Il sistema solare

Il Sistema Solare è il nostro cortile di casa nelle vaste praterie dell'Universo. Si tratta di un sistema di corpi di diversa natura e dimensione che ruotano intorno a una stella di media grandezza. Il nome stesso di "sistema" indica la natura dinamica della struttura; i singoli componenti, infatti, interagiscono tra di loro e si influenzano reciprocamente in maniera complessa.

Oggi ci troviamo in un momento del tutto privilegiato nell'esplorazione del nostro sistema planetario. Le grandi missioni spaziali del presente e del passato ci hanno permesso di iniziare a conoscerne il profilo e le caratteristiche. Così si è andata formando una nuova immagine di questa parte di universo, in cui il Sole e i pianeti non sono gli unici protagonisti. Appartengono al Sistema Solare i satelliti, come la Luna, che orbitano intorno ai pianeti, gli asteroidi, corpi rocciosi di diverse dimensioni che troviamo per lo più raggruppati in fasce, e poi le comete, le polveri, la luce stessa proveniente dal Sole e anche, e soprattutto, la forza di gravità, che, come una colla, non fa disperdere le parti nello spazio profondo.

Nascita del sistema solare

L'origine del Sole e del Sistema Solare è legata alla condensazione di una nube primordiale di gas e polveri come se ne vedono tante nella nostra galassia. È probabile che l'evento che innescò il collasso sia stato esterno alla nube stessa, altrimenti in equilibrio tra le sue parti.
Gli scienziati hanno avanzato l'ipotesi che possa essersi trattato dell'esplosione di una supernova vicina, cioè di una stella di grande massa che arrivata alla fine della sua vita esplode, espellendo tutta la sua atmosfera nello spazio. La silenziosa onda d'urto avrebbe dato quindi la spinta iniziale alla nube: così la morte di una stella può generare la nascita di un'altra stella.

Acqua nel sistema solare

Elemento essenziale per la vita come noi la conosciamo, l'acqua è molto più diffusa nel Sistema Solare di quanto si creda. Il ghiaccio d'acqua costituisce uno dei principali elementi di cui sono costituiti i corpi minori all'estremo confine del nostro sistema planetario, le comete, gli anelli e la maggior parte dei satelliti dei pianeti giganti. Altra cosa è l'acqua allo stato liquido. Gli occhi di tutti sono puntati sul nostro vicino di casa Marte. Per diversi motivi. Da una parte la sete di conoscenza dell'uomo vuole capire come mai l'evoluzione del pianeta rosso lo abbia portato a diventare così arido; sembra ormai infatti assodato che in passato l'ambiente marziano era più umido di quanto non lo sia ora.

Sul nostro palcoscenico il ruolo di primo attore non può che essere assegnato al Sole, una stella come tante se ne trovano nello spazio, ma per noi molto speciale perché dai resti della sua formazione ha avuto origine tutto il corteo di pianeti e corpi minori che gli ruotano intorno e di cui noi facciamo parte. Il Sole è così grande che lungo il suo diametro potremmo mettere in fila oltre 100 pianeti grandi come la Terra. Ha una massa che da sola costituisce il 99% della massa totale del Sistema Solare ed è in grado di sprigionare sottoforma di luce e calore una quantità di energia pari a 1.000.000.000.000.000.000.000.000 lampadine di casa nostra da 100 W oppure pari a 10.000 miliardi di bombe atomiche al secondo. Il motore principale di questa potenza risiede nel nucleo solare dove ogni secondo centinaia di milioni di tonnellate di atomi di idrogeno, l'elemento chimico più abbondante nell'universo, si fondono tra loro producendo energia.

