1.

Introduzione

Sistema solare Insieme dei corpi celesti costituito dal Sole e dagli oggetti che orbitano intorno a esso: otto pianeti con relativi satelliti, migliaia di asteroidi e un numero imprecisato di comete. Lo spazio in cui orbitano questi corpi è pervaso da materia interplanetaria, costituita prevalentemente da polveri finissime e gas estremamente rarefatti.

Fino al 1992 il sistema solare era l’unico sistema planetario di cui si conoscesse l’esistenza; in quell’anno, poi, fu individuato il primo pianeta orbitante intorno a una stella diversa dal Sole, la pulsar PSR 1257 +12, nella costellazione della Vergine. Da allora sono stati individuati diversi altri pianeti extrasolari, e un probabile sistema planetario in via di formazione intorno alla stella Beta Pictoris.

2.

Il Sole

Il Sole è una stella di dimensioni e luminosità medie. L’energia da esso irraggiata ha origine nel nucleo centrale, nel quale sussistono condizioni di temperatura e pressione tali da alimentare reazioni di fusione nucleare che consistono nella formazione di nuclei di elio a partire da nuclei di idrogeno. Per quanto questo processo porti alla conversione di ben 600 milioni di tonnellate di idrogeno al secondo, la massa del Sole (2×10²⁷ tonnellate) è tale da garantire che l’astro continui a splendere per altri cinque miliardi di anni circa.

Il Sole è una stella molto attiva. Sulla sua superficie si formano, con un ciclo della periodicità di 11 anni, regioni relativamente scure denominate macchie solari, cui sono associati intensi campi magnetici. Tali strutture non interessano tutta la superficie solare, ma compaiono solo a latitudini comprese tra i 40° N e i 40° S. Correlate alle macchie solari sono improvvise emissioni di energia e di particelle elettricamente cariche (brillamenti). Il Sole emette inoltre un flusso continuo di particelle cariche, che si propaga in tutto il sistema planetario. Questo flusso, il vento solare, è molto intenso e condiziona la forma e l’orientazione delle code ionizzate delle comete.

3.

I pianeti maggiori

I pianeti del sistema solare, in orbita ellittica intorno al Sole, sono otto: Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano, Nettuno. Plutone, considerato sin dalla sua scoperta il nono e ultimo pianeta del nostro sistema planetario, nel 2006 è stato ridefinito “pianeta nano” dall’International Astronomical Union, al pari di corpi minori quali Cerere e Xena.

Gli otto pianeti maggiori vengono divisi in due gruppi: quello dei pianeti interni (Mercurio, Venere, Terra, Marte) e quello dei pianeti esterni (Giove, Saturno, Urano, Nettuno). I primi sono piccoli e composti essenzialmente da rocce e metalli, i secondi hanno dimensioni assai maggiori e sono composti principalmente da gas.

La superficie di Mercurio presenta numerosi crateri generati dall’impatto di meteoriti. Il pianeta, circondato da un’atmosfera molto sottile, ha un’alta densità dovuta probabilmente alla grande massa ferrosa che ne costituisce il nucleo.

Venere è avvolto da un’atmosfera di anidride carbonica 90 volte più densa di quella terrestre; ciò provoca un intenso effetto serra e un conseguente surriscaldamento della superficie, che supera i 450 °C di temperatura.

La Terra è l’unico pianeta su cui, a quanto si sa, siano presenti acqua allo stato liquido e forme di vita. Esistono indizi della presenza di acqua in epoche passate anche su Marte; quel pianeta è oggi circondato da un’atmosfera molto tenue, che rende la superficie arida e fredda, con grandi calotte polari di ghiaccio secco (anidride carbonica allo stato solido).

Giove è il pianeta più grande del sistema solare; è avvolto da caratteristiche nubi dai colori pastello e da un’atmosfera di idrogeno ed elio; l’immensa magnetosfera, gli anelli e i numerosi satelliti ne fanno una sorta di sistema planetario a se stante.

L’altro grande pianeta del sistema, Saturno, è circondato, come Giove, da un sistema di anelli e satelliti. Urano e Nettuno contengono minori quantità di idrogeno rispetto ai due pianeti giganti; Urano, in particolare, ruota intorno a un asse che giace quasi sul piano dell’orbita.

4.

Altri corpi del sistema solare

Oltre ai pianeti, fanno parte del sistema solare anche gli asteroidi (o pianetini), i meteoroidi e le comete. Gli asteroidi sono corpi rocciosi che si trovano per la maggior parte in un’ampia fascia compresa tra le orbite di Marte e Giove. Sono migliaia e le loro dimensioni variano dai 1000 km del diametro di Cerere, a quelle di microscopici grani di polvere. Le meteoriti sono frammenti rocciosi che si separano da asteroidi e da meteoroidi e vanno a ricadere su corpi più grandi: pianeti, satelliti e il Sole stesso. Alcune di esse, con l’ingresso nell’atmosfera terrestre, si disintegrano per effetto dell’attrito, lasciando una scia luminosa e dando origine al fenomeno delle meteore.

