AstronomiaLezione 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

AstronomiaLezione 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 vediamospesso 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 impiegatoad un’orbita attorno al Sole. Questo è dovuto al fatto che: a) Mercurio non è perfettamenteSferico, 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 zonaIlluminata 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 conosciutacosì bene.

La superficie di Mercurio Presenta dei crateri molto similia quelli della Luna !

Questi crateri si sono formati moltotempo fa (circa 4 miliardi di anni fa)quando il sistema solare era popolato da meteoriti.

Ci sono anche pianure prodotteda lava emessa da vulcani pocodopo il periodo delle meteoriti(3.8 miliardi di anni fa).

C’e’ però meno ferro rispetto allepianure sulla luna e quindi questezone sono meno scure.

Crateri su Mercurio

Increspature su Mercurio

Dovute molto probabilmente al raffreddamento di Mercurio. La crosta appare comespaccata 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 Venereha 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 VenereIn pratica:

- Non abbiamo catene montagnosecome sulla terra (tettonica a placche).(tipo le ande…etc)

- Non abbiamo molti crateri come sullaLuna o Mercurio perché la superficiesi muove lo stesso e cancella i crateri.Un esempio e’ il cratere nella zonadi Beta Regio che e’ mezzo cancellato dauna 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 vitasul pianeta.

Il miliardario Percival Lowell fece costruire un Telescopio enorme a Flagstaff in Arizonaper osservare questi canali e confermòle misure di Schiaparelli.

Purtroppo queste osservazioni si rivelaronoErronee ma stimolarono le osservazioni diMarte e molta letteratura fantascientifica.

(La guerra dei mondi e altri romanzi nascono tutti da queste osservazioni diSchiaparelli)

Superficie di Marte

La superficie di Marte è in realtà priva di canali ma ha zone di colore diverso (che furonoscambiate per canali. In alcune zone ci sono molti crateri da impatto. Queste zone sonole 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 èDifficile 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 furonoscambiate per canali. In alcune zone ci sono molti crateri da impatto. Queste zone sonole 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 furonoscambiate per canali. In alcune zone ci sono molti crateri da impatto. Queste zone sonole più antiche perché la maggior parte degli impatti e’ avvenuta 4 miliardi di anni fa.

Vulcani su MarteAnche su Marte ci sono Vulcani.Sono tutti spenti.

La presenza di crateri nelle lorovicinanze indica che sono moltoantichi.

Quindi Marte si è raffreddato primadi Venere e ha una crosta molto piùspessa.

Il monte Olimpo

Stagioni su Marte

Ai poli può fare sufficientementefreddo da far ghiacciare l’anidrideCarbonica.

Durante l’inverno si può presentareuna neve di ghiaccio secco,

Diavoli della sabbia su MarteSu Marte si formano delle piccoletrombe d’aria chiamate diavoli dellasabbia.Questi fenomeni sono comuni sullaTerra (ad esempio in Arizona).

Questi diavoli sono tornati molto utilialle sonde spirit e opportunityperché hanno ripulito i loro pannellisolari e hanno permesso una duratadella 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 risultatisu Marte provengonodallasonda Curiosityatterata su marte nell'Agosto 2012.

C’era Acqua (liquida) su Marte ?Nella zona dove èatterrato Spirit ci sonorocce con di sali Solfati.Queste però contengonoolivina.Non ci puo’ essere stataacqua perché questa sidistrugge al suo contatto.

Viceversa Opportunityha trovato zonecon rocce di sedimentazione.Qui l’acqua in passatoc’era.

Acqua su Marte

Sotto forma di ghiaccio c'e' un grande quantitativo di acqua su Marte (almenoal polo nord). Nella mappa viene rappresentata la percentuale di acqua nelprimo metro di superficie di Marte.

Acqua su Marte

Nel 2011 un laureando nepaleseha scoperto guardando leimmagini del Mars ReconnaissanceOrbiter un cambiamento stagionalein quelli che sembrano esseredei rivoli d'acqua liquida.

Pochi giorni fa un'analisi spettroscopicadi questi rivoli sembra aver confermatola presenza di acqua liquidaevidenziando una corrispondenzatra la presenza delle striscee sali perclorati.

Asteroidi: fascia principaleLa 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’ laprima missione ad orbitare intorno a due planetoidi nella fascia degli asteroidi: Cerere e Vesta.L’idea e’ quella di capire la formazione del sistemaSolare, Vesta e Cerere sono molto diversi.

DAWN ha gia’ orbitato lungo Vesta scattando delleFotografie impressionanti a circa 5000 Km di distanza. Ha lasciato l’orbita di Vesta nel Settembre 2012 eÈ arrivata su Cerere nel Febbraio 2015.

Vesta vista da DAWN

Vesta e’l’asteroidepiu’ luminoso(si puo’ vederead occhio nudo).La sua superficiee’ piu’ o meno quella del Pakistan.DAWN haScoperto unenorme craterenel polo sudA cui e’ stato dato Il nome di Rheasilvia.Il periodo di rotazione e’ circa 5 ore.

Cerere vista da DAWN

Una piramidesu Cerere(5 km di altezza9 km di base).

I Pianeti Gioviani

Giove

Atmosfera GiovianaLe fasce brune e chiare sono nuvoledell’atmosfera gioviana trascinatedalla sua rotazione veloce.Zone equatoriali ruotano più velocemente delle zone polari.

Non si sa bene perché alcune sianochiare e altre meno (chiare piu’ profondee più calde, scure meno profonde).Sono evidenti delle regioni in cui hannoluogo delle tempeste.La zona rossa di Giove e’ una tempestache dura da secoli. Altre si formano di continuo.

Campo Magnetico di GioveGiove ha un fortissimo campo magnetico.Questo crea una magnetosfera che intrappolaLe particelle cariche e le fa emettere unaRadiazione di sincrotrone.Sono evidenti anche le aurore.Il campo magnetico è generato dallaRotazione di idrogeno ed Elio metallici all’interno.

Le lune di Giove

Io

Si presenta roccioso con una elevatissima attività vulcanica.

Le eruzioni su IoSembrano piu’A dei geyser cheA delle esplosioniVere e proprie.

Il materiale rilasciatoe’ zolfo probabilmente.

Ci sono zone bianchedi anidride solforosa.

Non c’e’ acqua su Io.

L’attività vulcanica èdata dai moti marealicon Giove e forsedall’interazione con ilsuo campo magnetico.

Europa

Anche se principalmente roccioso Europa e’ ricoperto di uno strato molto liscio diacqua ghiacciata.