Il Sole è una gigantesca sfera di gas ad altissima temperatura e in perfetto equilibrio, che non collassa su stessa e non si disperde nello spazio, grazie al bilanciamento tra le forze di gravità e di pressione, di uguale intensità ma di verso opposto. Essendo gassoso, il nostro astro non ha una vera superficie solida; possiamo pensare al Sole come a un'enorme cipolla fatta di strati di gas concentrici: ciò che noi vediamo da Terra sono i contorni del guscio più esterno chiamato fotosfera. La regione è sede di fenomeni osservabili anche con piccoli strumenti che siano, però, provvisti di adeguati filtri: è importante ricordarsi, infatti, di non osservare mai la luce diretta del Sole, perché è talmente intensa da creare danni permanenti alla vista.

Il Sole

Osservando la fotosfera si nota innanzitutto che non è compatta, ma è formata da tante piccole celle; tale struttura, chiamata granulazione, è causata da moti convettivi: colonne di gas caldo provenienti dal centro del Sole affiorano in superficie per poi rituffarsi verso l'interno. Sempre sulla fotosfera si possono osservare gruppi di macchie solari, zone che appaiono scure rispetto all'ambiente circostante perché in esse il gas è più freddo rispetto alla media. Anche se sulla superficie del Sole sembrano piccole, queste strutture sono così grandi da poter contenere anche 5 pianeti come la Terra.

I pianeti

Dopo il Sole, sono i pianeti ad avere il ruolo di protagonisti, ma con una piccola precisazione: poiché il Sole ha una massa che da sola costituisce oltre il 99% della massa dell'intero Sistema Solare, i pianeti risultano briciole in confronto alla nostra stella. Non solo: questi granelli orbitano intorno al Sole a distanze enormi rispetto alle loro dimensioni. Si potrebbe fare una proporzione tra le dimensioni del Sole e di Giove, il più grande pianeta del Sistema Solare, e metterle in una scala appropriata rispetto alla distanza. Se il Sole fosse grande quanto un pompelmo, allora Giove sarebbe grande quanto un acino di uva lontano circa cento metri, la lunghezza di un campo da calcio.

La gravità e le orbite dei pianeti

La maggior parte dei corpi del Sistema Solare orbitano intorno al Sole su traiettorie che non sono circolari, ma ellittiche, in cui il Sole occupa uno dei due fuochi (prima legge di Keplero). In particolare, i pianeti si muovono su orbite poco eccentriche, cioè poco schiacciate, e quasi tutti su uno stesso piano a causa del meccanismo con cui si sono creati durante la formazione del nostro sistema planetario. I pianeti nani e i corpi minori sono invece caratterizzati da orbite più allungate ed inclinate.

La forma delle cose

Una forza di tipo centrale è una forza la cui direzione dipende solo dalla distanza del punto di applicazione da un punto fisso, detto centro di forza. In un campo di forza centrale, quindi, il vettore forza è in ogni punto parallelo a semirette orientate in ogni direzione uscenti dall'origine. Per questo motivo, il campo che si origina ha una simmetria sferica. L'attrazione gravitazionale è una forza centrale; prendiamo infatti la sua formula:

F=G(m1*m2)/(r12)2

L'unico vettore in grado di dare la direzione della forza è appunto r, la distanza fra le masse in gioco.

La Terra

La Terra non è ferma nello spazio, ma è soggetta a diversi movimenti. I più noti sono il moto di rotazione intorno al proprio asse, che determina l'alternarsi del dì e della notte e l'apparente moto del cielo sopra le nostre teste, e quello di rivoluzione intorno al Sole su un'orbita leggermente ellittica. Dai moti di rotazione e rivoluzione derivano rispettivamente le due principali misure del tempo utilizzate: il giorno e l'anno. La durata del giorno può essere misurata come intervallo di tempo fra due transiti consecutivi del Sole o di una stella su uno stesso meridiano.

