Il sistema solare parte terza

La cosa più bella di scrivere su un blog è ricevere le critiche (costruttive) da parte degli amici. E’ uno dei modi migliori per crescere ed imparare.

Uno dei miei amici, Mario, mi ha scritto su whatsapp: “…pur non essendo uno scienziato posso dirti che l’attrazione di gravità dei corpi celesti è reciproca (direttamente proporzionale alla massa, inversamente proporzionale alla distanza) per cui non è esclusivamente il sole che tiene insieme i corpi celesti…”.

Caro Mario, in effetti hai ragione, tant’è vero che quella che volgarmente viene chiamata “attrazione gravitazionale” in realtà andrebbe chiamata “interazione gravitazionale”.

La legge della gravitazione afferma che due corpi si attirano con una forza che è direttamente proporzionale al prodotto delle masse e inversamente proporzionale al quadrato delle distanze (infatti avevo scritto in “Attrazione fatale”: “… se volete attrarre Belen dovete metter su un bel po’ di chili e farvi trovare nei paraggi al momento giusto…”); questa legge è valida non solo per il Sole ed i suoi pianeti ma per qualsiasi corpo presente nell’Universo. All’interno di un sistema chiuso, come può essere considerato il sistema Solare, la massa del Sole, che ammonta a circa 2 × 1030 kg, rappresenta da sola il 99,9% della massa complessiva del sistema solare e l’influenza dei pianeti sul Sole è trascurabile (ed ecco spiegato perché Belen non ci degna di uno sguardo…).

Sistemata la simpatica querelle, senza però affrontare le implicazioni della relatività e dello spazio-tempo, torniamo a parlare di sistema Solare, dopo aver parlato del Sole in “Il sistema solare parte prima” e della Luna in “Il sistema solare parte seconda”, oggi mi occuperò dei tre pianeti “terrestri”: dei due che si frappongono tra noi e il Sole, cioè Mercurio e Venere e del pianeta rosso, cioè Marte.

Come raccontavo, noi distiamo mediamente dal Sole poco più di 149 milioni e mezzo di chilometri, mentre Venere dista dalla nostra stella poco più di 108 milioni e Mercurio poco meno di 58 milioni di chilometri. Da ciò consegue che noi vediamo i due pianeti non molto distanti dal Sole, infatti per osservarli ad occhio nudo bisogna attendere o il tramonto, in cui Venere e Mercurio seguono il Sole, o l’alba, in cui lo precedono.

Gli antichi pensavano che fossero 4 stelle distinte e chiamarono le prime due “stelle della sera” e le seconde due “stelle del mattino”; successivamente però, si accorsero che non era così: il primo greco che espresse quest’idea fu, nel sesto secolo a.C., Pitagora di Samo, il quale forse lo aveva appreso dai babilonesi; più probabilmente però fu una teoria espressa da uno dei suoi discepoli, Filolao di Crotone o Iceta di Siracusa.

Ovviamente Venere, che è l’oggetto più vicino alla Terra (esclusa la Luna), è anche il più facile da osservare; non solo, ma è più grande di Mercurio e riceve più luce dal Sole: sommando a questo il fatto che Venere è avvolto da nubi e riflette maggiormente la luce solare che riceve, ne consegue che, esclusi Sole e Luna, Venere è l’oggetto più luminoso del cielo. Così tanto che in una notte senza Luna, Venere può proiettare un’ombra rilevabile.

Proprio ciò che accennavo prima, cioè il fatto che Venere si trovi sempre presso il Sole, fece riflettere gli antichi sulla possibilità che girasse intorno al nostro astro (ricorderai, giovane lettore, che gli antichi pensavano che tutto l’universo avesse al centro la Terra e che i pianeti e perfino il Sole le girasse intorno).

Il primo ad avanzare questa ipotesi fu probabilmente Eraclide Pontico, verso il 350 a.C., anche se non ci sono fonti che lo confermano. Solo al tempo di Copernico, proprio grazie alle teorie dell’astronomo polacco, venne riproposta l’ipotesi, in realtà non solo per Venere, ma per tutti i pianeti. La cosa fu confermata da Galileo, nel 1610, quando, osservando Venere al telescopio, vide che la sua sfera era illuminata solo in parte, quindi aveva le fasi esattamente come la Luna. Eliocentrismo 1- Geocentrismo 0.

