LO ZERO ASSOLUTO NELLO SPAZIO COSMICO

Lo zero assoluto è la temperatura più bassa che teoricamente si possa raggiungere in qualsiasi sistema termodinamico. Per capire appieno questo concetto, è però bene precisare alcuni aspetti.

DIFFERENZA TRA SCALA CELSIUS E SCALA KELVIN

La temperatura di un corpo o di un ambiente può essere misurata mediante due scale:

Scala Celsius

È quella più conosciuta perché usata quotidianamente (ad esempio per sapere il clima o impostare il calore del forno) e si basa su due punti fissi che ne regolano i vari gradi: il grado 0, quando l'acqua si solidifica diventando ghiaccio e il grado 100, quando l'acqua inizia a bollire.

Questa scala però non copre tutte le temperature possibili, poiché in molti casi esse possono facilmente scendere sotto la soglia dei 0°C o superare i 100°C (basta pensare all'inverno, quando la temperatura cala spesso sotto lo zero o al calore della lava, ben sopra i 100°C!)

Scala Kelvin

Questa è invece una scala assoluta che parte dal punto più basso raggiungibile da una temperatura (lo zero assoluto appunto).

273,15 Kelvin (o K, cioè l'unità di misura di questa scala) è l'equivalente del grado 0 della scala Celsius misura.

Lo zero assoluto (0 K) è invece convertibile in -273,15° C.

COSA ACCADE QUANDO SI RAGGIUNGE LO ZERO ASSOLUTO?

La temperatura è data dall'energia scaturita dagli atomi in movimento. Quando si registra uno zero assoluto, significa che l'energia termica è assente e, pertanto, gli atomi sono immobili!

Ciò avviene perché l'entropia (cioè il livello di "disordine" degli atomi che accresce man mano che aumenta il calore) viene totalmente meno, lasciando le microscopiche particelle senza spazio e energia per potersi muovere.

Teoricamente no, anche se un esperimento del 2013 di alcuni scienziati tedeschi è riuscito ad "intrappolare" il livello di entropia di un sistema pur facendone aumentare per qualche secondo l'energia, riuscendo così, seppur per pochi istanti, a scendere sotto lo zero assoluto.

IL  Sistema  solare

Il Sistema Solare è un insieme di corpi celesti in rotazione attorno al Sole. ... Partendo dal Sole, troviamo per primi i pianeti interni, Mercurio e Venere, poi la Terra e infine i pianeti esterni: Marte, Giove, Saturno, Urano, Nettuno e Plutone

Il sistema solare si chiama così perché gli otto pianeti (nove se consideriamo Plutone) che lo compongono, così come gli altri corpi celesti del sistema, orbitano intorno al Sole, la nostra stella.

QUANTE LUNE

Gli 8 pianeti del sistema solare hanno complessivamente più di 200 lune. Oltre a noi, Marte ne ha 2, Nettuno 13 e Urano 27. Il record va a Giove e Saturno, rispettivamente con 79 e 82 satelliti riconosciuti dall’Unione astronomica internazionale. Mercurio e Venere non ne hanno.

LA MONTAGNA PIÙ ALTA

Il punto più elevato del sistema solare è il Monte Olimpo, un gigantesco vulcano localizzato su Marte: ha un diametro di circa 600 km e la sua vetta spicca a oltre 22 mila metri di quota sulla superficie del pianeta.

Pianeti, stelle, ma non solo. Ecco la Top Ten dei corpi celesti più grandi del nostro Sistema Solare!

DURATA DI UN GIORNO NEI PIANETI DEL SISTEMA SOLARE

CURIOSITA' DI MERCURIO

Di fatto non conosciamo ancora la composizione superficiale del pianeta; sappiamo che ci sono delle rocce vulcaniche ma non sappiamo dare un nome a queste rocce. Bisogna poi capire la tettonica del pianeta perché Mercurio è un pianeta molto particolare: non ha tettonica a placche come la Terra, ha un'unica placca che si sta raggrinzendo a causa del nucleo che si raffredda e si solidifica.

