Astronomia (Italiano)

Il fatto che ci sono due diversi tipi di pianeti rocciosi pianeti terrestri e il gas ricco di pianeti gioviani—ci porta a credere che si sono formati in condizioni diverse., Certamente le loro composizioni sono dominate da elementi diversi. Diamo un’occhiata a ogni tipo in modo più dettagliato.

I Pianeti Giganti

I due pianeti più grandi, Giove e Saturno, hanno quasi la stessa composizione chimica del Sole; sono composti principalmente dai due elementi idrogeno ed elio, con il 75% della loro massa di idrogeno e il 25% di elio. Sulla Terra, sia l’idrogeno che l’elio sono gas, quindi Giove e Saturno sono talvolta chiamati pianeti gassosi. Ma questo nome è fuorviante., Giove e Saturno sono così grandi che il gas viene compresso al loro interno fino a quando l’idrogeno diventa un liquido. Poiché la maggior parte di entrambi i pianeti è costituita da idrogeno compresso e liquefatto, dovremmo davvero chiamarli pianeti liquidi.

Figura 1: Giove. Questa immagine a colori di Giove è stata presa dalla sonda Cassini nel 2000. (credit: modification of work by NASA / JPL / University of Arizona)

Sotto la forza di gravità, gli elementi più pesanti affondano verso le parti interne di un pianeta liquido o gassoso., Sia Giove che Saturno, quindi, hanno nuclei composti da roccia più pesante, metallo e ghiaccio, ma non possiamo vedere direttamente queste regioni. Infatti, quando guardiamo dall’alto, tutto ciò che vediamo è l’atmosfera con le sue nuvole vorticose (Figura 1). Dobbiamo dedurre l’esistenza del nucleo più denso all’interno di questi pianeti dagli studi sulla gravità di ciascun pianeta.

Urano e Nettuno sono molto più piccoli di Giove e Saturno, ma ognuno ha anche un nucleo di roccia, metallo e ghiaccio., Urano e Nettuno erano meno efficienti nell’attrarre idrogeno ed elio, quindi hanno atmosfere molto più piccole in proporzione ai loro nuclei.

Chimicamente, ogni pianeta gigante è dominato dall’idrogeno e dai suoi numerosi composti. Quasi tutto l’ossigeno presente è combinato chimicamente con l’idrogeno per formare acqua (H2O). I chimici chiamano una tale composizione dominata dall’idrogeno ridotta. In tutto il sistema solare esterno, troviamo acqua abbondante (per lo più sotto forma di ghiaccio) e riducendo la chimica.

I pianeti terrestri

I pianeti terrestri sono molto diversi dai giganti., Oltre ad essere molto più piccoli, sono composti principalmente da rocce e metalli. Questi, a loro volta, sono fatti di elementi che sono meno comuni nell’universo nel suo insieme. Le rocce più abbondanti, chiamate silicati, sono fatte di silicio e ossigeno, e il metallo più comune è il ferro. Possiamo dire dalle loro densità (vedi Tabella 2 in Panoramica del nostro Sistema planetario) che Mercurio ha la maggior percentuale di metalli (che sono più densi) e la Luna ha la più bassa., Terra, Venere e Marte hanno tutti composizioni di massa approssimativamente simili: circa un terzo della loro massa è costituito da combinazioni ferro-nichel o ferro-zolfo; due terzi è costituito da silicati. Poiché questi pianeti sono in gran parte composti di composti di ossigeno (come i minerali di silicato delle loro croste), si dice che la loro chimica sia ossidata.

Quando osserviamo la struttura interna di ciascuno dei pianeti terrestri, scopriamo che i metalli più densi si trovano in un nucleo centrale, con i silicati più leggeri vicino alla superficie., Se questi pianeti fossero liquidi, come i pianeti giganti, potremmo capire questo effetto come il risultato dell’affondamento di elementi più pesanti a causa della forza di gravità. Questo ci porta a concludere che, sebbene i pianeti terrestri siano solidi oggi, un tempo dovevano essere abbastanza caldi da sciogliersi.

