Obiettivi della lezione
- Descrivere le caratteristiche principali di ciascuno dei pianeti interni.
- Confrontare ciascuno dei pianeti interni con la Terra e tra loro.
Vocabolario
- giorno
- piani interni
- piani terrestri
- anno
Introduzione
Quali prove hanno i geologi planetari per determinare la geologia dei pianeti interni? Sulla Terra, gli scienziati possono raccogliere e analizzare la chimica dei campioni, fare la datazione radiometrica per determinare la loro età, e guardare le immagini satellitari per vedere le caratteristiche su larga scala. I rover sono atterrati su Marte e hanno inviato enormi quantità di informazioni, ma gran parte del resto di ciò che si sa sui pianeti interni proviene da immagini satellitari.
I pianeti interni
I pianeti interni, o pianeti terrestri, sono i quattro pianeti più vicini al Sole: Mercurio, Venere, Terra e Marte. La figura qui sotto mostra le dimensioni relative di questi quattro pianeti interni.
Questo composto mostra le dimensioni relative dei quattro pianeti interni. Da sinistra a destra, sono Mercurio, Venere, Terra e Marte.
A differenza dei pianeti esterni, che hanno molti satelliti, Mercurio e Venere non hanno lune, la Terra ne ha una e Marte ne ha due. Naturalmente, i pianeti interni hanno orbite più corte intorno al Sole e girano tutti più lentamente. Geologicamente, i pianeti interni sono tutti fatti di rocce ignee raffreddate con nuclei di ferro, e tutti sono stati geologicamente attivi, almeno all’inizio della loro storia. Nessuno dei pianeti interni ha anelli.
Terra
Anche se la Terra è il terzo pianeta dal Sole questa lezione inizierà qui. Sappiamo molto di più sulla Terra, quindi quello che sappiamo può essere usato per un confronto con gli altri pianeti.
Quali sono le caratteristiche più distintive della Terra? Questa famosa immagine della Terra è stata scattata durante la missione Apollo 17 sulla Luna. Riesci a trovare un uragano? Una tempesta che gira nella direzione opposta all’uragano?
La superficie della Terra e la vita
Come puoi vedere nella figura sopra, la Terra ha vasti oceani di acqua liquida, grandi masse di terra esposte e un’atmosfera dinamica con nuvole di vapore acqueo. La Terra ha anche ghiaccio che copre le sue regioni polari. La temperatura media della superficie terrestre è di 14°C (57°F). L’acqua è liquida a questa temperatura, ma il pianeta ha anche acqua nei suoi altri due stati, solido e gassoso. Gli oceani e l’atmosfera aiutano a mantenere le temperature superficiali della Terra abbastanza costanti.
Ad oggi la Terra è l’unico pianeta conosciuto per avere la vita. La presenza di acqua liquida, la capacità dell’atmosfera di filtrare le radiazioni nocive e molte altre caratteristiche rendono il pianeta particolarmente adatto ad ospitare la vita. La vita e la Terra ora si influenzano a vicenda; per esempio, l’evoluzione delle piante ha permesso all’ossigeno di entrare nell’atmosfera in quantità sufficiente per l’evoluzione degli animali. Anche se la vita non è stata trovata altrove nel sistema solare, altri pianeti o satelliti potrebbero ospitare forme di vita primitive. La vita potrebbe anche essere trovata altrove nell’universo.
Struttura e tettonica a placche
Il calore rimasto dall’accrescimento del pianeta, dalla compressione gravitazionale e dal decadimento radioattivo ha permesso alla Terra di fondersi, probabilmente più di una volta. Mentre si raffreddava, la gravità tirava il metallo nel centro per creare il nucleo. Le rocce più pesanti formarono il mantello e quelle più leggere la crosta.
La crosta terrestre è divisa in placche tettoniche, che si muovono sulla superficie a causa del mantello convettivo sottostante. Il movimento delle placche causa altre attività geologiche, come terremoti, vulcani e la formazione di montagne. Le posizioni di queste caratteristiche sono per lo più legate ai confini di placca attuali o precedenti. La Terra è l’unico pianeta noto per la tettonica a placche.
