclittica, la fascia dello Zodiaco, in cui transitano tutti i pianeti, Luna compresa.

I pianeti conclamati del nostro sistema solare sono gli otto citati sino ad ora, ma con l’aggiunta dei pianetini (o pianeti nani) il loro numero sale per il momento a 12.

Da pochi anni sono stati scoperti altri corpi minori di dimensioni paragonabili a quello di Plutone (diametro 2.280 km) ed originanti dalla stessa zona (fascia di Kuiper).

Questi pianetini sono: Quaoar (1.250 km), 2003 EL 61 (1.500 km) e 2005 FY 9 (1.800 km).

La tabella che segue riepiloga gli angoli formati tra i piani delle varie orbite ed il piano eclitticale.

CORPO CELESTE           ANGOLO       PERIODO RIVOLUZIONE
                                                                             (ANNI)

Mercurio                              7°                             0,24
Venere                              3,4°                            0,61
Luna                                    5°                             0,013
Terra                                   0                               1
Marte                                1,9°                             1,88
Cerere                             10,6°                            4,6
Giove                                1,3°                          11,87
Saturno                            2,5°                           29,45
Urano                               0,8°                           84,07
Nettuno                            1,8°                          164,8
Plutone                           17,1°                         248,5
Eris                                44,2°                         557
Sedna                            11,9°                     12.050