Se il Sole fosse grande un centimetro, e la Terra distasse 1 metro (quindi 1UA=1m), il primo pianeta che incontreremmo, a 39 centimetri, sarebbe Mercurio. Come si può vedere dalle immagini, questo pianeta assomiglia un po' alla nostra Luna. Il diametro di Mercurio è di 4878 chilometri, quindi meno della metà di quello terrestre. Le riprese della sonda Mariner 10, che fu la prima ad avvicinare il pianeta, nel 1973, ora sono state sostituite da quelle della sonda Messenger. Ci sono crateri, come nella Luna, e superfici pianeggianti. Creste alte anche 3 chilometri e lunghe centinaia di chilometri. E' un postaccio.
Il dì, ossia il periodo di giorno in cui è presente il Sole, dura 176 giorni terrestri con temperature intorno ai 400°C: se ci andaste in vacanza, non portatevi i soldatini di piombo perché si scioglierebbero. Comunque di notte vi potete rinfrescare con -170°C: infatti manca un'atmosfera vera e propria in grado di mitigare l'escursione termica.
Una curiosità: su Mercurio non ci sono stagioni, e quindi il Sole, durante l'anno, è sempre alla stessa altezza. Ci sono dei crateri che non vedono mai il sole, e che quindi hanno sempre temperature estremamente fredde. Alcune indagini effettuate con radiotelescopi avrebbero evidenziato le caratteristiche riflessioni del ghiaccio.

CURIOSITA' di  VENERE

Allontaniamoci dunque da Mercurio ed a 72 centimetri dal Sole (0,72 UA) incontriamo Venere, il secondo pianeta del Sistema Solare e quello la cui orbita è più vicina a quella terrestre. Lo si vede spesso al tramonto o all'alba, ed appare molto luminoso. Con un piccolo telescopio se ne possono ammirare le fasi, come per la Luna.
Ha le stesse dimensioni della Terra, e probabilmente un tempo Terra e Venere erano simili. Lo sviluppo però è stato completamente diverso. La temperatura di Venere è di 460°C, tanto che le rocce appaiono luminescenti. Il clima è dominato da un efficacissimo effetto serra, in quanto la grande quantità di CO₂ trattiene il calore proveniente dal Sole (su Mercurio, dove non c'è atmosfera, il calore di notte sfugge).
Non esiste acqua allo stato libero e c'è una pressione al suolo di circa 90 atmosfere. La sonda Magellan ha evidenziato la presenza di attività vulcanica in ere non troppo lontane.
Dall'aprile 2006 orbita intorno al pianeta la sonda europea Venus Express, la quale mappa e studia il pianeta con attrezzature molto migliori della Magellan e delle sonde precedenti (Venera, Vega, Pioneer-Venus).

CURIOSITA' DI MARTE

C’è un solo altro pianeta, oltre alla Terra, sul quale abbiamo inviato a circolare robot su ruote: è Marte, il nostro “vicino di casa” spaziale, se vicino si può chiamare un corpo celeste che dista in media 228 milioni di chilometri da noi.

Il Pianeta Rosso, così soprannominato per la grande quantità di ossido di ferro sulla sua superficie, che gli conferisce quel caratteristico colore riconoscibile ad occhio nudo nel cielo notturno, è oggi un deserto freddo e inospitale, con un’atmosfera sottile e irrespirabile, temperature che rendono impossibile la sopravvivenza e fenomeni meteo più violenti di tornado e trombe d’aria terrestri.

Come può un luogo così poco accogliente suscitare tanto interesse?

TERRA E MARTE

Tanto per cominciare, per alcune somiglianze con il nostro Pianeta, di cui Marte può dirsi “fratello”, nel Sistema Solare.

Come la Terra, Marte ha cicli stagionali, calotte polari ghiacciate, canyon e solchi superficiali che indicano l’antica presenza d’acqua (qui puoi esplorare la sua superficie). Si pensa che 4 miliardi fa, quando il Pianeta Rosso era ancora giovane, fosse bagnato fiumi e laghi non molto diversi da quelli terrestri. Il rover della Nasa Curiosity, un robottino grande come un SUV che lavora su Marte dal 2012, ha scoperto rocce che testimoniano un passato d’acqua all’interno del cratere Gale, il suo sito di atterraggio, che un tempo doveva essere un lago marziano che si riempì e si seccò più volte, un po’ come accade sul nostro pianeta. In generale alcuni tipi di minerali e di sedimenti trovati su Marte possono essersi formati soltanto in presenza di acqua liquida.

Si pensa però che l’atmosfera estremamente tenue del Pianeta Rosso, povera di ossigeno e ricca di anidride carbonica, e con una pressione pari ad appena l’1% dell’aria che respiriamo, abbia avuto un ruolo nella scomparsa di quest’acqua, che Marte non sarebbe riuscito a “trattenere”. Oggi c’è ancora acqua su Marte, ma non in forme immediatamente disponibili.

