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Campi Magnetici in gioco nel Sistema Solare (Prima parte)

18 maggio 2009

Questa introduzione non vuole fregiarsi del titolo di “trattato astronomico”, vuole solo dare una breve descrizione del Sistema Solare e dei principali “attori” sul palcoscenico dell’Eclittica in quanto credo sia importante considerare il nostro Sole come parte di un sistema più complesso.
Il nostro Sole è al centro di un sistema complesso di pianeti a loro volta attorniati da satelliti naturali, le loro lune.

1Il Sistema Solare è costituito da 8 pianeti principali, suddivisi a loro volta in due differenti classi di appartenenza. Ci sono i pianeti rocciosi, di cui la nostra Terra fa parte, sono i 4 più vicini al Sole, la Terra è il più grande dei quattro e la loro composizione è piuttosto costante, silicati di ferro e alluminio, calcio e manganese, elementi complessi generati in una catastrofica esplosione di più supernovae avvenuta 5 miliardi di anni fa nelle immediate vicinanze del Braccio di Orione che generò le protostelle T-Tauri con i loro protosistemi tra cui la nube molecolare da cui si formò il Sole e il suo Sistema. Di questo ne parleremo più avanti in questo POST, quando parleremo nel dettaglio del Sole, abbiamo detto quindi che i “Pianeti Terrestri” (così vengono classificati Mercurio, Venere, Terra e Marte) sono solo la metà in numero di tutti i pianeti del nostro Sistema ma meno del 10% in massa, infatti bisogna volare oltre Marte e la Fascia degli Asteroidi, pasando la Frost Line per entrare nel dominio dei Supergiganti Gassosi, questi sono: Giove, Saturno, Urano e Nettuno. A differenza dei pianeti Terrestri i supergiganti gassosi non hanno una crosta solida e un nucleo fuso, come la Terra che ha il suo core fatto di ferro fuso sul quale “galleggia” un mantello solido, essi hanno un nucleo solido molto piccolo come diametro, costituito da carbonio e silicio per Giove ad esempio, attorniato da uno strato molto spesso di idrogeno allo stato metallico sul quale vi è un oceano di idrogeno e elio liquido (sempre per Giove). Saturno è il successivo SuperGigante che troviamo dopo Giove, è in assoluto il più spettacolare pianeta del nostro sistema in quanto sfoggia vistosi anelli che si pensa possano essere ciò che resta di una luna avvicinatasi troppo al pianeta e letteralmente stritolata dalla forza di gravità. Il successivo gigante gassoso è Urano seguito da Nettuno, qui finiscono i pianeti entrando nel dominio dei Plutoidi, satelliti rocciosi catturati dal campo gravitazionale solare.

E’ inutile in questa sede approfondire oltre la conoscenza dei supergiganti gassosi, facciamo il punto su quello che servirà per meglio comprendere le teorie fisiche che serviranno per capire i concetti che andremo ad illustrare.

Il Sistema Solare, qualche dettaglio sul Sole e sui pianeti con elevato campo magnetico presenti oltre la Cintura degli Asteroidi.

IL SOLE  (fonte = http://it.wikipedia.org/wiki/Sole)
Il Sole è una stella di popolazione I (o terza generazione) la cui formazione sarebbe stata indotta dall’esplosione, circa 5 miliardi di anni fa, di una o più supernovae nelle vicinanze di un’estesa nube molecolare del Braccio di Orione. È accertato che, circa 4,57 miliardi di anni fa, il rapido collasso della nube, innescato dalle supernovae, portò alla formazione di una generazione di giovanissime stelle T-Tauri, tra le quali anche il Sole, che, subito dopo la sua formazione, assunse un’orbita quasi circolare attorno al centro della Via Lattea, ad una distanza media di circa 26 000 a.l. Le inclusioni ricche in calcio-alluminio, residuate dalla formazione stellare, formarono poi un disco protoplanetario attorno alla stella nascente.