I movimenti della Terra e i satelliti
La Terra ruota sul suo asse una volta al giorno, per definizione. La Terra orbita intorno al Sole una volta ogni 365,24 giorni, che è definito come un anno. La Terra ha una grande luna, che orbita intorno alla Terra una volta ogni 29,5 giorni, un periodo noto come mese.
La luna della Terra è l’unica grande luna che orbita intorno a un pianeta terrestre nel sistema solare. La Luna è coperta di crateri; ha anche grandi pianure di lava. L’enorme numero di crateri suggerisce che la superficie della Luna è antica. Ci sono prove che la Luna si è formata quando un grande oggetto – forse grande quanto il pianeta Marte – ha colpito la Terra in un lontano passato (Figura sotto).
Oltre alla Luna, la Terra è orbitata da una grande quantità di detriti spaziali, resti di satelliti e stadi di razzi.
Mercurio
Il pianeta più piccolo, Mercurio, è il pianeta più vicino al Sole. Poiché Mercurio è così vicino al Sole, è difficile da osservare dalla Terra, anche con un telescopio. Tuttavia, la sonda Mariner 10, mostrata nella figura qui sotto, ha visitato Mercurio dal 1974 al 1975. La navicella MESSENGER studia Mercurio in dettaglio dal 2005. La navicella è attualmente in orbita attorno al pianeta, dove sta creando mappe dettagliate. MESSENGER sta per Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging.
(a) Mariner 10 ha fatto tre flybys di Mercurio nel 1974 e 1975. (b) Un’immagine del 2008 compilata da un flyby di MESSENGER.
Come mostra la figura qui sotto, la superficie di Mercurio è coperta di crateri, come la luna della Terra. Gli antichi crateri da impatto significano che per miliardi di anni Mercurio non è cambiato molto dal punto di vista geologico. Inoltre, con pochissima atmosfera, i processi di invecchiamento e di erosione non consumano le strutture del pianeta.
Mercurio è coperto di crateri, come la luna della Terra. MESSENGER ha scattato foto estremamente dettagliate della superficie del pianeta.
Ci sono molte immagini, filmati e attività sul sito di MESSENGER: http://messenger.jhuapl.edu/index.php.
Anno breve, giorni lunghi
Mercurio prende il nome dal dio messaggero romano, che poteva correre molto velocemente, proprio come il pianeta si muove molto velocemente nella sua orbita intorno al Sole. Un anno su Mercurio – la durata dell’orbita del Sole – è di soli 88 giorni terrestri.
Nonostante gli anni molto brevi, Mercurio ha giorni molto lunghi. Un giorno è definito come il tempo che un pianeta impiega a girare sul proprio asse. Mercurio ruota lentamente sul suo asse, girando esattamente tre volte per ogni due volte che orbita intorno al Sole. Pertanto, ogni giorno su Mercurio è lungo 57 giorni terrestri. In altre parole, su Mercurio un anno è lungo solo un giorno e mezzo!
Temperature estreme
Mercurio è vicino al Sole, quindi può diventare molto caldo. Tuttavia, Mercurio non ha praticamente un’atmosfera, non ha acqua per isolare la superficie e ruota molto lentamente. Per queste ragioni, le temperature sulla superficie di Mercurio variano molto. Alla luce diretta del sole, la superficie può essere calda fino a 427°C (801°F). Sul lato oscuro, o nell’ombra all’interno dei crateri, la superficie può essere fredda come -183°C (-297°F)! Anche se la maggior parte di Mercurio è estremamente secca, gli scienziati pensano che ci possa essere una piccola quantità di acqua sotto forma di ghiaccio ai poli di Mercurio, in aree che non ricevono mai la luce diretta del sole.
Un nucleo di metallo liquido
La figura sottostante mostra un diagramma dell’interno di Mercurio. Mercurio è uno dei pianeti più densi. Il suo nucleo relativamente grande e liquido, fatto principalmente di ferro fuso, occupa circa il 42% del volume del pianeta.
