Astronomia
Lezione 8/10/2015
Docente: Alessandro Melchiorri
e.mail: alessandro.melchiorri@roma1.infn.it
Sito web per le slides delle lezioni:
oberon.roma1.infn.it/alessandro/astro2015
Libri di testo consigliati:
●
Universe, R. Freedman, w. Kaufmann, W.H.Freeman and Co., New York
●
An introduction to modern astrophysics, B. W. Carroll, D. A. Ostlie, Addison Wesley
Astronomia
Lezione 8/10/2015
Perche’ studiare Astronomia ?
Pale Blue Dot (in italiano pallido punto
blu o pallido puntino azzurro) è una fotografia della Terra scattata nel 1990 dalla sonda Voyager 1, quando si trovava a sei miliardi di chilometri di distanza. L'idea di girare la fotocamera della sonda e scattare una foto della Terra dai confini
del sistema solare è stata dell‘astronomo e divulgatore scientifico Carl Sagan.
«L’astronomia è un'esperienza di umiltà e che forma il carattere. Non c'è forse migliore
dimostrazione della follia delle vanità umane che questa distante immagine del nostro
minuscolo mondo. Per me, sottolinea la nostra responsabilità di occuparci più gentilmente l'uno dell'altro, e di preservare e proteggere il pallido punto blu, l'unica casa che abbiamo mai conosciuto. »
Perche’ studiare Astronomia ?
Articoli scientifici negli ultimi 20 anni: l’astronomia/astrofisica e’ oggi tra le scienze fisiche più vitali.
Perche’ studiare Astronomia ?
• Scoperta di pianeti extrasolari (1996)
• Altri «pianeti» nel sistema solare (fascia di Kuiper) 2003UB313. Downgrading di Plutone.
• Le missioni spaziali quali Spirit e Opportunity, Curiosity hanno confermato l’esistenza nel passato di acqua su Marte. Altre missioni su Titano, comete, asteroidi.
• Progressi nello studio della formazione delle galassie (molte, se non la maggior parte, delle galassie hanno al loro centro un o piu’ buchi neri).
• Scoperta della radiazione di fondo cosmico, immagine dell’ universo primordiale (Premio Nobel in Fisica nel 1977) e scoperta di strutture in essa (Premio Nobel in Fisica nel 2006).
• Universo delle altissime energie (Raggi Cosmici, X, Premio Nobel in Fisica nel 2002)
• Pulsars, onde gravitazionali (Premio Nobel in Fisica nel 1993).
• Una forma di energia sconosciuta «energia oscura» sembra dominare la dinamica del nostro universo (Premio Nobel in Fisica nel 2011).
• Prima missione su Plutone (New Horizons)
• ….
Perche’ studiare Astronomia ?
Negli ultimi anni si sono avute diverse nuove scoperte fondamentali !
Pianeti del Sistema Solare
Le orbite dei pianeti
Orbite dei pianeti
Tutti i pianeti orbitano nello stesso senso intorno al Sole.
Se guardiamo il sistema solare dall’alto in modo che il moto sia in senso antiorario,
quasi tutti ruotano sul loro asse in senso antiorario tranne Venere e Urano (moto retrogrado).
Dati Fisici dei Pianeti
Pianeti Terrestri
La Terra
Campo Magnetico Terrestre
Le Aurore
L’ atmosfera terrestre
La Luna
La formazione della Luna
Pianeti Inferiori: Mercurio e Venere
Mercurio e Venere orbitano più vicini al Sole rispetto alla Terra. Per questo li vediamo spesso al mattino o alla sera (si trovano vicino al Sole).
Venere è detta anche stella del mattino.
Mercurio
Orbita di Mercurio e Periodo di Rotazione
Mercurio impiega un tempo per ruotare su sé stesso pari a 2/3 del tempo impiegato
ad un’orbita attorno al Sole. Questo è dovuto al fatto che: a) Mercurio non è perfettamente Sferico, b) l’orbita è molto ellittica. Fino al 1960 si pensava che la rotazione fosse
perfettamente sincrona, invece no. Questo fa si che la differenza di temperatura tra zona Illuminata e non illuminata sia meno grande di quanto si pensasse.
Immagine di un lato di Mercurio dalla sonda Mariner 10, l’altra faccia non e’ ancora conosciuta così bene.
La superficie di Mercurio
Presenta dei crateri molto simili a quelli della Luna !
Questi crateri si sono formati molto tempo fa (circa 4 miliardi di anni fa) quando il sistema solare era
popolato da meteoriti.
Ci sono anche pianure prodotte da lava emessa da vulcani poco dopo il periodo delle meteoriti (3.8 miliardi di anni fa).
C’e’ però meno ferro rispetto alle pianure sulla luna e quindi queste zone sono meno scure.
Crateri su Mercurio
Increspature su Mercurio
Dovute molto probabilmente al raffreddamento di Mercurio. La crosta appare come spaccata in alcuni punti.