La differenziazione è il processo mediante il quale la gravità aiuta a separare l’interno di un pianeta in strati di diverse composizioni e densità. I metalli più pesanti affondano per formare un nucleo, mentre i minerali più leggeri galleggiano in superficie per formare una crosta., Più tardi, quando il pianeta si raffredda, questa struttura a strati viene preservata. Affinché un pianeta roccioso possa differenziarsi, deve essere riscaldato fino al punto di fusione delle rocce, che è tipicamente superiore a 1300 K.

Lune, Asteroidi e Comete

Chimicamente e strutturalmente, la Luna terrestre è come i pianeti terrestri, ma la maggior parte delle lune si trova nel sistema solare esterno, e hanno composizioni simili ai nuclei dei pianeti giganti attorno ai quali orbitano., Le tre lune più grandi—Ganimede e Callisto nel sistema gioviano e Titano nel sistema saturniano—sono composte per metà da acqua ghiacciata e per metà da rocce e metalli. La maggior parte di queste lune si è differenziata durante la formazione, e oggi hanno nuclei di roccia e metallo, con strati superiori e croste di ghiaccio molto freddo e—quindi molto duro—(Figura 2).

Figura 2: Ganimede. Questa vista della luna di Giove Ganimede è stata scattata nel giugno 1996 dalla sonda Galileo., Il colore grigio brunastro della superficie indica una miscela polverosa di materiale roccioso e ghiaccio. I punti luminosi sono luoghi in cui gli impatti recenti hanno scoperto ghiaccio fresco da sotto. (credit: modification of work by NASA / JPL)

La maggior parte degli asteroidi e delle comete, così come le lune più piccole, probabilmente non furono mai riscaldate fino al punto di fusione. Tuttavia, alcuni degli asteroidi più grandi, come Vesta, sembrano essere differenziati; altri sono frammenti di corpi differenziati., Poiché la maggior parte degli asteroidi e delle comete mantengono la loro composizione originale, rappresentano materiale relativamente non modificato risalente al tempo della formazione del sistema solare. In un certo senso, agiscono come fossili chimici, aiutandoci a conoscere molto tempo fa le cui tracce sono state cancellate su mondi più grandi.

Temperature: andare agli estremi

In generale, più un pianeta o una luna sono lontani dal Sole, più fredda è la sua superficie. I pianeti sono riscaldati dall’energia radiante del Sole, che si indebolisce con il quadrato della distanza., Sapete quanto rapidamente l’effetto di riscaldamento di un camino o di un riscaldatore radiante esterno diminuisce mentre vi allontanate da esso; lo stesso effetto si applica al Sole. Mercurio, il pianeta più vicino al Sole, ha una temperatura superficiale vescicante che varia da 280-430 °C sul suo lato illuminato dal sole, mentre la temperatura superficiale su Plutone è solo di circa -220 °C, più fredda dell’aria liquida.

Matematicamente, le temperature diminuiscono approssimativamente in proporzione alla radice quadrata della distanza dal Sole., Plutone è circa 30 UA al suo più vicino al Sole (o 100 volte la distanza di Mercurio) e circa 49 UA al suo più lontano dal Sole. Quindi, la temperatura di Plutone è inferiore a quella di Mercurio dalla radice quadrata di 100, o un fattore di 10: da 500 K a 50 K.

Oltre alla sua distanza dal Sole, la temperatura superficiale di un pianeta può essere influenzata fortemente dalla sua atmosfera. Senza il nostro isolamento atmosferico (l’effetto serra, che mantiene il calore), gli oceani della Terra sarebbero permanentemente congelati., Al contrario, se Marte una volta avesse avuto un’atmosfera più grande in passato, avrebbe potuto sostenere un clima più temperato di quello che ha oggi. Venere è un esempio ancora più estremo, dove la sua spessa atmosfera di anidride carbonica funge da isolamento, riducendo la fuoriuscita di calore accumulato in superficie, con conseguente temperature superiori a quelle su Mercurio. Oggi, la Terra è l’unico pianeta in cui le temperature superficiali si trovano generalmente tra i punti di congelamento e di ebollizione dell’acqua. Per quanto ne sappiamo, la Terra è l’unico pianeta a sostenere la vita.,

