attività di ricerca in astrofisica: planetologia · il sistema solare sistema costituito da una...
TRANSCRIPT
IL SISTEMA SOLARE
Sistema costituito da una stella centrale (il Sole), da otto pianeti
che le orbitano intorno, e da altri corpi minori.
I PIANETI (fino al 2006)
Corpi posti in orbita intorno al Sole, aventi forma regolare e
raggio maggiore di 1000 km (vecchia definizione).
Numero di pianeti: 9 - Plutone incluso
I PIANETI (dopo il 2006)
Si adotta una nuova definizione di pianeta (vedi in seguito).
Numero di pianeti: 8 - Plutone classificato come planetoide
X
I CORPI MINORI
Corpi (planetoidi, satelliti dei pianeti, asteroidi, comete e
meteoroidi) di dimensioni minori rispetto a quelle dei pianeti.
I CORPI MINORI – Caratteristiche orbitali
A parte i satelliti,
si raggruppano
nella Fascia
Principale (zona
di separazione tra
Sistema Solare
interno ed
esterno) e nella
Fascia di Kuiper
e Nube di Oort.
I PIANETI – Caratteristiche orbitali
Sono suddivisi in pianeti interni (terrestri) e pianeti esterni
(giganti).
I PIANETI – Caratteristiche orbitali
• Bassa eccentricità (e << 1), a parte Mercurio (e 0.2)
• Quasi complanarità con l’orbita terrestre, a parte Mercurio
(i 7°)
• Rotazione orbitale diretta (prograda), senza eccezioni,
come molte comete e tutti gli asteroidi conosciuti.
I PIANETI – Caratteristiche fisiche
• Tutti mostrano all’osservazione telescopica dimensioni
angolari finite.
• Tutti possiedono satelliti (eccetto Mercurio e Venere);
alcuni hanno sistemi di anelli.
• Tutti sono dotati di atmosfera stabile (eccetto Mercurio).
• I pianeti terrestri (rocciosi, con pochi satelliti e privi di
anelli) sono separati da quelli giganti (principalmente
gassosi, con molti satelliti e dotati di anelli) dalla Fascia
degli asteroidi.
I PIANETI – Caratteristiche fisiche
Inclinazioni assiali
NOTA: contrariamente alle aspettative, i pianeti terrestri hanno
basse inclinazioni assiali
I PIANETI – Estrema peculiarità di Plutone
• per massa, dimensioni e periodo di rotazione assiale, rispetto ai
pianeti esterni;
• per densità, inclinazione assiale e numero di satelliti, rispetto ai
pianeti interni;
• per tipo di atmosfera e per inclinazione ed eccentricità
dell'orbita, rispetto a tutti i pianeti.
Necessità di classificare Plutone (antico satellite di Nettuno?)
come planetoide o pianeta nano.
FORMAZIONE DEL SISTEMA SOLARE
Oltre alle stelle, nella Galassia sono presenti nubi di gas e polvere
dette nebulose.
Il gas è composto da idrogeno (89%), elio (10%) ed altri elementi
in tracce (carbonio, azoto, ossigeno).
La polvere è costituita da piccole particelle (grani) composte da
silicati e materiali carboniosi.
La nebulosa originaria e le altre nebulose
La densità della nube non è omogenea: a causa delle fluttuazioni
casuali di densità, si creano addensamenti di materia che, per
effetto della gravità, iniziano ad attrarre la materia circostante,
accrescendosi rapidamente.
In breve tempo la nube si
disgrega in genere in tanti
frammenti in contrazione.
In uno di questi frammenti
(nebulosa presolare) la materia
“cade” verso l’addensamento
centrale da cui si forma il Sole.
FORMAZIONE DEL SISTEMA SOLARE
Il collasso della nebulosa originaria
FORMAZIONE DEL SISTEMA SOLARE
Dal disco protoplanetario ai pianeti
1) Collasso della nube presolare
2) Formazione del disco proto-
planetario (con il protoSole
al centro)
3) Formazione dei planetesimi
(per aggregazione dei grani
di polvere)
4) Formazione degli embrioni
planetari (per aggregazione
dei planetesimi)
5) Formazione dei pianeti (per
cattura dei planetesimi da
parte degli embrioni).
Migrazioni planetarie
FORMAZIONE DEL SISTEMA SOLARE
Circa 109 anni dopo la loro formazione Urano e Nettuno sono
migrati verso l’esterno e Nettuno ha superato Urano diventando
il pianeta più esterno.
