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L'universo

I pianeti

I pianeti (dal greco planào , vagare) del sistema solare si distinguono dalle stelle fisse in quanto si muovono sulla volta del cielo.

Si conoscono nove pianeti: Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano, Nettuno e Plutone. A seconda che le loro orbite siano maggiori o minori di quella terrestre, i pianeti sono distinti in pianeti esterni, o superiori (da Marte a Plutone), e pianeti interni, o inferiori (Mercurio e Venere). In base ad analogie nella costituzione fisica, i vari pianeti si possono suddividere in pianeti terrestri (Mercurio, Venere, Terra e Marte) e pianeti gioviani (Giove, Saturno, Urano, Nettuno e Plutone); questi ultimi sono anche detti pianeti giganti per le loro dimensioni, di vari ordini di grandezza superiori a quelle della Terra (tab. 3.2).

Pianeti terrestri

Mercurio è il pianeta più interno del sistema solare, poco conosciuto fino ai passaggi della sonda Mariner 10 (1974 e 1975), poiché le piccole dimensioni e la vicinanza al Sole ne rendono difficile l'osservazione; esso sorge e tramonta entro circa 1 ora dal levare e dal tramontare del Sole e deve perciò essere osservato basso sull'orizzonte. Ciò fa sì che la sua immagine da Terra sia disturbata dalla turbolenza atmosferica.

La temperatura superficiale varia da più di 327 °C nell'emisfero posto al Sole a un minimo di – 103 °C nell'emisfero in ombra.

L'orbita è notevolmente ellittica e non possiede satelliti. Mercurio è molto simile alla Luna: mostra una superficie coperta da crateri di impatto meteorico, conservatisi intatti per miliardi di anni data l'assenza di acqua e atmosfera, con pianure estese, probabilmente di origine vulcanica (anche se non è stata osservata la presenza di vulcani attivi). Possiede una tenue atmosfera, composta essenzialmente da gas nobili, catturati dal vento solare o emessi da rocce per decadimento radioattivo. Mercurio ha un periodo di rivoluzione siderale di 88 giorni terrestri e ruota attorno a se stesso con un periodo di 58,6 giorni, (intervallo pari ai 2/3 di quello di rivoluzione siderale).

Venere ha dimensioni, massa e densità abbastanza vicine a quelle della Terra, ma la sua temperatura superficiale di circa 477 °C ne rende improbabile lo sviluppo della vita così come noi lo intendiamo. Venere non possiede satelliti.

L'atmosfera venusiana, densa e spessa più di 80 km, composta quasi interamente da anidride carbonica (o diossido di carbonio, CO2), impedisce di osservare dalla Terra la sua superficie. Le nubi che la compongono sono formate da goccioline di acido solforico e acqua e sono in grado di intrappolare una frazione dell'energia solare incidente. Venere possiede catene montuose: la massima elevazione è il Monte Maxwell, alto 11 km. È stata rilevata la presenza di vulcani attivi.

La rotazione è retrograda, cioè avviene in senso opposto a quello del moto orbitale.

Per lo studio dettagliato del globo terrestre e dei suoi aspetti strutturali si rimanda ai prossimi capitoli. Ci limiteremo in questa sede ad accennare che la forma della Terra è, in prima approssimazione, quella di un ellissoide di rotazione; essa possiede inoltre una struttura interna stratificata (suddivisa in crosta, mantello e nucleo). Il campo magnetico , prevalentemente dipolare, ha origine quasi certamente nell'effetto dinamo ad autoeccitazione, dovuto al movimento di cariche elettriche nel fluido conduttore presente all'interno del nucleo. L'atmosfera terrestre è formata per circa 1/5 da ossigeno e per circa 4/5 da azoto.

La Terra possiede un suo satellite, la Luna , privo sia di acqua, sia di atmosfera.

Marte è riconoscibile per il caratteristico colore rossastro; Marte ha due calotte chiare ai poli, formate da ghiaccio di acqua e anidride carbonica, le cui dimensioni variano con l'alternarsi delle stagioni. Il suo diametro è circa metà di quelli di Terra e Venere, poco più grande di quello di Mercurio.