L’origine della Luna

Tutti i satelliti del Sistema Solare sono piccoli dalle 25 alle migliaia di volte in confronto ai rispettivi pianeti. Solo il sistema Terra-Luna e il sistema Plutone-Caronte fanno eccezione; la nostra Luna ha un diametro che è solo 1/3 di quello terrestre. Questo significa che forse bisogna chiamare in causa processi di formazione per la Luna diversi da quello degli altri satelliti. Finora sono state avanzate 4 ipotesi sull’origine della Luna: la Luna sarebbe un frammento staccatosi dalla Terra poco dopo la sua formazione (ipotesi per fissione)…

I pianeti con i loro satelliti e anelli non sono gli unici corpi che popolano il Sistema Solare. Intanto tra l’orbita di Marte e quella di Giove c’è la fascia principale degli asteroidi che non è un semplice anello piatto di rocce di varie dimensioni e forme, come si è soliti immaginare. Gli scienziati da anni sanno che si tratta piuttosto di una vera e propria ciambella tridimensionale incurvata intorno alla nostra stella. La dimensione verticale di questo tubo è pari alla distanza Terra – Sole, pari circa alla lunghezza dell’area di rigore di un campo da calcio.

All’interno della fascia gli asteroidi non sono distribuiti in modo uniforme, ma formano strutture ad anelli interrotte da alcune lacune, zone vuote che Giove ha "ripulito" espellendo i corpi che vi si trovavano. Sempre Giove è responsabile dell’orbita dei Troiani, due gruppi di asteroidi provenienti dalla fascia principale, che compiono la loro rivoluzione intorno al Sole uno precedendo e l’altro seguendo il pianeta gigante.

Lontano dal calore della nostra stella ai confini del Sistema Solare, si trovano poi la fascia di Kuiper e la nube di Oort, veri e proprio serbatoi di asteroidi e comete. La prima, sorella maggiore, ma meno famosa, della fascia principale, inizia subito dopo l'orbita di Nettuno e si estende fino a 100 volte la distanza Terra – Sole, cioè 20 dei nostri campi da calcio.

Oggi conosciamo circa 40 corpi appartenenti a questa fascia con dimensioni maggiori di 100 km, ma le stime degli scienziati ne prevedono un numero molto maggiore, circa 50.000, senza contare quelli di dimensioni inferiori. Da agosto 2006 per far fronte ai nuovi corpi scoperti oltre l’orbita di Plutone gli scienziati hanno creato la nuova categoria dei pianeti nani. Per ora in tutto sono 3: Plutone appunto, che rappresenta il capostipite, Xena o Eris, più grande e distante dello stesso Plutone, e Cerere, il più grande asteroide della fascia principale.

Dalla fascia di Kuiper, infine, possono anche provenire alcune comete. Questi corpi sono soggetti alla gravità dei pianeti giganti e possono subire modifiche alle loro traiettorie come la famiglia dei Centauri, corpi di diverse dimensioni che orbitano tra Giove e Nettuno.

Ancora più lontano dal Sole si estende la nube di Oort, un vasto serbatoio di nuclei cometari che ci avvolge completamente: è un guscio enorme con un diametro di 1.500 volte quello del Sistema Solare che racchiude. I nuclei cometari sono più piccoli rispetto ai corpi della fascia di Kuiper e sono costituiti da blocchi di ghiaccio misto a roccia con diametri da 1 a 10 km. Se subiscono l'attrazione gravitazionale dei pianeti giganti per un passaggio ravvicinato, questi oggetti opachi e solidi vengono distolti dalla loro tranquilla orbita nei recessi bui del Sistema Solare per diventare uno degli oggetti più affascinanti e luminosi del cielo: le comete. Piombando come proiettili all'interno del Sistema Solare e avvicinandosi al Sole, l'acqua di cui i nuclei sono composti comincia a sublimare (ovvero a passare cioè dallo stato solido a quello gassoso), e ne forma la caratteristica coda. Ad ogni passaggio nei pressi della nostra stella, le comete si consumano un po’ fino a disintegrarsi completamente, lasciando solo pezzetti di roccia sparsa lungo la traiettoria. È proprio questo che sta alla base delle stelle cadenti: quando la Terra, nella sua rivoluzione intorno al Sole, interseca l'orbita di una cometa, i residui cometari bruciano per attrito venendo in contatto con la nostra atmosfera e formano le scie che noi tutti conosciamo.