Pur essendo molto vicino alla Terra, Venere era difficile da osservare con il solo telescopio, perché ricco di nubi. Ciò non faceva comprendere bene la velocità di rotazione, finché un astronomo italiano, Giovanni Virginio Schiaparelli (1835-1910), osservando Mercurio e notando che la rivoluzione intorno al Sole e la rotazione sul proprio asse erano simili (proprio come nel caso di Terra e Luna da me già raccontato), fece supporre agli scienziati che anche per Venere, vista la vicinanza con il Sole, ci fosse una sorta di accoppiamento gravitazionale: ciò fece ipotizzare che sia la rotazione sul proprio asse che la rivoluzione intorno al Sole (unico dato certo allora) durassero 224,7 giorni.

Durante la seconda guerra mondiale, però, fu introdotto in astronomia uno strumento utilissimo: il radar. Il radar è un sistema che utilizza onde elettromagnetiche appartenenti allo spettro delle onde radio o microonde per il rilevamento e la determinazione della posizione ed eventualmente della velocità di oggetti sia fissi che mobili, come aerei, navi o veicoli. Ma anche i corpi celesti potevano essere usati come bersagli.

Zoltán Bay, fisico ungherese, mentre insegnava presso l’Università di Budapest, fece importanti ricerche riguardanti le riflessioni del radar (che aveva sviluppato in proprio su idee precedenti) sulla superficie della Luna. Nel 1961 alcuni gruppi di scienziati di vari paesi riuscirono a inviare fasci di microonde fino a Venere, riuscendo a captarne il riflesso. Il vantaggio di tale sistema è che i fasci di onde elettromagnetiche viaggiano alla velocità della luce, cosa che, essendo la stessa velocità una costante, facilita i calcoli successivi.

Determinata la distanza di Venere, gli scienziati, conoscendo le distanze relative tra i pianeti, le ricalcolarono tutte. Venere è stato descritto come il “gemello” della Terra, per le sue dimensioni quasi uguali a quelle terrestri: ha un diametro inferiore al nostro di soli 650 chilometri e una massa pari all’81,5% di quella terrestre. Ovviamente, finché le osservazioni non dimostrarono il contrario, si suppose che Venere non solo avesse un’atmosfera (sotto le nubi) simile a quella terrestre, ma anche che fosse abitato. Furono scritti molti racconti di fantascienza che parlavano di Venere come di un pianeta ricco di acqua e di vita.

Nel 1956 però, un’osservazione eseguita da alcuni scienziati americani rilevò che Venere ha una temperatura superficiale superiore al punto di ebollizione dell’acqua. Gli autori di fantascienza non si diedero ancora per vinti, ma quando, nel 1962, la sonda “Mariner 2” si avvicinò al pianeta, si dovettero arrendere. E quando la sonda “Magellano” nei primi anni ’90, mappò tutta la superficie, si fecero delle altre scoperte straordinarie.

Venere ha una temperatura superficiale che oscilla tra i 380 e i 470 gradi e una pressione al suolo di 92 atmosfere (cioè 92 volte la pressione che abbiamo qui, sulla Terra). Ma ha un’altra particolarità: il moto retrogrado.

Nel sistema solare quasi tutti i corpi celesti ruotano, su sé stessi o attorno al Sole, nello stesso senso in cui anche il Sole ruota su sé stesso: ogni moto in questo verso è chiamato diretto o progrado, dal latino “pro”, cioè in avanti, e “gradior, gradĕris, gressus sum, gradi”, che significa camminare. Per convenzione questo senso è stato scelto come antiorario. Ciò implica che la direzione in alto del sistema solare è quella dalla quale il moto dei pianeti intorno al Sole risulta avvenire in senso antiorario. Questa direzione è approssimativamente quella del Polo Nord terrestre: in altri termini, un osservatore che guarda il Polo Nord terrestre dall’alto vede i pianeti del sistema solare ruotare in senso antiorario intorno al Sole.