Studi di laboratorio sulle meteoriti hanno permesso di ricavare molte informazioni sullo stato primordiale del sistema solare. Le superfici di Mercurio, di Marte e di molti satelliti (tra cui la Luna) mostrano gli effetti di un intenso bombardamento di meteoriti avvenuto agli inizi dell’evoluzione del sistema solare. Sulla Terra i segni dell’impatto di meteoriti sono stati in gran parte cancellati dall’erosione.

Le comete sono aggregati di polveri rocciose, ammoniaca, monossido di carbonio e anidride carbonica, di diametro compreso tra i 5 e 10 km. Descrivono orbite ellittiche molto eccentriche intorno al Sole; quando vi si avvicinano, per effetto della radiazione emessa dalla stella, i gas evaporano e formano intorno al nucleo cometario spettacolari chiome e code. La cometa più famosa è quella di Halley, che transita periodicamente nel sistema solare interno a intervalli di 76 anni circa; il suo passaggio più recente risale al 1986.

Nel luglio del 1994 frammenti della cometa Shoemaker-Levy 9 hanno attraversato l’atmosfera di Giove a una velocità di circa 210.000 km/h; nel transito, l’enorme energia cinetica dei frammenti si è convertita in calore, lasciando segni visibili nelle nubi del pianeta. Anche le superfici dei satelliti ghiacciati dei pianeti esterni sono segnate dall’impatto con nuclei di comete. Chirone, un oggetto che orbita tra Saturno e Urano e che si riteneva un asteroide, sembra in realtà essere un grande nucleo cometario non più attivo. Parimenti, alcuni asteroidi che attraversano l’orbita della Terra potrebbero essere il residuo roccioso di comete estinte.

Plutone è considerato oggi un pianeta nano. Ha un diametro relativamente piccolo (2390 km), un’orbita ellittica molto eccentrica e una composizione che non ricorda né i pianeti rocciosi come la Terra, né quelli gassosi come Giove e Saturno: è infatti costituito essenzialmente da ghiacci.

5.

Movimento dei pianeti e dei satelliti

Tranne Venere e Urano, che ruotano in senso orario, tutti i pianeti ruotano intorno al proprio asse e orbitano attorno al Sole in senso antiorario. L’intero sistema è situato approssimativamente su un unico piano; solo Mercurio (e Plutone) ha un’orbita molto inclinata rispetto a questo piano.

I sistemi di satelliti hanno un comportamento che rispecchia quello dei pianeti di appartenenza. Alcuni satelliti di Giove, Saturno e Nettuno descrivono orbite retrograde; altri satelliti hanno orbite fortemente ellittiche. Nell’orbita di Giove, inoltre, due gruppi di asteroidi, detti Troiani, precedono e seguono il pianeta di circa 60°; lo stesso fenomeno si verifica per alcuni piccoli corpi in orbita intorno a Saturno.

6.

Origine del sistema solare

Le prime teorie cosmologiche sull’origine del sistema solare risalgono a tempi antichissimi. In epoca moderna, il filosofo Immanuel Kant (Storia universale della natura e teoria del cielo, 1755) e il fisico e matematico francese Pierre-Simon de Laplace (Esposizione del sistema del mondo, 1796) formularono un’ipotesi secondo la quale il sistema solare si sarebbe formato da una nube di gas, dalla quale si sarebbero originati una serie di anelli e, successivamente, i pianeti.

Dubbi circa la stabilità degli anelli condussero gli scienziati a considerare altre ipotesi, come quella dell’impatto del Sole con un’altra stella. Ma anche quest’idea fu abbandonata quando si provò che tali incontri sono estremamente rari e, soprattutto, che i gas caldi tendono a dissiparsi, piuttosto che a condensare, rendendo impossibile la formazione dei pianeti.

Le teorie attualmente più accreditate fanno coincidere cronologicamente la formazione del sistema solare con quella del Sole, avvenuta circa 4,7 miliardi di anni fa. La frammentazione e il collasso gravitazionale di una nube di gas e polveri, innescati forse dall’esplosione di una supernova vicina, potrebbero aver portato alla formazione di una nebulosa solare primordiale (tracce di isotopi anomali, che rivelerebbero l’esplosione di una supernova prima della formazione del Sole, sono state rinvenute in alcuni meteoriti). Il Sole si sarebbe poi formato nella regione centrale, più densa, della nube. Quindi sarebbero venuti i pianeti interni e, successivamente – a maggiori distanze dal centro della nebulosa – i gas, condensando, avrebbero raggiunto lo stato nel quale oggi si trovano su Giove e nelle regioni più esterne del sistema solare.

L’ipotesi che considera la formazione di stelle e pianeti come contemporanea, già molto affascinante in sé, confermerebbe inoltre l’esistenza di sistemi di corpi celesti analoghi al nostro sistema solare.