Prima di iniziare a parlare del sistema solare occorre studiare l'universo e la sua nascita da cui poi hanno avuto origine tutti i sistemi del cosmo in particolare il sistema solare(che tratteremo in modo particolare qui di seguito). L'universo è l'insieme di tutta la materia e l'energia esistenti dello spazio che le contiene. La sua origine e la sua evoluzione sono oggetto di studio della cosmologia. La più antica idea di universo si ha con la scuola pitagorica (Filolao e Aristarco di Samo). Essa vedeva il cosmo come un disegno perfetto da cui la parola chiamata "kosmos" che significa ordine. Gli studiosi però durante il XX secolo e fino agli anni ottanta usavano la parola universo in riferimento all'intero continuum spaziotemporale ovvero uno spazio quadrimensionale, composto dallo spazio a tre dimensioni e il tempo come come coordinata aggiuntiva. Tali scienziati inoltre hanno portato alla formulazione di tre possibili modelli di universo:

Queste tre possibili tipologie di cosmo sono accomunate da una stessa origine il BIG BANG, la teoria più convincente avanzata fino ad ora.

BIG BANG


Si pensa che l'universo abbia avuto origine da
una potente esplosione detta big bang
Tutte le teorie cosmologiche moderne hanno come punto di partenza l’idea di un universo in espansione. Quando la luce proveniente da una stella o da una galassia viene fatta passare attraverso uno spettroscopio, si divide in uno spettro colorato segnato da sottili righe nere. Le righe sono prodotte dai vari elementi chimici presenti nel gas delle stelle e della galassia (ci sono le righe dell'idrogeno, dell'elio, dell'ossigeno, dell'azoto,...).  Ogni riga dello spettro della galassia ha una determinata lunghezza d'onda.  Quando una stella o una galassia si allontana da noi, la sua luce ha una lunghezza d’onda maggiore di quella che avrebbe se fosse ferma e ciò provoca uno spostamento delle righe dello spettro verso l’estremità rossa dello spettro. Questo fenomeno prende il nome di spostamento verso il rosso dello spettro (in inglese“redshift”) e gli astronomi lo hanno attribuito ad un moto di allontanamento delle galassie. Maggiore è il redshift, maggiore la distanza delle galassie e delle stelle. Studiando gli spettri della luce che riceviamo dai corpi celesti, gli scienziati hanno capito che tutte le galassie si stanno allontanando da noi e che più sono distanti tanto più velocemente si allontanano. La teoria dell’ “espansione originaria” si basa sull’ipotesi che in origine tutta la materia dell’universo fosse concentrata in una massa compatta detta “atomo primitivo”. Prima, l’universo era una sorta di zuppa densissima in cui ribollivano luce, elettroni e quark (costituenti dei nuclei atomici). E’ difficile immaginare l’evento iniziale: in genere lo si raffigura come una catastrofica esplosione avvenuta in un punto dello spazio. Secondo la teoria, prima del Big Bang, lo spazio ed il tempo non esistevano: sono stati creati dall’esplosione stessa. In realtà, non ci fu nemmeno uno “scoppio” perché non c’era lo spazio e non c’era l’aria da comprimere per generare e trasmettere il rumore: l’universo è nato e si è espanso in silenzio. Questa “esplosione”, che ha sviluppato una grande quantità di energia, avrebbe disperso in tutte le direzioni la materia che, continuando ad espandersi, avrebbe cominciato a raffreddarsi e a concentrarsi in galassie. I radio-astronomi hanno trovato la conferma a questa teoria con la presenza di parte dell’energia iniziale sotto forma di radiazione a bassissima temperatura (-270°) nello  spazio interstellare. Si ritiene che questa esplosione si avvenuta 14 miliardi di anni fa circa.

Nel 1948 Hoyle, Gold e Bondi proposero una teoria opposta a quella dell’esplosione originaria (e che fu a lungo la rivale della teoria del Big Bang) detta “dello stato stazionario”. Con questa  teoria si affermava che l’universo è sempre esistito e sempre continuerà ad esistere senza mai cambiare forma. La densità dell’universo diminuisce,  ma la materia, che si crea spontaneamente, fa in modo che la densità media dell’ universo rimane la stessa mentre si espande. 

Cosa succederà in futuro? Nessuno lo sa. Alcuni scienziati sostengono che potrebbero esserci due possibilità: 1) universo aperto: se la quantità di materia presente nel cosmo non è troppo grande, la forza di gravità non riuscirà ad opporsi all’espansione dell’universo, che potrebbe continuare all’infinito. In questo caso il cosmo diventerà gradualmente più freddo e vuoto con materia ed energia sempre più rarefatte; 2) universo chiuso o oscillante: se la quantità totale della materia nell’universo è sufficientemente grande, l’espansione potrebbe arrestarsi a causa dell’attrazione gravitazionale tra le galassie. Allora si potrebbe avere una contrazione dell’universo che gradualmente potrebbe concentrarsi in un unico punto e così si potrebbe verificare un nuovo Big Bang e il ciclo potrebbe ricominciare di nuovo. Questo tipo di oscillazione continuerebbe in un ciclo di 80 miliardi di anni. Alcuni scienziati, però, sostengono che nell’universo non vi sia materia sufficiente perché esso possa contrarsi per effetto della gravità, sebbene altra possa essere nascosta nella profondità invisibile dei buchi neri.