Tutti i pianeti del sistema solare girano intorno al Sole in senso antiorario: lo stesso accade coi moti orbitali della Luna, delle lune di Marte e delle più grandi lune di Giove e Saturno. Oltre che girare in senso antiorario intorno al Sole, quasi tutti i pianeti ruotano su sé stessi in senso antiorario. La rotazione antioraria della Terra è la causa del fatto che il Sole sorge ad Est.

Ma le osservazioni degli anni sessanta dimostrarono che Venere impiega 243 giorni per la rotazione intorno al proprio asse e 225 giorni per compiere un’intera rivoluzione attorno al Sole: su Venere un giorno è più lungo di un anno! E il Sole, per questo, sorge a Ovest. Tuttavia tra un’alba e l’altra trascorrono soltanto 117 giorni terrestri perché mentre il pianeta ruota su sé stesso in senso retrogrado esso si sposta anche lungo la propria orbita, compiendo il moto di rivoluzione che procede in senso opposto rispetto a quello di rotazione.

Venere è il pianeta di comportamento più semplice, infatti la sua orbita è molto più circolare di quella della Terra e il suo asse di rotazione è inclinato di soli 3,39° sulla normale al piano orbitale. Le stagioni, che sul pianeta non esistono, a causa della densa e spessa atmosfera, non produrrebbero effetti notevoli anche in mancanza di essa. Probabilmente questi fattori hanno favorito il primordiale riscaldamento del pianeta che, senza una circolazione atmosferica adeguata per la trasmissione di una quantità di calore che è più elevata di quella che intercetta la Terra, con l’andare del tempo è diventato così come lo conosciamo oggi.

Al di sotto dello strato di nubi, fino a un’altezza di 30 chilometri dalla superficie, vi è della nebbia; ancora sotto, l’atmosfera di Venere è perfettamente limpida. L’atmosfera inferiore appare stabile, senza tempeste né cambiamenti meteorologici, in pratica nient’altro che un caldo incredibilmente uniforme ovunque. Vi sono solo dei venti leggeri; però, in considerazione della densità dell’aria, anche un venticello ha la forza di un uragano terrestre. Decisamente sarebbe difficile immaginare un mondo meno piacevole del “gemello” della terra.

Mercurio, dal canto suo, è, dal punto di vista dello studio della superficie, più semplice di Venere: non ha atmosfera e quindi è molto più simile alla Luna che alla Terra.

Come dicevo, è ancora più vicino al Sole di Venere e quindi l’osservazione, a causa della estrema vicinanza con il Sole, è molto difficoltosa. Quando gli scienziati si accorsero che qualunque oggetto nello spazio emetteva microonde (in realtà qualunque oggetto con temperatura superiore allo zero assoluto lo fa, anche noi), iniziarono a cercarle in giro nello spazio: nel 1962 furono captate microonde emesse da Mercurio, e per la precisione dalla faccia non illuminata dal Sole. Se la teoria iniziale, quella proposta da Schiaparelli, fosse stata giusta, una faccia del pianeta avrebbe dovuto essere rivolta sempre verso il Sole e quindi avrebbe dovuto essere molto calda, mentre la faccia opposta avrebbe dovuto essere sempre al buio e quindi molto fredda. Invece risultò, dalla natura delle microonde emesse, che la faccia oscura aveva una temperatura considerevolmente più alta di quanto ci si era aspettato, e pertanto doveva essere periodicamente illuminata dal sole.

Infatti, nel 1965, due ingegneri elettrotecnici americani, Rolf Buchanan Dyce e Gordon H. Pettengill, scoprirono grazie alle microonde che la superficie di Mercurio ruotava sul proprio asse in 58,65 giorni, esattamente due terzi del periodo di rivoluzione (88 giorni). Anche questa situazione indica l’esistenza di un forte accoppiamento gravitazionale, non estremo però come quello necessario per sincronizzare la rotazione e la rivoluzione.