Attività geologica

Le croste di tutti i pianeti terrestri, così come delle lune più grandi, sono state modificate nel corso della loro storia da forze sia interne che esterne., Esternamente, ciascuno è stato martoriato da una lenta pioggia di proiettili dallo spazio, lasciando le loro superfici intascate da crateri da impatto di tutte le dimensioni (vedi Figura 3 nella panoramica del nostro Sistema planetario). Abbiamo buone prove che questo bombardamento è stato di gran lunga maggiore nella storia antica del sistema solare, ma certamente continua fino ad oggi, anche se ad un tasso inferiore. La collisione di più di 20 grandi pezzi di Cometa Shoemaker–Levy 9 con Giove nell’estate del 1994 (vedi Figura 3) è un esempio drammatico di questo processo.,

Figura 3: Cometa Shoemaker–Levy 9. In questa immagine della cometa Shoemaker-Levy 9 scattata il 17 maggio 1994 dal telescopio spaziale Hubble della NASA, puoi vedere circa 20 frammenti ghiacciati in cui la cometa si è rotta. La cometa si trovava a circa 660 milioni di chilometri dalla Terra, in rotta di collisione con Giove. (credit: modification of work by NASA, ESA, H. Weaver (STScl), E. Smith (STScl))

La figura 4 mostra le conseguenze di queste collisioni, quando nubi di detriti più grandi della Terra potevano essere viste nell’atmosfera di Giove.,

Figura 4: Giove con enormi nuvole di polvere. Il telescopio spaziale Hubble ha preso questa sequenza di immagini di Giove nell’estate del 1994, quando frammenti di Cometa Shoemaker–Levy 9 in collisione con il pianeta gigante. Qui vediamo il sito colpito dal frammento G, da cinque minuti a cinque giorni dopo l’impatto. Molte delle nubi di polvere generate dalle collisioni divennero più grandi della Terra. (credito: modifica del lavoro di H., Hammel, NASA)

Durante il tempo in cui tutti i pianeti sono stati soggetti a tali impatti, le forze interne sui pianeti terrestri hanno ceduto e attorcigliato le loro croste, costruito catene montuose, eruttato come vulcani e in generale rimodellato le superfici in quella che chiamiamo attività geologica. (Il prefisso geo significa “Terra”, quindi questo è un po ‘un termine” Terra-sciovinista”, ma è così ampiamente usato che ci inchiniamo alla tradizione.,) Tra i pianeti terrestri, la Terra e Venere hanno sperimentato la maggior attività geologica nel corso della loro storia, anche se alcune delle lune nel sistema solare esterno sono anche sorprendentemente attive. Al contrario, la nostra Luna è un mondo morto in cui l’attività geologica è cessata miliardi di anni fa.

L’attività geologica su un pianeta è il risultato di un interno caldo. Le forze del vulcanismo e della costruzione di montagne sono guidate dal calore che fuoriesce dagli interni dei pianeti., Come vedremo, ciascuno dei pianeti è stato riscaldato al momento della sua nascita, e questo calore primordiale inizialmente alimentato vasta attività vulcanica, anche sulla nostra Luna. Ma, piccoli oggetti come la Luna presto raffreddato. Più grande è il pianeta o la luna, più a lungo mantiene il suo calore interno, e quindi più ci aspettiamo di vedere prove superficiali di continua attività geologica. L’effetto è simile alla nostra esperienza con una patata al forno calda: più grande è la patata, più lentamente si raffredda. Se vogliamo che una patata si raffreddi rapidamente, la tagliamo a pezzetti.,

Per la maggior parte, la storia dell’attività vulcanica sui pianeti terrestri è conforme alle previsioni di questa semplice teoria. La Luna, il più piccolo di questi oggetti, è un mondo geologicamente morto. Anche se sappiamo meno di Mercurio, sembra probabile che anche questo pianeta abbia cessato la maggior parte dell’attività vulcanica nello stesso periodo della Luna. Marte rappresenta un caso intermedio. È stato molto più attivo della Luna, ma meno della Terra. La Terra e Venere, i più grandi pianeti terrestri, hanno ancora oggi interni fusi, circa 4,5 miliardi di anni dopo la loro nascita.,

Glossario

differenziazione: separazione gravitazionale di materiali di diversa densità in strati all’interno di un pianeta o di una luna