La popolazione asteroidale

Gli asteroidi, anche detti pianetini, sono frammenti rocciosi di varie dimensioni originatisi durante la formazione del Sistema Solare, circa 4,6 miliardi anni fa. Il primo asteroide venne scoperto nel 1801 da Padre Giuseppe Piazzi all’Osservatorio di Palermo. Venne battezzato Cerere e per mezzo secolo venne considerato l’ottavo pianeta. Dal 2006 è considerato un pianeta nano alla stregua di Plutone, Eris, Makemake e Haumea. Da quel lontano 1801 sono stati scoperti e catalogati oltre 300.000 asteroidi e quasi sicuramente altre centinaia di migliaia, forse un milione, sono ancora da scovare.

Forma e composizione di un asteroide

Quasi tutti gli asteroidi sono di forma irregolare, anche se alcuni sono quasi sferici, e spesso presentano anche numerosi crateri sulla superficie. Mentre girano attorno al Sole in orbite ellittiche, gli asteroidi ruotano anche intorno a sé stessi, talvolta in maniera piuttosto irregolare. Ad oggi sono stati scoperti oltre 150 asteroidi con una piccola luna compagna. Ci sono anche sistemi binari e tripli costituiti da due o tre asteroidi. Per composizione gli asteroidi vengono distinti principalmente in tre classi: C, S ed M.

Il gruppo dei NEO (Near-Earth Object)

Tutti gli oggetti in grado di transitare nelle zone dei pianeti terrestri sono comunemente indicati con l’acronimo NEO (Near-Earth Object), vale a dire oggetti vicini alla Terra. Gli asteroidi occupano zone diverse all’interno del Sistema Solare e oltre a ruotare intorno al Sole, sono in grado di spostarsi, a causa di effetti per nulla semplici da prevedere. Uno dei motivi è la collisione con altri asteroidi, che ha come risultato la frantumazione degli oggetti coinvolti. I frammenti prodotti posso assemblarsi nuovamente in un nuovo oggetto oppure finire in traiettorie autonome, dando vita a singoli asteroidi.

Prevedere l’impatto

Prevedere con esattezza come evolverà la traiettoria di un oggetto costretto a muoversi sotto l’influenza di diversi pianeti è praticamente impossibile. Il problema viene comunemente definito problema degli N-corpi, che non ha una soluzione semplice come nel caso delle leggi di Keplero in cui i corpi in questione sono solo due. Scordiamoci quindi l’interpretazione analitica del fenomeno. Esistono metodi di integrazione numerica che consistono nel simulare il movimento dell’asteroide, ricostruendo, ad intervalli di tempo brevi, la posizione di tutti i corpi interessati.

Gli asteroidi: una risorsa futura

I NEA, anche se pericolosi, possiedono indubbiamente delle caratteristiche che li rendono particolarmente interessanti. Prima di tutto, vista la loro natura variegata per composizione e origine, sono oggetti utili per ottenere una più accurata comprensione del meccanismo di formazione del Sistema Solare. Secondo, sono facilmente raggiungibili, poiché, vista la loro massa ridotta, quando questi passano nel Sistema Solare interno è più economico inviare delle sonde e farvi atterrare dei moduli sulla superficie.

Misure d’emergenza

Oggi sappiamo che la Terra è ed è stata colpita a intervalli regolari da corpi provenienti dallo spazio. La prova è rappresentata dai diversi crateri di dimensioni variabili da qualche metro fino a 300 km finora scoperti sulla superficie del nostro pianeta. Il rischio quindi c’è, motivo per cui oggi si sta procedendo al monitoraggio e allo studio dei NEO attraverso una rete di osservatori astronomici americani. Allo stesso tempo si stanno valutando quali tecniche adottare in caso di una possibile collisione con la Terra.