L’orbita di Mercurio risulta essere soggetta alla precessione del perielio, effetto che mise in difficoltà gli astronomi del XIX secolo, pur essendo previsto dalla teoria della gravitazione universale di Isaac Newton, con una discrepanza minima rispetto alla realtà. Per precessione del perielio dell’orbita di Mercurio si intende la precessione (rotazione) del perielio (il punto più vicino al Sole) dell’orbita del pianeta. In pratica, dopo una rotazione intorno al Sole, Mercurio non si ritrova più allo stesso posto da cui era partito, ma un po’ più avanti.

La velocità media siderale del pianeta è pari a 48 km/s; si tratta della più alta fra i pianeti del sistema solare. Il moto di rotazione mercuriano, al contrario, è molto lento: esso impiega 58,6 giorni per compiere un giro su sé stesso, e completa quindi tre rotazioni ogni due rivoluzioni (un chiaro esempio di risonanza orbitale), questo fa sì che la durata del giorno solare (176 giorni) sia il doppio della durata dell’anno (88 giorni).

Le anomalie osservate nell’orbita del pianeta fecero ipotizzare a Urbain Le Verrier nel 1859 l’esistenza di un altro pianeta, che chiamò Vulcano; si supponeva che l’orbita di Vulcano si svolgesse interamente all’interno di quella di Mercurio. Il primo a dare una spiegazione corretta delle anomalie della precessione del perielio dell’orbita di Mercurio fu Albert Einstein grazie alla relatività generale nel 1915. Una dimostrazione dell’orbita “bizzarra” di Mercurio è il fatto che il Sole, visto da Mercurio, segue un percorso assai anomalo: sale fino allo zenit, si ferma, indietreggia di un poco, si ferma di nuovo e infine si abbassa verso il tramonto.

Il cielo di Mercurio sarebbe nero anche di giorno, non avendo il pianeta una atmosfera che lo circonda. La differenza più grande rispetto al cielo terrestre è la maggior grandezza apparente del Sole vale a dire da 2 a 3 volte circa più grande rispetto al Sole visto dalla Terra.

Come dicevo all’inizio, i pianeti “terrestri” sono quattro, Mercurio, Venere, Terra e Marte. Un pianeta terrestre (detto anche pianeta roccioso o pianeta tellurico) è un pianeta composto per lo più di roccia e metalli. Il termine deriva direttamente dal nome del nostro pianeta ed è stato adottato per indicare i pianeti del sistema solare interno in contrapposizione ai pianeti del sistema solare esterno (Giove, Saturno, Urano e Nettuno) detti giganti gassosi, che invece sono pianeti privi di una superficie solida, composti da una combinazione di idrogeno, elio e acqua in varie combinazioni di gas e liquido.

Marte, quarto pianeta in ordine di distanza dal Sole, da cui dista 228 milioni di chilometri. Quando siamo dalla stessa parte, distiamo mediamente 80 milioni di chilometri, ma visto che l’orbita di Marte è molto ellittica, a volte si avvicina a noi fino a 54,6 milioni di chilometri (in realtà questa distanza minima ci sarà nel 2287).

Noi siamo abituati a notare più il Sole e la Luna, per evidenti questioni di grandezza nel cielo, e vediamo che hanno un moto costante da est verso ovest. Il moto di Marte è uno dei più affascinanti. In primo luogo la sua “velocità” permette di vederlo muoversi tra le stelle fisse in pochi giorni e ciò è dovuto alla sua vicinanza alla Terra ed al suo periodo di rivoluzione di 686,98 giorni (quasi in doppio di quello della Terra).

Osservando Marte quando più si avvicina al nostro pianeta potremmo anche vedere il suo moto retrogrado particolarmente accentuato (rispetto a quello degli altri pianeti esterni). Il moto retrogrado di un pianeta è un semplice gioco di prospettive. Durante la sua rivoluzione Marte può trovarsi prima della Terra ma questa, essendo più veloce, lo supererà. Durante questa fase Marte, visto dalla Terra sembra rallentare il suo moto lungo l’eclittica, tornare indietro e quindi riprendere il suo moto “normale” attraverso gli astri (ovviamente il discorso è valido anche per gli altri pianeti).