Mercurio contiene una crosta sottile, un mantello e un grande nucleo liquido ricco di ferro.
Venere
Nominato come la dea romana dell’amore, Venere è l’unico pianeta che porta il nome di una donna. Le spesse nuvole di Venere riflettono bene la luce del sole, quindi Venere è molto luminoso. Quando è visibile, Venere è l’oggetto più luminoso nel cielo oltre al Sole e alla Luna. Poiché l’orbita di Venere è all’interno di quella della Terra, Venere appare sempre vicino al Sole. Quando Venere sorge poco prima del sorgere del Sole, l’oggetto luminoso viene chiamato stella del mattino. Quando tramonta subito dopo il tramonto del Sole, è la stella della sera.
Tra i pianeti, Venere è il più simile alla Terra per dimensioni e densità. Venere è anche il nostro vicino più prossimo. La struttura interna del pianeta è simile a quella della Terra, con un grande nucleo di ferro e un mantello di silicati (figura sotto). Ma la somiglianza tra i due pianeti interni finisce qui.
Scopri di più su Venere al seguente link: http://www.nasa.gov/worldbook/venus_worldbook.html.
L’interno di Venere è simile a quello della Terra. Questa rotazione è estremamente lenta, solo un giro ogni 243 giorni. Questo è più lungo di un anno su Venere – Venere impiega solo 224 giorni per orbitare intorno al Sole.
Atmosfera estrema
Venere è coperto da uno spesso strato di nuvole, come mostrato nelle immagini di Venere scattate a lunghezze d’onda ultraviolette (Figura sotto).
Questa immagine ultravioletta del Pioneer Venus Orbiter mostra spessi strati di nuvole nell’atmosfera di Venere.
Le nuvole di Venere non sono fatte di vapore acqueo come quelle della Terra. Le nuvole su Venere sono fatte principalmente di anidride carbonica con un po’ di anidride solforosa – e contengono anche acido solforico corrosivo. Poiché l’anidride carbonica è un gas serra, l’atmosfera intrappola il calore del Sole e crea un potente effetto serra. Anche se Venere è più lontano dal Sole di Mercurio, l’effetto serra rende Venere il pianeta più caldo. Le temperature in superficie raggiungono i 465°C (860°F). Questo è abbastanza caldo da fondere il piombo.
L’atmosfera di Venere è così spessa che la pressione atmosferica sulla superficie del pianeta è 90 volte superiore a quella della superficie terrestre. La densa atmosfera oscura totalmente la superficie di Venere, anche alle navicelle che orbitano intorno al pianeta.
Superficie di Venere
Siccome le navicelle non possono vedere attraverso la spessa atmosfera, il radar viene usato per mappare la superficie di Venere. Molte caratteristiche trovate sulla superficie sono simili a quelle della Terra, eppure sono molto diverse. La figura qui sotto mostra una mappa topografica di Venere prodotta dalla sonda Magellan usando il radar.
Questa immagine a falsi colori di Venere è stata fatta dai dati radar raccolti dalla sonda Magellan tra il 1990 e il 1994. Quali caratteristiche puoi identificare?
Le sonde orbitanti hanno usato il radar per rivelare montagne, valli e canyon. La maggior parte della superficie ha grandi aree di vulcani circondati da pianure di lava. Infatti, Venere ha molti più vulcani di qualsiasi altro pianeta del sistema solare e alcuni di questi vulcani sono molto grandi.
La maggior parte dei vulcani non sono più attivi, ma gli scienziati hanno trovato prove che c’è del vulcanismo attivo (Figura sotto). Pensa a quello che sai sulla geologia della Terra e su cosa produce i vulcani. Cosa suggerisce la presenza di vulcani sulla geologia di Venere? Quali prove cercheresti per trovare le cause del vulcanismo su Venere?
Questa immagine del vulcano Maat Mons con letti di lava in primo piano è stata generata da un computer da dati radar. Il colore arancione-rossastro è vicino a quello che gli scienziati pensano sia il colore della luce solare sulla superficie di Venere.
