(ugo amaldi - fisica) Traccia: principale artefice dei pianeti: gravità - forze mareali  - 

Riprendiamo i concetti di base riguardo formazione e caratteristiche dei pianeti.

In natura, ci sono quattro forze fondamentali: la forza nucleare forte, la forza nucleare debole, la forza elettromagnetica e la forza di gravità. Quest'ultima è la più debole, nonostante sia quella che da forma a pianeti e stelle e ne regola i movimenti. Essa si distingue per alcune sue caratteristiche principali: è sempre attrattiva, quindi ha un solo verso, non può essere cancellata, al limite può essere messa in equilibrio; in secondo luogo, agisce sulla massa. 

E' quindi la gravità ad agire come protagonista della formazione del sistema solare, che deve essere visto come un sistema complesso formatosi da una nebulosa composta al 95-99% da idrogeno e per il restante dagli altri elementi più pesanti. Stelle, pianeti, satelliti, asteroidi, comete, tutto quello che ha avuto origine dalla stessa nube, viene solo modellato dalla gravità. L'importanza di studiare oggetti risalenti ai primi periodi della formazione del sistema solare, ci permette di studiare la composizione della nubulosa da cui ha avuto origine, in quanto hanno avuto poche interazioni con il resto della materia e si son conservati tali a come si son generati.

Occasionalmente capita che ci siano passaggi di oggetti extrasolari nel nostro sistema solare, ma sono eventi più rari (es: approfondire Oumuamua, cometa di Borisov). 

Forze mareali

La gravità interagente tra corpi di una certa massa (non puntiformi) genera le forze mareali. Questo cosa comporta? Comporta che la forza di attrazione non abbia la stessa intensità su tutti i punti della superficie e in generale all'interno dei oggetti interessati.

Nel caso pratico del sistema Terra - Luna, ogni punto della Luna, esercita un'attrazione nei confronti della Terra. La somma, presa con i loro versi, di tutte le attrazioni gravitazionali della Luna  su tutti i punti della Terra, produce una forza risultante che è diretta verso la Luna nella faccia direttamente in vista e diretta nel verso opposto nei punti diametralmente opposti della Terra, rispetto alla posizione della Luna stessa. Questo contribuisce allo schiacciamento della Terra verso l'equatore e spiega l'effetto l'effetto delle maree terrestri, in particolare, il motivo per cui se ho alta marea in un punto del pianeta, anche nel punto opposto ci sarà alta marea. Non solo la Luna agisce con una forza mareale nei confronti della Terra, ma anche gli il Sole e gli altri Pianeti, in maniera proporzionale alla loro massa e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. Il Sole, principalmente, ha quindi questo effetto e questo determina che le maree siano diverse a seconda che la nostra stella si trovi in congiunzione o in opposizione rispetto all'asse Terra - Luna.

La forza mareale agisce in maniera molto visibile sull'acqua, ma anche sulla crosta terrestre e sul materiale fluido del mantello. Questi effetti sulla Terra non sono rilevanti, ma sono molto evidenti per esempio tra Giove e il suo satellite Io, che viene costantemente deformato.

L'effetto mareale si osserva anche sull'atmosfera, anche se in maniera abbastanza blanda.

Effetti mareali si trovano tra tutte le masse dell'Universo, anche per esempio tra la Via Lattea e le sue Galassie satelliti, le Nubi di Magellano, che originano la Corrente Magellanica, una nube di gas che si estende tra le Nubi e la Via Lattea e l'altra galassia satellite, chiamata Sagittarius Dwarf Elliptical Galaxy (SAG-DEG) che per l'effetto mareale si sta smembrando, anche se ancora mantiene una sua forma definita

Quando due corpi sono particolarmente vicini, il corpo di massa maggiore ha una forza di attrazione tale che, se avvicinasse oltre ad un certo limite, lo disintegrerebbe. Questa distanza limite è chiamata Limite di Roche. Probabilmente la cintura degli asteroidi e gli anelli di Saturno hanno avuto origine da corpi che hanno oltrepassato questo limite, disgragandosi ma rimanendo comunque in orbita.

Tornando ai pianeti, dopo aver capito da quale forza è tenuta coesa la propria massa, ricordiamone le caratteristiche che lo definiscono, ovvero l'orbita diretta intorno al sole, la forma sferica che causata dall'equilibrio idrostatico e l'orbita ripulita da oggetti maggiori.

I pianeti per via della forza gravitazionale vedono distribuita la materia in maniera stratificata,  a seconda della densità dei materiali.  Hanno una parte più interna che è il nucleo, costituita dagli elementi più pesanti, fusi a causa della pressione, un mantello fluido e una parte più esterna definita litosfera. Oltre c'è una parte gassosa chiamata atmosfera e ancora una parte invisibile, chiamata magnetosfera. 

Forma dei pianeti.

Quindi, vediamo come ancora una volta sia la gravità l'artefice della composizione e della forma dei pianeti. Oltre ad essa, un fattore che ne determina la forma è la rotazione, che fa si che che ci sia uno schiacciamento ai poli, chiamato schiacciamento dinamico (dynamical flattening: r equatoriale -  r polare / r equatoriale), che è particolarmente evidente quanto più il pianeta è leggero, quindi si nota molto facilmente su Giove e Saturno. 