ACQUA E VITA

L’acqua marziana è oggi presente come ghiaccio sotto alle regioni polari, dove la sonda dell’Agenzia Spaziale Europea Mars Express Orbiter ha anche individuato un grande lago di acqua liquida. Altre tracce d’acqua liquida e salata sembrano ricollegabili alle strisce di terra bagnata che un’altra sonda, il Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) della NASA, ha fotografato dall’alto sui bordi dei crateri marziani: si pensa che l’acqua affiori dal sottosuolo ed evapori non appena in superficie (se non ghiaccia ai - 40 gradi °C medi marziani è perché i sali che contiene ne abbassano il punto di congelamento).

Si pensa che il passato “umido” di Marte abbia consentito, almeno per qualche centinaio di milioni di anni, le condizioni base per la vita, e di questa stiamo cercando traccia, con gli strumenti scientifici che abbiamo spedito nell’orbita e sulla superficie del Pianeta Rosso. Non immaginatevi però i marziani dei film: se vita trovassimo, si tratterebbe probabilmente di microbi in grado di sopportare temperature critiche e carenza di ossigeno, rifugiati, magari, sotto la superficie: in alcuni deserti terrestri dove piove una volta ogni 10 anni i batteri riescono a sopravvivere, e qualcosa di simile potrebbe forse avvenire su Marte.

Gli scienziati vogliono quindi scoprire se Marte abbia ospitato forme di vita in passato, e se ne possa ospitare in futuro.

LA RICERCA CONTINUA...

Trovare tracce di vita biologica e studiare l’abitabilità di Marte saranno gli obiettivi scientifici di una delle prossime missioni su Marte, Mars2020, della NASA.

Il 26 novembre 2018 è atterrato invece su Marte InSight, un lander (cioè un robot “statico”, che non si sposta sulla superficie) che si metterà in ascolto del cuore più interno del Pianeta Rosso, per scoprire se anche su di esso ci siano terremoti. Negli ultimi giorni, InSight ha stupito il mondo registrando il suono del vento marziano: ascoltalo qui.

Anche l’Agenzia Spaziale Europea invierà un rover su Marte, nel 2020: la missione che prende il nome di ExoMars ha già spedito un “naso” robotico in orbita marziana, la sonda TGO (Trace Gas Orbiter) per l’analisi dei gas atmosferici. Di attivo su Marte, fino a poco tempo fa, c’era anche il rover Opportunity, che è stato però zittito da una violenta tempesta di sabbia, un evento comune sul Pianeta Rosso.

L'UOMO SU MARTE: UN SOGNO REALIZZABILE?

Come si vede, si tratta di missioni esclusivamente robotiche. Arrivare su Marte con missioni umane prevede una serie di ostacoli tecnologici importanti, a partire dal motore e dal propellente, continuando con un viaggio estenuante di almeno sei mesi, un atterraggio “impossibile” in un’atmosfera in cui anche i mezzi più leggeri faticano a frenare senza contare - sempre che si arrivi - tutti i problemi relativi alla sopravvivenza: dovremmo imparare a produrre sul posto ossigeno e cibo, e ad estrarre acqua, perché le scorte prima o poi finiranno; ma anche a produrre carburante, se prima o poi vorremo tornare indietro, e a proteggerci dalle radiazioni cui saremmo sottoposti al di fuori della magnetosfera terrestre, una specie di “scudo” che ci protegge dalle particelle cariche di di vento solare.

CURIOSITA' DI GIOVE

Giove è il quinto pianeta del sistema solare in ordine di distanza dal Sole e il più grande di tutto il sistema planetario: la sua massa corrisponde a due volte e mezzo la somma di quelle di tutti gli altri pianeti messi insieme. È classificato, al pari di Saturno, Urano e Nettuno, come gigante gassoso.

A 5,2 metri dal Sole (5,2 UA) incontriamo il primo pianeta gassoso, ossia sulla cui superficie non si può camminare. Questo è Giove, che osservato con un piccolo telescopio mostra le sue bande ed i suoi satelliti principali, scoperti dal grande astronomo italiano Galileo Galilei.
Giove, rispetto la Terra, è enorme: ha un diametro equatoriale di 143.000 chilometri, contro i 12.700 della Terra. La sua atmosfera presenta bande, nubi e macchie, ed è composta da metano, ammoniaca, H, He, C, N.
Emette tre volte più calore di quanto ne riceva dal Sole, contribuendo così a scaldare i suoi satelliti, che sono molto interessanti e che vedremo rapidamente. Giove, come tutti i giganti gassosi, presenta un anello, non visibile ad occhio nudo nemmeno con i telescopi più grandi, ma ripreso dalle sonde interplanetarie che l'hanno studiato.

