Fisica: il moto dei pianeti

In ordine di distanza dal Sole, i pianeti del Sistema solare sono: Mercurio, Venere, Terra, Marte (chiamati pianeti interni, o terrestri, perché presentano caratteristiche che sono simili a quelle del nostro pianeta), Giove, Saturno, Urano, Nettuno (detti esterni). In questa guida sarà spiegato il moto dei pianeti, nell'ambito della fisica.

Il moto dei pianeti attorno al Sole è regolato dalle tre leggi di Keplero, dal nome dello scienziato che le formulò nel XVII secolo. La prima di queste leggi della fisica ci dice che durante un anno i pianeti si muovono in modo tale che la loro distanza dal Sole non è costante, ma varia continuamente, per modo che raggiungono punti di minima e massima distanza dalla nostra stella. L'orbita che percorrono attorno al Sole non è infatti circolare, ma si dipana lungo un'ellisse, con il Sole che occupa uno dei fuochi.
Per la Terra la distanza media dal Sole è di 150 milioni di chilometri, la minima distanza (detta perielio) è di 147 milioni e la massima (afelio) di 152 milioni. Il perielio si verifica il 3 gennaio, mentre l'afelio il 4 luglio, per cui la Terra è più vicina al Sole in inverno che in estate.

La seconda legge di Keplero sul moto dei pianeti prende in considerazione la velocità con la quale questi corpi si muovono. Anche in questo caso la legge stabilisce che durante l'orbita annuale attorno al Sole tale velocità dei pianeti non è costante, ma è diversa da giorno a giorno. Ma c'è una grandezza che resta sempre costante, e cioè l'area coperta dal raggio vettore che congiunge il pianeta al Sole (detta velocità areolare). Come conseguenza, il pianeta deve percorrere un arco minore quanto più è vicino alla massima distanza dal Sole (e maggiore quanto più è vicino alla minima) e quindi è meno veloce nel punto di massima distanza rispetto al punto di minima distanza dal Sole (v. Figura).

La terza legge di Keplero tira in ballo il tempo di percorrenza dell'intera orbita da parte dei pianeti e la loro distanza dal Sole, mettendoli in relazione tra loro. Più precisamente, stabilisce che, per ogni pianeta, se si fa la divisione tra il quadrato del tempo di rivoluzione e il cubo della distanza media dal Sole, il risultato è sempre lo stesso.
Le leggi di Keplero sono basate sulle osservazioni, offrono una buona descrizione del moto dei pianeti ma non ne chiariscono le cause. Perché, infatti, le orbite dei pianeti sono ellittiche? La risposta è che il moto dei pianeti è una conseguenza della legge di gravitazione universale per cui due corpi si attraggono. I pianeti sono attratti dal Sole e sono costretti a deviare continuamente verso la nostra stella, ma non vi cadono sopra, perché la forza di attrazione del Sole è bilanciata da quella centrifuga che deriva dal moto orbitale stesso.

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