Il secondo aspetto importante del moto di Marte è il suo lungo periodo sinodico (cioè il suo intervallo tra un’opposizione e la successiva) che può in media è di 780 giorni (può variare da 764 a 810 giorni), il più lungo in assoluto. Un pianeta esterno, si dice in opposizione quando si trova opposto al Sole rispetto alla Terra e cioè quando, nell’ordine, Sole, Terra e Pianeta (nel nostro caso Marte) si trovano allineati. Si parla di grande opposizione quando Marte è al perielio come avvenne il 28 agosto 2003 e come si verificherà nuovamente 15 anni dopo il 27 luglio 2018.

Marte, essendo più lontano della terra dal sole, riceve meno luce. È un pianeta piccolo, con un diametro di soli 6790 chilometri (poco più della metà di quello della terra) e ha un’atmosfera molto rarefatta, così che riflette una piccola parte della luce che riceve. Ha però un vantaggio in confronto a Venere. Quando Venere è nella posizione più vicina a noi, si trova tra noi e il sole, e ne vediamo solo il lato scuro. Marte, invece, quando ci è più vicino, si trova all’esterno, essendo più lontano dal sole, così che noi ne vediamo la parte illuminata (una sorta di “Marte pieno”), il che ne aumenta la luminosità. Nel momento di massima luminosità, è l’oggetto più splendente di tutti quelli che vediamo nel cielo, salvo il Sole, la Luna e Venere.

Nel 1580 l’astronomo olandese Tyge Brahe, in latino Thyco Brahe (1546-1601) iniziò ad osservare il moto di Marte (senza telescopio, che non era ancora stato inventato). Il suo assistente, l’astronomo e matematico tedesco Johannes von Kepler, da noi noto come Giovanni Keplero (1571-1630), continuò gli studi e giunse alla conclusione che il concetto di orbite circolari, credenza diffusa fino ad allora, andava abbandonato e nel 1609 dimostrò che i pianeti dovevano muoversi su orbite ellittiche. Eliocentrismo 2- Geocentrismo 0 e partita finita.

Dopo l’invenzione del telescopio, nel 1659, l’astronomo e fisico olandese Christiaan Huygens (1629-1695) riuscì a dimostrare che Marte ruotava sul proprio asse in poco più di 24 ore. Quasi come la Terra!

Non solo: nel 1781, l’astronomo e fisico britannico di origine tedesca Friedrich Wilhelm Herschel (1738-1822), dimostrò che l’asse di Marte era inclinato di 25,17 gradi rispetto alla verticale. Quasi come la Terra!

Pertanto Marte ha le stagioni, esattamente come noi (solo che lì durano di più, il doppio e sono più fredde). Marte ha anche un’atmosfera e delle calotte di ghiaccio ai poli. Quasi come la Terra!

E le somiglianze non finiscono qui…

La Terra, abbiamo detto, ha un satellite, la Luna. Nel 1877, l’astronomo statunitense Asaph Hall (1829-1907), mentre scrutava il cielo vicino Marte, decise di rinunciare a trovare un satellite del pianeta rosso (così detto a causa della sua caratteristica colorazione, tendente all’arancio, quando lo si osserva anche ad occhio nudo. Essa è dovuta alla grande quantità di ossido di ferro che ricopre la superficie della crosta, la cui composizione è fondamentalmente di basalto e silicio).

Sua moglie, la matematica Angelina Stickney, lo spinse a tentare un’ultima volta e la notte dell’11 agosto Asaph vide due minuscoli puntini prossimi a Marte, ai quali diede i nomi di Phobos e Deimos (dal greco Φόβος e Δεῖμος, cioè paura e terrore), che erano i figli di Marte nella mitologia greca.

Phobos, quello più interno, dista poco meno di 6mila chilometri dalla superficie marziana e compie il suo giro intorno a Marte in 7,65 ore, così che, essendo molto veloce, precede di continuo il moto del pianeta: cosa questa che lo fa sorgere ad ovest e tramontare ad est.

Deimos, invece, dista 20mila chilometri dalla superficie e compie la sua orbita in 30,3 ore.