Giove è un cosiddetto “gigante gassoso”. E fa onore al suo nome: con 142.984 km di diametro potrebbe contenere comodamente gli altri sette pianeti. Nulla rispetto al Sole: con 1,4 milioni di km di diametro rappresenta il 99,9% di tutta la materia contenuta nel sistema solare!

Giove campione di primati: non è solo il più grande pianeta del Sistema Solare, è anche quello con il campo magnetico più forte, quattordici volte quello della Terra. Alcuni astronomi ritengono che questo sia dovuto al movimento dell'idrogeno metallico che si trova in profondità all'interno del pianeta

Si è formato appena un milione di anni dopo la nascita del Sistema Solare: Giove, il gigante gassoso, è il primogenito tra tutti i pianeti della nostra galassia.

CURIOSITA' DI SATURNO

A 9,5 metri dal Sole c'è Saturno, il secondo pianeta per diametro. Con un piccolo telescopio si possono osservare i suoi anelli e la sua luna principale, Titano. E' il più lontano dei pianeti facilmente visibili ad occhio nudo. E' il secondo, anche per distanza dal Sole, dei quattro giganti gassosi, ed ha un'atmosfera composta principalmenbte di idrogeno (H) ed elio (He). Impiega 29,5 anni per compiere una rivoluzione attorno il Sole. La sua atmosfera assomiglia a quella di Giove, ma con colori meno sgargianti, con il bianco delle nubi di ammoniaca e l'ocra dell'idrosolfuro di ammonio. Ci sono venti che raggiungono i 1800 km/h; sono addirittura supersonici.
Saturno è famoso soprattutto per i suoi spettacolari anelli che sono inclinati di 28° rispetto l'orbita e sono strutturati in vari gruppi. Sono molto sottili: con un diametro di 250.000 chilometri hanno uno spessore di solo 1 km. Ecco una splendida immagine ripresa dalla sonda Cassini (NASA/ESA/ASI) nel giugno 2005.
Ci sono satelliti che giocano un ruolo fondamentale per la stabilità gravitazionale del sistema anelli: sono i satelliti pastori (per esempio Mimas e Pan). Complessivamente sono stati identificati oltre una sessantina di satelliti al 2014.
Quello più grande è Titano, la seconda luna del Sistema Solare come dimensione dopo Ganimede. Ha un'atmosfera molto densa (più del 50% di quella terrestre), composta da Azoto al 90% e metano, che colora l'atmosfera con le sue nubi. La sonda Cassini fece atterrare su Titano la piccola sonda che si portava a bordo: Huygens. L'appuntamento si è verificato il 14 gennaio 2005.

LE PARTICOLARITÀ DI SATURNO

Gli anelli sono la caratteristica più nota di Saturno: frammenti di ghiaccio che, per la gravità, si sono disposti in cerchio intorno al pianeta. L’altra sua particolarità è avere la più bassa densità di tutto il sistema solare: è così leggero che, se fosse sull’acqua, galleggerebbe!

CURIOSITA' di URANO

E' il settimo pianeta, un'altro gigante gassoso, visibile con un po' di difficoltà anche ad occhio nudo, ma facilmente osservabile con un piccolo telescopio. Fu scoperto nel 1781 da Wiliam Herschel. E' lontanissimo, più del doppio della distanza di Saturno: 19,2 UA. E' stato visitato solo dalla sonda Voyager 2 nel gennaio 1986. Le immagini hanno mostrato la presenza di sistemi nuvolosi e una nebbia di metano.
Il pianeta "rotola" lungo la sua orbita, in quanto l'asse di rotazione è perpendicolare a quello di rivoluzione. Ciò è dovuto a un urto con un grande corpo agli albori del Sistema Solare. Il periodo di rivoluzione è di 84 anni. Ha anelli molto sottili, che sono stati scoperti da terra. Con i suoi 23 satelliti, è il terzo pianeta del Sistema Solare che ne ha di più.

Curiosità di  NETTUNO

Fu scoperto nel 1846 e visitato dalla Voyager 2 nel 1989. I tecnici lottarono con la scarsità di luce disponibile per le riprese della sua superficie, ma alla fine ottennero delle splendide immagini . E' un gigante gassoso e presenta 4 anelli e 8 satelliti. Si trova a 30,1 UA.