I pianeti tuttavia non sono proprio tondi e la forma geometrica che più si avvicina a rappresentarli non è tanto la sfera ma l'ellissoide di rotazione, ottenuto facendo ruotare un ellissi intorno al suo asse di rotazione minore.

Nel caso della Terra la sua forma è particolare, in quanto sappiamo che sulla sua superficie ci sono rilievi e depressioni e che queste zone sono più o meno massive. Queste differenze fanno si che non ci sia una omogeneità, ne sulla superficie ne sul mantello, anche a causa del raffreddamento della materia.

Non avendo una forma definita, dobbiamo quindi definire la Terra come un geoide, ovvero una forma che, a partire da un ellisse di rotazione, tiene conto della superficie dove la gravità ha tutta lo stesso valore (equipotenziale) che più si approssima al livello del mare. 

Come facciamo a stabilire l'accelerazione di gravità in tutta la superficie della Terra, considerando che essa varia a seconda dei materiali e densità degli stessi? Un primo metodo è la mappatura satellitare, un'altro è il metodo che sfrutta le onde sismiche.

La mappatura dell'accelerazione gravitazionale del nostro pianeta è stata ottenuta nella maniera più accurata tramite la missione GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment), lanciata congiuntamente da Nasa e Agenzia Spaziale Tedesca che dal 2012 e per 15 anni ha orbitato intorno alla Terra con una coppia di satelliti che si seguivano a distanza e misuravano le differenze gravitazionali tramite la misurazione degli spostamenti che subivano nell'orbita stessa, rilevati tramite microonde. 

La misurazione tramite onde sismiche si basa sui dati che vengono forniti tramite i terremoti naturali o dei piccoli sismi provacati artificialmente e dallo studio dei dati di propagazione delle onde sismiche attraverso i materiali. Le onde sismiche possono essere longitudinali (che si propagano nella stessa direzione, come una molla) o trasversali (fatte ad onda). Dal modo in cui queste onde si riflettono e si rifrangono possiamo stabilire la densità e il tipo di materiale che attraversano (o non attraversano). 

Questi metodi vengono usati sia sulla Terra che sugli altri pianeti, tramite sonde.

Cosa c'è in un pianeta

Partiamo dalla superficie, che può essere modellata da fenomeni di vulcanismo, fenomeni meteorici, mareali. I pianeti sono stratificati e il passaggio da uno strato all'altro in un pianeta roccioso è abbastanza facile da determinare, mentro in un pianeta gassoso possiamo determinarlo da un netto cambiamento della densità dei materiali e da un valore di pressione sempre crescente via via che si va verso il nucleo. 

Atmosfera.

L'atmosfera è uno strato gassoso che circonda il pianeta, nel nostro sistema solare ne è privo solo Mercurio.

L'atmosfera si è formata in modi diversi sui pianeti gassosi e sui pianeti rocciosi. La massa dei pianeti, durante la formazione, cattura particelle e le trattiene, se queste non superano la velocità di fuga. Questa si chiama atmosfera primaria ed è presente nei pianeti gassosi, che grazie alla loro massa son stati in grado di catturarla.

I pianeti rocciosi, che sono meno massivi, hanno una velocità di fuga più bassa, son stati incapaci di attirare e trattenere questi gas: la presenza di atmosfera è quindi riconducibile non alla formazione ma a un processo successivo. Questa viene chiamata atmosfera secondaria ed è stata conseguenza di eventi successivi alla formazione (vulcanesimo, asteroidi, etc) e allo sviluppo e diffusione delle varie forme di vita, che hanno rilasciato l'ossigeno che possiamo respirare.

L'atmosfera ci protegge dagli eventi meteorici, dai raggi cosmici ed è fondamentale per il bilancio energetico del pianeta, ovvero dalla differenza di energia ricevuta dal Sole e rilasciata nello spazio. Essa fa si che la temperatura media del pianeta sia di 15 gradi, senza atmosfera sarebbe di -18, con la conseguenza che l'acqua non sarebbe allo stato liquido, inibendo lo sviluppo della vita.

(disegni schema atmosfera no appunti) (articolo distinto?)

Oltre l'atmosfera, possiamo misurare che esiste una regione dove esiste un forte campo magnetico che si chiama magnetosfera e che ci protegge dalle particelle cariche che ci arrivano dal Sole e dal cosmo, intrappolandole in zone specifiche (fasce di Van Allen) o le devia.

Magnetosfera.

La magnetosfera è generata dal nostro pianeta e si genera da un flusso di particelle cariche (corrente elettrica) che ha origine dai movimenti del nucleo metallico interno in rotazione. In un pianeta gassoso, la pressione è talmente elevata che una paere del mantello formata da idrogeno si comporta come un metallo, perdendo l'unico elettrone, diventando conduttore, muovendosi per la rotazione e  causando un campo magnetico (chiedere alla prof??). Una seconda ipotesi è quella del magnetismo residuo ma non è molto accreditata.

Le particelle cariche provenienti dal vento solare che riescono a scappare alla magnetosfera interagiscono con le particelle della nostra atmosfera e scambiano energia sotto forma di luce, formando le aurore polari (boreali nel nostro emisfero) (approfondire). Questi fenomeni si originano in tutti i pianeti che hanno un campo magnetico. Una particolarità dei campi magnetici è che non sempre sono allineati all'asse polare.