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La nostra stella è quindi una tra le più comuni presenti nell’Universo, essa al momento si trova attualmente nella sequenza principale del diagramma Hertzsprung-Russell, ovvero in una lunga fase di stabilità durante la quale l’astro genera energia attraverso la fusione, nel suo nucleo, dell’idrogeno in elio; la fusione nucleare inoltre fa sì che la stella sia in uno stato di equilibrio, sia idrostatico, ossia non si espande (a causa della pressione di radiazione delle reazioni termonucleari) né si contrae (per via della forza di gravità, cui sarebbe naturalmente soggetta), sia termico. Una stella di classe G2 come il Sole impiega, considerando la massa, circa 10 miliardi (10^10) di anni per esaurire completamente l’idrogeno nel suo nucleo.

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Il campo magnetico del Sole ed in particolare il vento solare genera un bolla nel mezzo interstellare che si estende da 0.1 U.A. (1 U.A. = distanza media Terra-Sole), circa 20 Raggi Solari, fino alle regioni più esterne del Sistema Solare; è questo quello che si intendeva come Omega-Effect nel POST della volta scorsa, la magnetosfera solare o eliosfera, devia i raggi cosmici provenienti da catastrofiche esplosioni di Supernovae lontane moltissimi anni-luce (a.L.) dal Sistema Solare stesso ed è causa-effetto della dinamo solare che regola i cicli undecennali del nostro astro. Il campo magnetico del Sole è di 10^-4 Tesla = 1 Gauss.

GIOVE

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Giove è il primo pianeta dopo la fascia degli asteroidi, è il più massiccio di tutto il sistema planetario: la sua massa corrisponde infatti a 2,468 volte la somma di quelle di tutti gli altri pianeti messi insieme. Classificato come supergigante gassoso è costituito essenzialmente da idrogeno (89.9%) e elio (1.2%) con altri elementi pesanti che però non vanno come numero atomico oltre lo zolfo. La sua struttura interna è presumibilmente coerente con un core solido costituito da carbonio e silicio, questo “core” ha un diametro molto contenuto, sopra di esso si trova un mantello di idrogeno metallico, segue un oceano di elio e idrogeno liquido allo stato molecolare per finire con una turbolenta atmosfera che conferisce al pianeta il classico “bendaggio” atmosferico.
I suoi parametri orbitali principali sono:
Periodo orbitale : 11.86 Anni.
Periodo di rotazione attorno al suo asse : 9h 55′.
Proprio a causa della sua composizione interna, unita al fatto che il pianeta compie una rivoluzione attorno al proprio asse in circa 9h 55′, Giove presenta una dinamo molto potente alla quale è associato il campo magnetico più forte di tutto il sistema solare (con eccezione dei campi magnetici fortemente organizzati delle SunSpot). La magnetosfera gioviana si estende fino a 100 raggi gioviani dal nuceleo del pianeta, ad una distanza di 85 Raggi Gioviani vi è il bow shock tra campo magnetico Gioviano e Vento Solare, il campo magnetico è toroidale e le linee del campo escono con un asse inclinato di 10° rispetto all’asse di rotazione. Il campo magnetico gioviano varia da 4.2 Gauss (0.42 mT) all’equatore fino a 13 Gauss (1.3 mT) ai poli, dunque 13 volte più intenso del campo magnetico solare!!! La velocità di rotazione attorno al proprio asse estremamente elevata associata a questo enorme campo magnetico rende Giove assimilabile ad una piccola Radio-Pulsar, è noto a tutti i radioamatori come i RadioBurst provenienti da Giove siano più intensi di quelli provenienti dal Sole stesso in particolari situazioni, quest’anno è già successo ad esempio il 12 Aprile (LINK = http://www.spaceweather.com/archive.php?month=04&day=12&year=2009&view=view ).
La precessione dell’asse di rotazione Gioviano avviene ogni 12000, è molto esigua in quanto è di soli 3.13°.

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SATURNO

saturno

E’ il secondo Supergigante Gassoso, dopo Giove è il secondo pianeta più massiccio del Sistema Solare, come composizione è molto simile a quella di Giove, si pensava inizialmente che la loro genesi fosse comune anche se poi alcuni dati ottenuti con le missioni spaziali questa teoria è stata smentita.
I suoi parametri orbitali principali sono:
Periodo orbitale : 29.45 Anni.
Periodo di rotazione attorno al suo asse : 10h 47′.
La sua composizione interna è molto simile a quella di Giove, un nucleo composto di carbonio e silicio con un mantello di idrogeno metallico sul quale si trova un oceano di idrogeno molecolare e elio liquidi.
Il campo magnetico di Saturno è decisamente molto potente in quanto è circa la metà di quello gioviano, la magnetosfera saturniana è a forma di toro e si estende per circa 2 milioni di Km dal nucleo del pianeta.