I Crateri
I crateri da impatto sulla terra
Venere
Effetto Serra
Immagine del suolo di Venere
Mappa di Venere
Ci sono dei crateri ma sono distribuiti in maniera casuale: piu’ o meno la superficie di Venere ha la stessa età. Questo perché la crosta di Venere e’ molto piu’ sottile di quella della Terra.
Non vi è una tettonica a placche come sulla Terra ma un movimento della superficie in piu’
zone.
Superficie di Venere
In pratica:
- Non abbiamo catene montagnose come sulla terra (tettonica a placche).
(tipo le ande…etc)
- Non abbiamo molti crateri come sulla Luna o Mercurio perché la superficie si muove lo stesso e cancella i crateri.
Un esempio e’ il cratere nella zona
di Beta Regio che e’ mezzo cancellato da una faglia.
Vulcani su Venere
La superficie di Venere è rovente e per la maggior parte di orgine vulcanica.
Anche se i vulcani sono quasi tutti spenti c’e’ evidenza per una attività vulcanica attuale.
Marte
I «canali» di Marte
Nel 1877 l’astronomo italiano Giovanni Schiaparelli annunciò la scoperta di canali su marte.Questi indicavano la presenza di vita sul pianeta.
Il miliardario Percival Lowell fece costruire un Telescopio enorme a Flagstaff in Arizona
per osservare questi canali e confermò le misure di Schiaparelli.
Purtroppo queste osservazioni si rivelarono Erronee ma stimolarono le osservazioni di Marte e molta letteratura fantascientifica.
(La guerra dei mondi e altri romanzi nascono tutti da queste osservazioni di Schiaparelli)
Superficie di Marte
La superficie di Marte è in realtà priva di canali ma ha zone di colore diverso (che furono scambiate per canali. In alcune zone ci sono molti crateri da impatto. Queste zone sono le più antiche perché la maggior parte degli impatti e’ avvenuta 4 miliardi di anni fa.
Tempeste di Sabbia su Marte
I crateri su Marte si sono visti solo recentemente. Anche con l’Hubble Space Telescope è Difficile vederli. Il motivo sono le tempeste di sabbia che alle volte oscurano
la superficie dell’intero pianeta.
Superficie di Marte
La superficie di Marte è in realtà priva di canali ma ha zone di colore diverso (che furono scambiate per canali. In alcune zone ci sono molti crateri da impatto. Queste zone sono le più antiche perché la maggior parte degli impatti e’ avvenuta 4 miliardi di anni fa.
Superficie di Marte
La superficie di Marte è in realtà priva di canali ma ha zone di colore diverso (che furono scambiate per canali. In alcune zone ci sono molti crateri da impatto. Queste zone sono le più antiche perché la maggior parte degli impatti e’ avvenuta 4 miliardi di anni fa.
Vulcani su Marte
Anche su Marte ci sono Vulcani.
Sono tutti spenti.
La presenza di crateri nelle loro vicinanze indica che sono molto antichi.
Quindi Marte si è raffreddato prima di Venere e ha una crosta molto più spessa.
Il monte Olimpo
Stagioni su Marte
Ai poli può fare sufficientemente freddo da far ghiacciare l’anidride Carbonica.
Durante l’inverno si può presentare una neve di ghiaccio secco,
Diavoli della sabbia su Marte
Su Marte si formano delle piccole trombe d’aria chiamate diavoli della sabbia.
Questi fenomeni sono comuni sulla Terra (ad esempio in Arizona).
Questi diavoli sono tornati molto utili alle sonde spirit e opportunity
perché hanno ripulito i loro pannelli solari e hanno permesso una durata della missione molto più lunga.
Sonde su Marte
Al momento ci sono arrivati 4 rover: Pathfinder (1997), Spirit e Opportunity (2004), Curiosity (2012).
Tramonto del sole su Marte visto da Spirit (2005)
Panorama Marziano visto dalla sonda Opportunity (in funzione da 11 anni su Marte!)
Nuovi risultati
su Marte provengono dalla
sonda Curiosity atterata su marte nell'Agosto 2012.
C’era Acqua (liquida) su Marte ?
Nella zona dove è
atterrato Spirit ci sono rocce con di sali Solfati.
Queste però contengono olivina.
Non ci puo’ essere stata acqua perché questa si distrugge al suo contatto.
Viceversa Opportunity ha trovato zone
con rocce di sedimentazione.
Qui l’acqua in passato c’era.
Acqua su Marte
Sotto forma di ghiaccio c'e' un grande quantitativo di acqua su Marte (almeno al polo nord). Nella mappa viene rappresentata la percentuale di acqua nel primo metro di superficie di Marte.