Si definisce “pianeta” un corpo che:
a) orbita intorno al Sole;
b) ha massa sufficiente per assumere una forma regolare (quasi
sferica);
c) ha “ripulito” da altri corpi le regioni limitrofe alla sua orbita.
Si definisce “pianeta nano” o “planetoide” un corpo che
soddisfa le condizioni (a) e (b) ma non la (c).
Un pianeta nano è membro di una fascia di corpi da cui non si
sono mai formati pianeti.
Nuova definizione di pianeta (Risoluzione 5A dell’Assemblea Generale IAU 2006)
FORMAZIONE DEL SISTEMA SOLARE
I CORPI MINORI
Vengono
catalogati
tra i corpi
minori
anche i
grandi
satelliti, in
quanto in
orbita
intorno a
un corpo
diverso
dal Sole.
• Precipitazioni (pioggia o neve) impossibili.
• Acqua allo stato liquido instabile in superficie
(solidifica e poi sublima molto rapidamente);
suolo molto secco.
CONDIZIONI CLIMATICHE ATTUALI
• Temperatura superficiale media globale: 60° C
• Pressione atmosferica al suolo (95% CO2): 7 mbar
• Pressione parziale del vapor acqueo: 0.002 mbar
– CONDIZIONI CLIMATICHE PASSATE:
Temperatura superficiale e pressione
atmosferica al suolo sufficientemente alte da
permettere la presenza di acqua allo stato
liquido?
CONDIZIONI CLIMATICHE ATTUALI:
Marte gelido deserto.
Riepilogo indizi geologici:
• Presenza di parecchi canali, ossia solchi incisi nel terreno
che sembrano essersi formati nel passato per l’attività di
qualche tipo di acqua corrente (canali diversi da quelli di
Schiaparelli).
• Presenza di bacini di aspetto paleolacustre.
• Presenza di bassipiani probabilmente occupati da un
antico oceano marziano (Oceanus Borealis).
Suggerimento da tutti gli indizi di varia natura:
grandi quantità di acqua liquida presenti nel passato su
Marte e quindi (stante l’estrema instabilità attuale) clima
passato completamente diverso da quello odierno.
EVOLUZIONE CLIMATICA DEL PIANETA
Primo miliardo di anni (4.6 Ga t 3.5 Ga):
Atmosfera densa
attività vulcanica in grado di compensare le perdite di CO2
dovute alla fuga verso lo spazio
Effetto serra rilevante
superficie riscaldata oltre il punto di fusione del ghiaccio
Condizioni climatiche relativamente calde ed umide
Atmosfera rarefatta
ridotta attività vulcanica non più in grado di compensare le
perdite di CO2
Effetto serra insufficiente
Condizioni climatiche fredde e secche
EVOLUZIONE CLIMATICA DEL PIANETA
Periodi successivi (t 3.5 Ga):
IPOTESI ALTERNATIVA
Clima marziano sempre simile all’attuale
Origine dei canali:
cedimento strutturale del terreno dovuto a sorgenti idrotermali
Origine delle terrazze:
non erosionale (ad es. sovrapposizione di strati di lava solidificata)
Interpretazione delle analisi fisico-chimiche:
risultati non incompatibili con la passata esistenza sul pianeta di
moderate quantità di acqua liquida per brevi periodi di tempo
CONCLUSIONE:
la storia climatica del pianeta rimane ancora incerta.
Carbonati e Argille: sostanze molto diffuse sulla Terra dove
spesso danno origine a depositi presenti in forma compatta
(rocce) o incoerente (sabbie) sul fondo dei laghi e dei mari.
Calcite - Carbonato di calcio Deposito di argilla
IMPORTANZA DEI CARBONATI
E DELLE ARGILLE
Presenza di depositi carbonatici e/o argillosi in particolari
aree marziane.
Antica e duratura presenza d’acqua liquida in tali aree (la
genesi di questi depositi richiede un ambiente acquoso in
cui avvenga la lenta formazione dei carbonati e delle
argille).
Paleoclima di Marte molto diverso da quello attuale e in
grado di permettere la stabilità dell’acqua allo stato
liquido.