La velocità dei due satelliti facilitò il calcolo della massa del pianeta (perché attraverso l’attrazione gravitazionale si può facilmente calcolare) e si scoprì che la massa di Marte è circa un decimo di quella terrestre e la gravità 3/8.

Ciò comporta che se io andassi su Marte peserei 33 chili, superando brillantemente la prova costume.

Se si conosce la dimensione e la massa di un pianeta, è possibile calcolarne la densità: Mercurio, Venere e la Terra hanno una densità rispettivamente 5,48, 5,25 e 5,52 volte quella dell’acqua, ciò ad indicare il fatto che al centro c’è un nucleo metallico; la Luna ha una densità che è 3,34 volte quella dell’acqua, quindi probabilmente il nucleo metallico non lo ha. Marte è una via di mezzo (densità 3,93) quindi dovrebbe avere un nucleo metallico molto piccolo.

 Ora su Marte abbiamo degli insediamenti umani, o meglio, robotici. Dagli anni sessanta sono state inviate verso il pianeta dozzine di sonde automatiche senza equipaggio, che includevano orbiter, lander e rover, per raccogliere dati e rispondere a domande sul pianeta rosso e il suo passato, che potrebbero portare a scoperte ulteriori per il passato, presente e futuro della Terra.

Ma all’inizio, con i soli telescopi, non era così facile. Marte, più lontano da noi 150 volte la distanza che ci separa dalla Luna, presentava qualche difficoltà. Nel 1877 Schiaparelli (di cui ho già parlato e che aveva stabilito l’accoppiamento gravitazionale Sole-Mercurio, poi rivelatosi non vero) disegnò una mappa di Marte e, notando che in alcune zone vi erano delle linee scure, li chiamò “canali”. in inglese il termine venne impropriamente tradotto con “canals” anziché con “channels”, generando equivoci, perché mentre il secondo termine è usato per indicare un fenomeno naturale, il primo indica il prodotto di un intervento umano.

La gente cominciò così a credere che non soltanto vi fosse su Marte vita intelligente, ma che questa potesse essere in possesso di una tecnologia più avanzata della nostra. I marziani potevano aver costruito i canali per trasportare l’acqua dalle calotte polari fino alle zone agricole delle regioni equatoriali, dal clima più mite.

Maunder (colui che aveva descritto per primo i minimi di Maunder, cioè i periodi di assenza delle macchie solari) riteneva che i canali di Lowell fossero illusioni ottiche. Nel 1913, scarabocchiò delle macchie irregolari all’interno di cerchi e poi collocò degli scolari a una distanza dai cerchi tale da rendere difficile scorgere con precisione ciò che essi contenevano. Chiese poi ai bambini di disegnare quello che avevano visto, ed essi tracciarono delle linee rette molto simili ai canali di Lowell.

Oggi sappiamo che Marte non ha un’atmosfera e che quei canali altro non erano che illusioni ottiche (sulle illusioni ottiche di Marte c’è una bibliografia sterminata): spesso, formazioni naturali sulla superficie marziana sono state interpretate da alcuni come manufatti artificiali, che avrebbero provato l’esistenza di una non meglio definita civiltà marziana.

Peccato, sembrava fosse quasi come la Terra…

Tra le altre cose, proprio negli ultimi tempi sembra che la Nasa abbia rinunciato (per questioni di budget) all’esplorazione umana di Marte. Spero almeno che possa accadere finché sarò vivo (ancora molti, molti anni…)

La prossima volta ci spingeremo ancora più lontano, verso i pianeti giganti gassosi.

12 pensieri su “Il sistema solare parte terza

  1. “L’orbita di Mercurio risulta essere ellittica solo in prima approssimazione, è infatti soggetta alla precessione del perielio” questa frase mi risulta un po’ fuorviante. Mi spiego meglio:
    – non capisco bene cosa tu voglia dire per “ellittica in prima approssimazione”
    – la precessione del perielio è prevista dalla legge di gravitazione di Newton. Quello che si notò in Mercurio era che la precessione è più veloce di quanto Newton affermasse..questo mise in difficoltà gli astronomi 🙂
    Comunque un altro bell’articolo! Ricco di dettagli storici.

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