URANO

uranoSebbene simile ai due giganti Giove e Saturno, Urano e Nettuno sono trattati dagli astronomi come una classe separata di pianeti: “I Giganti Ghiacciati”. La loro composizione è infatti leggermente diversa rispetto a quella di Giove e Saturno con una maggior quantità di “ghiacci” costituiti da acqua, ammoniaca e metano allo stato solido.
Urano è composto principalmente di rocce e vari tipi di ghiaccio, con solo circa il 15% di idrogeno e una piccola frazione di elio (questo in contrasto con Giove e Saturno che invece sono composti principalmente da idrogeno). Urano (come Nettuno) è in molti modi simile alla parte interna di Giove e Saturno, senza però la massiccia presenza di idrogeno metallico liquido che i due pianeti giganti posseggono grazie alle pressioni enormi che esercitano sulle loro parti interne. Urano, di massa più piccola, non può generare una pressione sufficiente. Sembra inoltre che Urano non abbia un nucleo roccioso, ma invece il materiale che lo compone sembra essere più o meno distribuito in modo uniforme.
Le peculiarità di Urano sono nell’asse di rotazione, inclinato di 98° portandolo a giacere sul piano orbitale stesso, il campo magnetico è invece inclinato di 60° rispetto al suo asse di rotazione e la sua sorgente si trova a profondità relativamente superficiali. La magnetosfera di Urano si trova “attorciliata” dalla rotazione del pianeta ed è ancora oggetto di studio.

NETTUNO

nettuno

L’ultimo pianeta del Sistema Solare, è il secondo “gigante ghiacciato”, la sua composizione interna rispecchia quella del suo vicino Urano, come tutti questi pianeti presenta una intensa magnetosfera che all’equatore è stimata essere di 1.42 microTesla, si estende verso il Sole fino a 25-30 raggi nettuniani, 72 raggi nettuniani invece è l’estensione dal lato opposto del Sole.

Tutti e quattro i pianeti “esterni”, che si trovano oltre la “frost-line”, hanno due peculiarità in comune:
1- Campi magnetici molto forti e magnetosfere decisamnete estese e organizzate, soprattutto per quanto riguarda Giove e Saturno.
2- Emettono più energia di quella che ricevono dal Sole, si pensava fino a poco tempo fa che il meccanismo di Kelvin-Helmholtz fosse alla base di questo “surplus” di energia anche se nemmeno questo fenomeno giustifica la quantità di energia eccedente.
Al prossimo POST!!!

ALESSANDRO

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  1. Nintendo
    18 maggio 2009 alle 12:39

    interessante questo “trattato astronomico”.

  2. ice2020
    18 maggio 2009 alle 15:12

    Ottimo lavoro come sempre Ale attendiamo con ansia il proseguio…

    Simon

  3. Fabio 2
    18 maggio 2009 alle 16:06

    Bell’articolo, davvero, complimenti a chi lo ha scritto!

    Solo un’osservazione: ricordo di aver letto (orma molti anni fa) un libro di astronomia in cui si citava il fatto che il Sole, in realtà, stava uscendo dalla sequenza principale del diagramma H-R, ma che ancora per qualche miliardo di anni se ne sarebbe tenuto molto vicino.
    E’ un’affermazione tuttora corretta, secondo voi, o sconta un deficit di conoscenze (20 anni fa, almeno) che oggi consente di affermare qualcosa di diverso, per quanto si conosce del tema?

  4. Fabio 2
    18 maggio 2009 alle 16:07

    Non ricordo su quale testo avessi letto quanto sopra, se lo rintraccio ve lo segnalo.

  5. apuano70
    18 maggio 2009 alle 17:31

    Complimenti Ale! Bel lavoro, sempre molto chiaro ed efficace.
    Bruno.

  6. ALE
    19 maggio 2009 alle 07:36

    Presentati gli “attori” tratterò i mezzi (campi gravitazionali e magnetici) e quindi l’interazione Sole-Pianeti ammettendo che il Sistema Solare sia un sitema isolato anche se in realtà non è proprio così!!!
    ALE

  1. 18 maggio 2009 alle 11:41
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