LA VIA LATTEA E LA NOSTRA POSIZIONE

Quando si osserva il cielo in una notte senza Luna, si distingue una debole fascia luminosa che lo attraversa: è la Via Lattea. Osservata con un telescopio essa appare formata da una miriade di astri. Questa fascia di stelle corrisponde a una sezione trasversale della nostra galassia, cioè del Sistema Solare. Il centro della nostra galassia si trova in direzione del Saggitario ed è proprio nella regione di questo segno zodiacale che la Via Lattea appare più luminosa. La nostra galassia conta all'incirca 100.000 milioni di stelle non uniformemente distribuite, ma raggruppate in due "bracci" che ruotano a spirale attorno al centro. L'universo comprende molte galassie "a spirale" come la via Lattea. Ha la forma di un disco appiattito con un diametro di 100 mila anni luce al cui centro si trova il nucleo. La Via Lattea è divisa in due emisferi da nubi oscure. Come ben sappiamo la nostra galassia appare come una spirale che conta uno spessore di circa 20.000 anni luce nella parte centrale (dove forse c'è qualche buco nero) che ruota lentamente su se stessa. Il Sole è una stella come tante altre, di media grandezza, e la sua posizione non è per niente speciale: si trova su un braccio della spirale, nella zone più esterna, dove il disco della Galassia di assottiglia ed è spesso un migliaio di anni-luce. Il Sole segue il moto generale di rotazione della spirale, e noi con lui: ci muoviamo perciò nello spazio ad una velocità di centinaia di kilometri al secondo rispetto al centro della Galassia, e impieghiamo circa 200 milioni di anni per compiere un giro completo.

 

SISTEMA SOLARE

Il sistema solare è il  sistema planetario costituito da una varietà di corpi celesti  mantenuti in orbita dalla forza di gravità del sole, vi appartiene anche la Terra. è costituito da otto pianeti e dalle rispettive lune. Questi pianeti sono suddivisi in due gruppi: rocciosi interni (i cosiddetti pianeti terrestri) e i giganti gassosi esterni. I primi sono densi, hanno una composizione rocciosa, hanno pochi o nessun satellite e non hanno anelli planetari. Tre di questi pianeti(Venere, Terra e Marte) possiedono un'atmosfera, hanno crateri da impatto e placche tettoniche, come dimostrano i numerosi rift valley e vulcani. Questi sono:

Il Sistema Solare e i suoi pianeti.
 

  I pianeti gassosi  del secondo gruppo sono talvolta chiamati, anche pianeti gioviani. Insieme costituiscono circa il 99% della massa nota in in orbita attorno al Sole. Tutti e quattro i giganti gassosi possiedono degli anelli, anche se solo quelli di Saturno sono facilmente osservabili dalla Terra. Questi sono:

  Quest'ultima categoria comprende gli asteroidi, ripartiti fra due cinture di asteroidi (la fascia principale compresa tra le orbite di Marte e Giove e la fascia di Kuiper  che si estende dall'orbita di Nettuno fino a 50 UA dal Sole), le comete,la polvere interplanetaria, ecc...

Le dimensioni del Sistema Solare sono difficilmente definibili; approssimativamente lo si può definire una sfera irregolare con un diametro circa di 80 UA. All'interno del sistema solare lo spazio tra un corpo celeste e un altro non è vuoto: tra questi infatti vi è il mezzo interplanetario, comprendente pulviscolo, gas e particelle elementari. Il Sistema Solare  ha una particolare importanza sia perché è l'unica stella e quindi l'unica fonte di energia termica del sistema. La massa solare  costituisce inoltre il 99% del sistema. Il Sistema Solare si trova in un braccio della Via Lattea, poco lontano dal disco galattico(la regione in cui si concentra il maggior numero di stella), dal cui centro dista circa 28000 anni luce. Esso impiega circa 200 milioni di anni per compiere un'intera rivoluzione all'interno della stessa Galassia.

L'ORIGINE DEL SISTEMA SOLARE


Rappresentazione artistica del Sistema Solare
primordiale

Si ritiene che il Sole e gli alti pianeti si siano fermati da una nebulosa di gas interstellari in contrazione. Secondo le attuali teorie, la nebulosa primordiale aveva una temperatura molto bassa ed era costituita da idrogeno, da elio, da una grande varietà elementi chimici più pesanti e da polveri. Circa 5 miliardi di anni fa al centro della nebulosa ci sarebbe creata una parte più densa e di conseguenza la nube, sotto la spinta della forza gravitazionale, avrebbe cominciato a contrarsi. In pochi milioni di anni, nella zona centrale, la densità e la temperatura sarebbero aumentate e si sarebbe formato il proto-Sole. Contemporaneamente, la contrazione avrebbe causato un aumento della velocità di rotazione e della forza centrifuga del sistema. Così la nube si sarebbe appiattita, assumendo un aspetto simile ad un disco rotante intorno al Sole. Nelle fasi finali, un forte vento solare avrebbe trascinato verso le regioni più esterne tutti gli elementi leggeri, in particolare idrogeno ed elio. Mentre il nucleo del sole si surriscaldava, nel disco circostante accrescevano alcuni corpi attraverso delle collisioni e attirando frammenti più piccoli presenti nello spazio circostante. Si sarebbero formati così i proto-pianeti(dai quali derivano gli attuali pianeti), mentre il proto-Sole si trasformava in una grande stella gialla e stabile.