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.

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L'astronomia affonda le sue radici in tempi molto remoti. Già il popolo sumero e quello babilonese si erano avvicinati allo studio degli astri. Ma, in particolare nel VI secolo a.C., si cominciò a ricercare una logica che unisse i fenomeni naturali. Con la loro osservazione, la scuola filosofica di Mileto realizzò delle ipotesi e creò delle carte nautiche. Nello stesso secolo Pitagora sviluppò un progetto secondo il quale la Terra era sferica. Ipotizzò anche che gli astri dovessero seguire la legge dei numeri. Ed, infine, che le orbite dei corpi celesti fossero circolari. Nei secoli successivi gli studi astronomici e matematici si andarono via via sviluppando. Per moltissimo tempo due scuole di pensiero sostennero delle ipotesi diverse. Una basata sul sistema cosiddetto "geocentrico", in cui appunto la Terra (Geo) era al centro dell'universo, con il moto dei pianeti in traiettoria circolare. Mentre l'altra presupponeva un sistema eliocentrico, in cui il Sole (Elio) era fisso come tutte quante le stelle. E che, pertanto, era la Terra a girarvi attorno. Fu poi l'astronomo greco Tolomeo a perfezionare quest'ultima teoria. Ma solo nel XVI secolo Copernico, astronomo polacco, elaborò dei ragionamenti matematici per analizzarla al meglio. I suoi studi, benché approfonditi, lo portarono però erroneamente a ritenere che al centro dell'universo vi fosse il Sole. Il primo in assoluto a comprendere che le stelle non sono fisse e che l'orbita dei corpi celesti del sistema solare non è circolare, ma ellittica, fu lo scienziato tedesco Keplero.

Il moto dei pianeti attorno al Sole è regolato dalle tre leggi di Keplero, così denominate per via 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. Infatti varia continuamente, in modo da raggiungere 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 diversa da giorno a giorno. Esiste però una grandezza che resta sempre costante. 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 quindi maggiore quanto più è vicino alla minima. Risulta pertanto meno veloce nel punto di massima distanza rispetto al punto di minima distanza dal Sole.

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 divide il quadrato del tempo di rivoluzione con 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. Difatti la forza di attrazione del Sole è bilanciata da quella centrifuga che deriva dal moto orbitale stesso.

• Il sistema solare interattivo
• http://www.brera.inaf.it/~covino/DVG/planetv/1/L14_04S.html

• Le leggi di Keplero
• Filosofia: il pensiero di Keplero