Venere ha anche pochissimi crateri da impatto rispetto a Mercurio e alla Luna. Qual è il significato di questo? Anche la Terra ha meno crateri da impatto di Mercurio e della Luna. È per lo stesso motivo che Venere ha meno crateri da impatto?
È difficile per gli scienziati capire la storia geologica di Venere. L’ambiente è troppo duro perché un rover possa andarci. È ancora più difficile per gli studenti capire la storia geologica di un pianeta lontano sulla base delle informazioni fornite qui. Tuttavia possiamo mettere insieme alcune cose.
Sulla Terra, il vulcanismo si genera perché l’interno del pianeta è caldo. Gran parte dell’attività vulcanica è causata dall’attività tettonica a placche. Ma su Venere, non ci sono prove di confini di placca e le caratteristiche vulcaniche non si allineano come fanno ai confini di placca.
Perché la densità dei crateri da impatto può essere usata per determinare l’età della superficie di un pianeta, il piccolo numero di crateri da impatto significa che la superficie di Venere è giovane. Gli scienziati pensano che ci sia una frequente riemersione di Venere in tutto il pianeta, con vulcanismo che ha luogo in molti luoghi. La causa è il calore che si accumula sotto la superficie e che non ha scampo, finché alla fine distrugge la crosta e provoca i vulcani.
Marte
Marte è il quarto pianeta dal Sole, e il primo pianeta oltre l’orbita terrestre (figura sotto). Marte è molto diverso dalla Terra e tuttavia più simile di qualsiasi altro pianeta. Marte è più piccolo, più freddo, più secco e sembra non avere vita, ma i vulcani sono comuni a entrambi i pianeti e Marte ne ha molti.
Marte è facile da osservare, quindi Marte è stato studiato più a fondo di qualsiasi altro pianeta extraterrestre. Sonde spaziali, rover e satelliti orbitanti hanno fornito informazioni ai geologi planetari. Anche se nessun uomo ha mai messo piede su Marte, sia la NASA che l’Agenzia Spaziale Europea hanno fissato l’obiettivo di mandare persone su Marte tra il 2030 e il 2040.
Trova tutto quello che vuoi sapere su Marte su http://mars.jpl.nasa.gov/extreme/.
Questa immagine di Marte, scattata dal telescopio spaziale Hubble nell’ottobre 2005, mostra il colore rosso del pianeta, una piccola calotta di ghiaccio sul polo sud e una tempesta di polvere.
Un pianeta rosso
Visto dalla Terra, Marte è di colore rossastro. Gli antichi greci e romani chiamarono il pianeta come il dio della guerra. Ma la superficie non è rossa per il sangue, ma per le grandi quantità di ossido di ferro nel suolo.
L’atmosfera marziana è molto sottile rispetto a quella terrestre e ha una pressione atmosferica molto più bassa. Anche se l’atmosfera è composta principalmente da anidride carbonica, il pianeta ha solo un debole effetto serra, quindi le temperature sono solo leggermente più alte che se il pianeta non avesse un’atmosfera.
Le caratteristiche della superficie
Marte ha montagne, canyon e altre caratteristiche simili alla Terra. Alcune di queste caratteristiche di superficie sono sorprendenti per le loro dimensioni! Olympus Mons è un vulcano a scudo, simile ai vulcani che formano le isole Hawaii. Ma Olympus Mons è anche la più grande montagna del sistema solare (Figura sotto).
Olympus Mons si trova a circa 27 km (16,7 miglia/88.580 piedi) sopra la superficie marziana, più di tre volte più alto del Monte Everest. La base del vulcano è grande quanto lo stato dell’Arizona.
Marte ha anche il più grande canyon del sistema solare, le Valles Marineris (figura sotto).
Marte ha più crateri da impatto della Terra, ma meno della Luna. Un video che confronta le caratteristiche geologiche di Marte e della Terra è visibile qui: Mars tectonics video http://news.discovery.com/videos/space-3-questions-mars-tectonics.html
C’è acqua su Marte?