Marte è un pianeta geologicamente attivo (sulla sua superficie è stata rilevata un'intensa attività vulcanica); non si osserva la presenza di acqua allo stato liquido. Nell'atmosfera prevale l'anidride carbonica, con piccole quantità di azoto, ossigeno, monossido di carbonio e argo.

Nel 1877 l'astronomo italiano G. Schiapparelli (1835-1910) credette di scoprire una rete di "canali" quasi rettilinei, che solcano la superficie congiungendo piccole "oasi". Queste osservazioni fecero avanzare l'ipotesi che i canali potessero essere opera di esseri intelligenti. Oggi sappiamo che i canali di Schiapparelli sono la conseguenza di un effetto ottico.

Marte possiede due satelliti, Phobos e Deimos, di forma irregolare e superficie segnata da crateri.

Pianeti gioviani

Giove è il più grande dei pianeti; rispetto alla Terra possiede una massa 318 volte maggiore e il diametro equatoriale è superiore di oltre 11 volte. Giove ha una struttura fluida; il nucleo è composto da ferro e silicati.

L'atmosfera di Giove ha una struttura a strati; il suo caratteristico aspetto a zone bianco-giallastre e fasce bruno-rossicce, che si alternano parallelamente spostandosi a velocità differenti, è dovuto alla massa fluida e a nubi che ruotano a velocità diverse. La caratteristica più evidente dello strato superiore dell'atmosfera di Giove consiste in una grande macchia rossastra di forma ellittica: si tratta di un gigantesco ciclone, che si mantiene straordinariamente stabile nel tempo (fu osservato già nel Seicento con i primi telescopi).

Giove ha un forte appiattimento polare, dovuto all'alta velocità di rotazione, e un caratteristico campo magnetico.

I satelliti di Giove conosciuti sono 16. Fra questi, hanno particolare rilievo quelli scoperti da Galileo: Io, Europa, Ganimede e Callisto (in ordine di distanza crescente da Giove). Ganimede ha diametro più grande del pianeta Mercurio; gli altri hanno tutti dimensioni maggiori della Luna. Io, Europa e Ganimede possiedono un'atmosfera; su Io sono stati rilevati vulcani attivi. Su Europa, Ganimede e Callisto vi è acqua allo stato solido in abbondanza; Europa potrebbe possedere anche acqua allo stato liquido. Ganimede e Callisto mostrano una superficie solida tormentata (la crosta di entrambi si è solidificata da tempo).

Giove possiede un anello, simile ai ben noti anelli di Saturno e probabilmente costituito da particelle di polvere.

Saturno è caratterizzato da uno spettacolare sistema di anelli. La sua distanza dal Sole è circa il doppio rispetto a quella di Giove. Ha, come gli altri pianeti giganti, una bassa densità.

Gli anelli di Saturno furono intravisti da G. Galilei (che però non li riconobbe come tali) e studiati dettagliatamente dall'astronomo italiano G.D. Cassini (1625-1712). Essi sono formati da aggregati di particelle estremamente sottili e non da corpi solidi; sono costituiti principalmente da frammenti di ghiaccio d'acqua mescolati con polvere di silicati.

Si conosce l'esistenza di 18 satelliti di Saturno, ma è probabile che ce ne siano altri. Si distinguono in satelliti regolari, con orbita quasi circolare sul piano equatoriale del pianeta, e in satelliti irregolari. Titano è il più grande (maggiore di Mercurio) e luminoso; si presenta avvolto in una densa atmosfera formata da azoto e metano, che impedisce l'osservazione della superficie.

Urano fu scoperto casualmente nel 1781 da F.W. Herschel (1738-1822). È un pianeta gigante, come Giove, Saturno e Nettuno, ma a differenza di questi non ha apprezzabili sorgenti interne di calore. Caratteristica del pianeta è il grande valore dell'inclinazione dell'asse di rotazione sul piano orbitale, per cui volge al Sole per lunghi periodi o l'uno o l'altro polo. Lo strato superiore della sua atmosfera, composta prevalentemente da idrogeno ed elio, è di colore verde-azzurro.