LINEE DI RICERCA A LECCE
• Progettazione e realizzazione dello spettrometro PFS
[conclusa]
• Ricerca di aree marziane che sembrano più promettenti
per l'individuazione di depositi paleolacustri [conclusa]
• Analisi spettrale in laboratorio di carbonati ed argille in
varie condizioni fisiche [in atto]
• Confronto degli spettri sintetici (ottenuti dai dati
sperimentali tramite modelli di trasporto radiativo) con
gli spettri delle aree marziane da noi selezionate, ottenuti
dal PFS e dal CRISM [in atto]
Sito N.12 – Sistema complesso
Sito N.20 – Sistema semplice
Orofino V., et al. (2009) Icarus, 200, 426
RISULTATI OTTENUTI
Le bande a 1.4, 1.9 e 2.3 mm
micron sono visibili negli
spettri CRISM.
Nelle aree esaminate sono
presenti depositi argillosi
Roush, T.L., et al. (2011), Icarus, 214, 240
CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI
Nei siti analizzati era un tempo effettivamente presente acqua
allo stato liquido per un tempo abbastanza lungo da permettere la
formazione dei depositi argillosi (incerta però l’esistenza di un
vero e proprio lago).
Nell’immediato futuro verranno analizzati altri bacini della
nostra lista per vedere che anch’essi ospitano depositi argillosi.
In caso positivo si avranno importantissime implicazioni sul
paleoclima marziano (ed anche terrestre) e sulla possibilità di
vita sul pianeta.
The Solar System
https://www.youtube.com/watch?v=Uk6Z37uZ0WI
A Tour through our Solar System
https://www.youtube.com/watch?v=evWeRHMwSu0
Documentari Astronomia - I misteri di Marte
L'esplorazione del pianeta rosso
https://www.youtube.com/watch?v=MWPHUfW39fI
Nuclei cometari: corpi minori del Sistema Solare formatisi nelle
parti esterne di quest’ultimo e costituiti da ghiacci e rocce.
Eros
Mathilde
Gaspra
Asteroidi: corpi minori del Sistema Solare formatisi nelle parti interne
di quest’ultimo (tra Marte e Giove) e costituiti esclusivamente da
materiale roccioso.
Nucleo: solido e irregolare, costituisce la parte permanente di una
cometa.
Il nucleo della
cometa Halley:
una mistura di
ghiacci e materiale
roccioso (Palla di
neve sporca)
LE COMETE Struttura: il nucleo
Le due code della
cometa Hale-Bopp
LE COMETE Struttura: le code
Code: flusso di gas e polvere che si allontanano dal nucleo.
Eventi del 12 Novembre 2014
Ore 8.35 GMT: il lander Philae si stacca dalla nave-madre (a 22 km
dal nucleo).
PHILAE
Eventi del 12 Novembre 2014
Philae fotografa il suo
obiettivo (da un’altezza
di 3 km)
X
Sito d’atterraggio
previsto
DESTINO FINALE DELLE ACQUE
DELL’OCEANUS BOREALIS
• Evaporazione con fuga nello spazio e parziale
deposizione ai poli (sotto forma di ghiaccio).
• Infiltrazione nel sottosuolo, con successivo
intrappolamento nel permafrost
• Congelamento sul posto sotto uno strato
protettivo di sabbia e polvere (contro la
sublimazione).
Per Halley. Hyakutake , Hale-Bopp , Tuttle, C/2002 T7(dalla
Nube di Oort):[n(D)/n (H)]COMETA 2 [n(D)/n (H)]TERRA
Per Hartley 2 (dalla Fascia Esterna di
Kuiper):[n(D)/n (H)]COMETA [n(D)/n(H)]TERRA
Conclusione:
Comete come la Hartley 2 possono aver portato l’acqua
contenuta negli oceani terrestri
Per Halley, Hyakutake, Hale-Bopp, Tuttle, C/2002 T7 (dalla Nube di Oort):
[n(D)/n(H)]COMETA 2 [n(D)/n(H)]TERRA
Per Hartley 2 (dalla Fascia di Kuiper):
[n(D)/n(H)]COMETA [n(D)/n(H)]TERRA
Per Churyumov-Gerasimenko (dalla Fascia di Kuiper):
[n(D)/n(H)]COMETA 3 [n(D)/n(H)]TERRA (ROSINA)
Conclusione:
Non tutte le comete della Fascia di Kuiper sono state portatrici di
acqua sulla Terra.
Messaggere della vita:
comete portatrici di acqua sulla Terra?