L’acqua non può rimanere in forma liquida su Marte perché la pressione atmosferica è troppo bassa. Tuttavia, c’è molta acqua sotto forma di ghiaccio e persino di calotte di ghiaccio prominenti (figura sotto). Gli scienziati pensano anche che ci sia molta acqua ghiacciata sotto la superficie marziana. Questo ghiaccio può sciogliersi quando i vulcani eruttano, e l’acqua può scorrere temporaneamente sulla superficie.
La calotta polare nord di Marte.
Gli scienziati pensano che una volta l’acqua scorreva sulla superficie marziana perché ci sono caratteristiche di superficie che sembrano canyon erosi dall’acqua (figura sotto). La presenza di acqua su Marte, anche se ora è congelata come ghiaccio, suggerisce che potrebbe essere stata possibile l’esistenza di vita su Marte in passato.
Il rover di Marte ha raccolto ciuffi arrotondati di cristalli che, sulla Terra, sono noti per formarsi in acqua.
Due lune marziane
Marte ha due lune molto piccole che sono corpi rocciosi irregolari (Figura sotto). Phobos e Deimos prendono il nome da personaggi della mitologia greca – i due figli di Ares, che seguirono il padre in guerra. Ares equivale al dio romano Marte.
Marte ha due piccole lune, Phobos (sinistra) e Deimos (destra). Entrambe sono state scoperte nel 1877 e si pensa che siano asteroidi catturati.
KQED: Alla ricerca della vita su Marte
Il Mars Science Laboratory è stato lanciato il 26 novembre 2011 e cercherà qualsiasi prova che il Pianeta Rosso era una volta in grado di sostenere la vita. Curiosity è un rover delle dimensioni di un’auto che sta perlustrando il pianeta rosso alla ricerca di indizi; è atterrato nell’agosto 2012. Per saperne di più:http://science.kqed.org/quest/video/searching-for-life-on-mars/.
Riassunto della lezione
- I quattro pianeti interni, o pianeti terrestri, hanno superfici solide e rocciose.
- La Terra, il terzo pianeta dal Sole, è l’unico pianeta con grandi quantità di acqua liquida, e l’unico pianeta conosciuto per sostenere la vita. La Terra ha una grande luna rotonda.
- Mercurio è il pianeta più piccolo ed è il più vicino al Sole. Con la sua atmosfera estremamente sottile, Mercurio ha una grande escursione termica. Come la Luna, è coperto di crateri.
- Venere è il secondo pianeta dal Sole e il più vicino alla Terra, per distanza e dimensioni. Con la sua atmosfera spessa e corrosiva, la temperatura superficiale è estremamente alta.
- Venere ha aree montuose, così come vulcani circondati da pianure di lava.
- Marte è il quarto pianeta dal Sole. Marte è di colore rossastro e ha la più grande montagna e il più grande canyon del sistema solare. Ha due piccole lune.
- Il ghiaccio d’acqua si trova nelle calotte polari e sotto la superficie di Marte.
Domande di ripasso
1. Nominate i pianeti interni dal Sole verso l’esterno. Poi nominali dal più piccolo al più grande.
2. Perché le temperature su alcuni pianeti variano ampiamente? Perché alcune temperature sono molto meno variabili?
3. Perché Venere ha temperature più alte di Mercurio?
4. Come sono fatte le mappe di Venere?
5. Dì due modi principali in cui la Terra è diversa da qualsiasi altro pianeta.
6. Perché Marte è rosso?
7. Supponiamo che tu stia pianificando una missione su Marte. Identifica due posti dove potresti essere in grado di ottenere acqua sul pianeta. Perché è importante?
Altre letture / Link integrativi
Punti da considerare
- Il primo uomo potrebbe raggiungere Marte nei prossimi decenni. Quali condizioni dovranno affrontare? Perché pensi che andremo su Marte invece che su Mercurio o Venere?
- Perché i quattro pianeti interni sono chiamati pianeti terrestri? Come potrebbe essere un pianeta se non fosse un pianeta terrestre?