Nettuno fu scoperto nel 1846 dall'astronomo tedesco J.G. Galle (1812-1910) sulla base di previsioni teoriche, formulate indipendentemente l'uno dall'altro dall'inglese J.C. Adams (1819-92) e dal francese U. Le Verrier (1811-77), che avevano analizzato le perturbazioni dell'orbita di Urano.

Al telescopio il pianeta ha l'aspetto di un piccolo disco verdastro, molto simile a Urano. L'atmosfera mostra la presenza di metano. Nulla si conosce sulla sua struttura interna. È circondato da quattro deboli anelli e possiede due satelliti: Tritone e Nereide.

Plutone è il pianeta più esterno del sistema solare, scoperto nel 1930 da C. Tombaugh. Ha l'orbita più inclinata rispetto al piano dell'eclittica e più eccentrica fra tutti i pianeti del sistema solare. La distanza media dal Sole è di 5900 milioni di km. Plutone possiede un satellite, Caronte, di massa e dimensioni simili a Plutone stesso, con il quale forma un pianeta doppio. Il suolo di Plutone è probabilmente coperto da metano ghiacciato (infatti, nel periodo in cui il pianeta è più vicino al Sole, quindi più riscaldato, sviluppa una debole atmosfera di metano).

La fascia degli asteroidi

Gli asteroidi (o pianetini) sono piccoli corpi rocciosi di forma irregolare, residui delle prime fasi della storia del sistema solare, che ruotano intorno al Sole su orbite per lo più intermedie tra quella di Marte e quella di Giove; la maggior parte non supera qualche decina di km di diametro, mentre una trentina circa ha un diametro maggiore di 200 km.

Due gruppi di pianetini, detti Troiani, descrivono quasi la stessa orbita di Giove e restano sempre a un'uguale distanza dal pianeta e dal Sole. Altri descrivono ellissi molto allungate e si spingono verso i limiti del sistema planetario. Sembra probabile l'ipotesi che essi si siano originati dalla nube primordiale di gas che ha formato il sistema solare; in seguito, non sarebbero riusciti a raccogliersi in un unico corpo a causa delle forti perturbazioni generate dalla forza gravitazionale del pianeta Giove. Gli asteroidi vengono classificati in vari tipi a seconda degli elementi chimici più abbondanti sulla loro superficie (carbonacei, silicacei e metallici).

Al primo asteroide, scoperto nel 1801, se ne sono aggiunte molte migliaia e di circa 2000 è stata determinata l'orbita.

Tab. 3.2: Principali caratteristiche dei pianeti del sistema solare

Principali caratteristiche dei pianeti del sistema solare
  MERCURIO VENERE TERRA MARTE GIOVE SATURNO URANO NETTUNO PLUTONE
distanza media dal Sole 57,9 milioni di km 108,2 milioni di km 149,6 milioni di km 227,9 milioni di km 778,3 milioni di km 1427 milioni di km 2869,6 milioni di km 4496,6milioni di km 5900 milioni di km
diametro equatoriale 4880 km 12 104 km 12 756 km 6787 km 142 800 km 120 000 km 51 800 km 49 200 km 3000 km
massa (Terra = 1) 0,055 0,815 1 0,108 317,9 95,2 14,6 17,2 0,0017
volume (Terra = 1) 0,06 0,86 1 0,15 1316 755 67 61 0,01
atmosfera nessuna diossido di carbonio azoto, ossigeno diossido di carbonio idrogeno, elio idrogeno, elio idrogeno, elio, metano idrogeno, elio, metano non rilevata
periodo di rotazione 59 g 243 g 23h 56min 24h 37min 9h 50,5min 10h 14min 16h 16h 6g 9h
periodo di rivoluzione 88 g 224,7 g 365,26 g 687 g 11,86 anni 29,46 anni 84 anni 164,8 anni 247,7 anni
gravità (Terra = 1) 0,37 0,88 1 0,38 2,64 1,13 1,17 1,18 0,03

Media

Figura 3.2

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