Nettuno è l'ottavo pianeta del Sistema Solare per distanza, mentre è il quarto per diametro. Per una ventina d'anni, dal 1979 al 1999, fu pure il pianeta più lontano dal Sole, in quanto Plutone, a causa della notevole eccentricità della sua orbita, si trovava internamente all'orbita di Nettuno.
Poco più piccolo di Urano, fa parte anch'esso del gruppo dei pianeti giganti gassosi, situati tra le orbite degli asteroidi principali (quella che comprende Cerere, Vesta, Giunone e altre centinaia di migliaia d'oggetti più piccoli) e della fascia di Kuiper-Edgeworth, dei quali fanno parte miliardi d'oggetti e alla quale sembrerebbe appartenervi pure Plutone). Mitologicamente Nettuno prende il nome dal dio romano del mare, derivante dal dio greco Poseidone.

Esso è stato visitato sin'ora da una sola sonda spaziale, il Voyager 2, la quale (il 25 agosto 1989) raggiunse la minima distanza dal pianeta. Gran parte delle conoscenze fisico-chimiche sul pianeta le sappiamo grazie a questa missione e solamente negli ultimi anni il Telescopio Spaziale Hubble e i grandi telescopi a Terra, hanno iniziato a studiarlo abbastanza sistematicamente, come il suo "fratello" Urano.

Nettuno misura 49.492 Km di diametro all'equatore e la sua massa è pari a 102.400 miliardi di miliardi di tonnellate (1,024x10²⁹ g), più di 17 volte la massa terrestre; la sua densità media è 1,64 g/cm³, la più alta tra quelle dei pianeti giganti. Orbita ad una distanza di 4.504 milioni di Km dal Sole, compiendo una rivoluzione in 164,79 anni. La sua orbita è inclinata di 1,77 gradi sull'eclittica ed ha un'eccentricità di 0,0097; il pianeta ruota in 16 ore e 7 minuti attorno ad un asse inclinato di 28,31 gradi rispetto al piano orbitale.

Curiosità di  PLUTONE

Fino al 2010  i pianeti del sistema solare erano 9. Tra loro c’era anche Plutone, scoperto nel 1930 dal britannico Clyde Tombaugh. Nel 2006, però, l’Unione astronomica internazionale ha deciso che era troppo piccolo e diverso dagli altri e così è stato... declassato a pianeta nano.

Fu scoperto solamente nel 1930 da Charles Tombaught e per 76 anni è stato considerato il nono pianeta del Sistema Solare. Il 25 agosto 2006, durante l'IAU Congress 2006 di Praga, l'IAU-International Astronomical Union ha ridefinito i parametri per l'identificazione dei pianeti ed è stata introdotta la nuova classe di oggetti denominata "pianeti nani" (dwarf planets), nei quali sono stati inseriti l'ex asteroide Cerere, Plutone, Eris (2003 UB313) e forse altri in futuro. Successivamente gli è stata assegnata anche un'identificazione asteroidale; il suo numero di catalogo diventa pertanto 134340.
Plutone si trova a una distanza media di 39,5 UA dal Sole ed ha un satellite grande la metà del pianeta, Caronte, di 1.100 km di diametro. Non si sa molto di questo corpo, che era sino al 2006 il più piccolo e lontano dei pianeti: ha un diametro di 2.200 km e solo l'Hubble Space Telescope ne ha permesso una mappatura grossolana. E' l'unico oggetto sopra i 2.000 km di diametro a non essere ancora stato visitato da una missione spaziale.
La New Horizons colmerà questa lacuna nel 2015, quando finalmente raggiungerà Plutone e i suoi satelliti. La sua superficie è molto riflettente, probabilmente è composta di ghiaccio di metano e azoto. Ha una debole atmosfera che sublima quando il corpo è prossimo al perielio (avvenuto alla fine degli anni '80 del secolo scorso), la quale si solidifica al suolo dopo qualche decennio d'anni. Si spera che la missione New Horizons lo raggiunga prima che essa sia completamente congelata.
Caronte risulta meno riflettente, forse è ricoperto di ghiaccio d'acqua.
Nel 2005 furono scoperti altri due satelliti: S2005/P1 (Hydra) e S2005/P2 (Nix), lune di piccolissima dimensione (110 e 130 km di diametro rispettivamente). Nell'estate 2011 fu scoperto il satellite S2011/P4, il quale ha un diametro compreso tra 13 e 34 km. Nel giugno 2012 fu scoperto un quinto satellite (P5), denominato S/2012 (134340) 1, il quale è di forma irregolare ed ha un diametro tra 10 e 25 km. E' posizionato su un'orbita quasi circolare con un raggio di 95 mila km dal pianeta.