Acqua su Marte
Nel 2011 un laureando nepalese ha scoperto guardando le
immagini del Mars Reconnaissance Orbiter un cambiamento stagionale in quelli che sembrano essere
dei rivoli d'acqua liquida.
Pochi giorni fa un'analisi spettroscopica di questi rivoli sembra aver confermato la presenza di acqua liquida
evidenziando una corrispondenza tra la presenza delle strisce
e sali perclorati.
Asteroidi: fascia principale
La fascia principale degli asteroidi è la regione del sistema solare situata
grossomodo tra le orbite di Marte e di Giove. È occupata da numerosi corpi di forma irregolare chiamati asteroidi o pianeti minori. Circa metà della massa della fascia è contenuta nei quattro asteroidi più grandi, Cerere, Vesta, Pallade, e Igea. Questi
hanno diametri medi di oltre 400 km, mentre Cerere, l'unico pianeta nano della fascia, di circa 950 km. I restanti corpi hanno
dimensioni più ridotte, fino a quelle di un granello di polvere. Il materiale asteroidale è distribuito in modo estremamente diradato;
numerosi veicoli spaziali senza equipaggio l'hanno attraversato senza incidenti.
La fascia degli asteroidi si è formata dalla nebulosa solare primordiale come
aggregazione di planetesimi, che a loro volta hanno formato i protopianeti. Tra Marte e Giove, tuttavia, le perturbazioni gravitazionali causate da Giove avevano dotato i
protopianeti di troppa energia orbitale perché potessero accrescersi in pianeti. Le collisioni diventarono troppo violente, così, invece di aggregarsi, i planetesimi e la
maggior parte dei protopianeti si frantumarono. Di conseguenza, il 99,9% della massa iniziale della fascia degli asteroidi andò persa nei primi 100 milioni di anni di vita del Sistema Solare.
Lacune di Kirkwood
Il semiasse maggiore di un asteroide è usato per descrivere la sua orbita attorno al Sole, e il suo valore determina il periodo orbitale del pianeta minore. Nel 1866, Daniel Kirkwood annunciò la scoperta di lacune nelle distanze delle orbite di questi corpi dal Sole. Esse erano situate in posizioni nelle quali il loro periodo di rivoluzione attorno al Sole era una frazione intera del periodo orbitale di Giove. Kirkwood propose l'ipotesi che le
perturbazioni gravitazionali del pianeta causavano l'allontanamento degli asteroidi da queste orbite.
Missione DAWN (Cerere e Vesta)
La missione DAWN, lanciata il 27/9/2007, e’ la prima missione ad orbitare intorno a due
planetoidi nella fascia degli asteroidi: Cerere e Vesta.
L’idea e’ quella di capire la formazione del sistema Solare, Vesta e Cerere sono molto diversi.
DAWN ha gia’ orbitato lungo Vesta scattando delle Fotografie impressionanti a circa 5000 Km di distanza.
Ha lasciato l’orbita di Vesta nel Settembre 2012 e È arrivata su Cerere nel Febbraio 2015.
Vesta vista da DAWN
Vesta e’
l’asteroide piu’ luminoso (si puo’ vedere ad occhio nudo).
La sua superficie e’ piu’ o meno quella del Pakistan.
DAWN ha Scoperto un enorme cratere nel polo sud
A cui e’ stato dato Il nome di
Rheasilvia.
Il periodo di
rotazione e’ circa 5 ore.
Cerere vista da DAWN
Una piramide su Cerere
(5 km di altezza 9 km di base).
I Pianeti Gioviani
Giove
Atmosfera Gioviana
Le fasce brune e chiare sono nuvole dell’atmosfera gioviana trascinate dalla sua rotazione veloce.
Zone equatoriali ruotano più velocemente delle zone polari.
Non si sa bene perché alcune siano
chiare e altre meno (chiare piu’ profonde e più calde, scure meno profonde).
Sono evidenti delle regioni in cui hanno luogo delle tempeste.
La zona rossa di Giove e’ una tempesta che dura da secoli.
Altre si formano di continuo.
Campo Magnetico di Giove
Giove ha un fortissimo campo magnetico.
Questo crea una magnetosfera che intrappola Le particelle cariche e le fa emettere una
Radiazione di sincrotrone.
Sono evidenti anche le aurore.
Il campo magnetico è generato dalla
Rotazione di idrogeno ed Elio metallici all’interno.
Le lune di Giove
Io
Si presenta roccioso con una elevatissima attività vulcanica.
Le eruzioni su Io Sembrano piu’
A dei geyser che A delle esplosioni Vere e proprie.
Il materiale rilasciato e’ zolfo probabilmente.
Ci sono zone bianche di anidride solforosa.
Non c’e’ acqua su Io.
L’attività vulcanica è data dai moti mareali con Giove e forse dall’interazione con il suo campo magnetico.
Europa
Anche se principalmente roccioso Europa e’ ricoperto di uno strato molto liscio di acqua ghiacciata.
