Lo spazio e i pianeti: storia e caratteristiche

Lo spazio viene considerato come un mondo sconosciuto, infinito, dalle dimensioni non chiaramente identificabili: non c’è, infatti, un confine netto che ne indichi l’inizio e la fine. L’unica cosa certa è che lo spazio, al contrario di quanto si possa pensare, non è un “volume” vuoto ma contiene delle particelle e dell’energia.

Lo spazio viene definito come “l’assenza di materia in un volume di spazio presente tra i corpi celesti”. Lo spazio, noto anche come spazio cosmico, non è totalmente vuoto ma contiene diversi elementi come plasma di Idrogeno ed Elio, materia non direttamente osservabile, energia e campi magnetici.  

L’energia presente nello spazio è caratterizzata da una densità e da una temperatura molto basse: si ipotizza, infatti, che la densità sia pari a pochi atomi di Idrogeno al metro cubo e che la temperatura si aggiri intorno ai 3 K. Tale temperatura è la cosiddetta “radiazione cosmica di fondo”, una radiazione oscillante che viene considerata come il residuo del Big Bang.  

In generale, lo spazio viene considerato come un qualcosa che non ha un inizio e una fine ben identificati. È bene precisare, invece, che esiste una “linea immaginaria” posta a 100 km sul livello del mare, nota come Linea di Kármán, che separa l’atmosfera terrestre, inferiormente, dallo “spazio aperto”, superiormente.  

In realtà, la Linea di Kármán non è una vera e propria linea di demarcazione ma è una linea immaginaria frutto di un’approssimazione di un ingegnere. Egli, dopo numerose osservazioni, giunse alla conclusione che a circa 100 km la densità dell’atmosfera è talmente bassa che qualsiasi velivolo, per tenersi in volo, deve arrivare ad una velocità superiore rispetto a quello orbitale. In base a queste considerazioni, la FAI (Fédération Aéronautique Internationale) considera i voli al di sotto della Linea di Kármán come “voli aeronautici” mentre quelli al di sopra come “voli astronautici”.

Prima di giungere alla conclusione che lo spazio avesse avuto origine dal Big Bang, numerosi studiosi proposero varie teorie. Ad esempio, nel 350 a. C. il filosofo Aristotele propose una teoria chiamata “horror vacui” che significa letteralmente “terrore del vuoto”. La teoria di Aristotele si basava sul concetto che “la natura rifugge il vuoto”: la natura, rifiutando l’idea del vuoto, tendeva a riempire costantemente ogni spazio.     

Mentre in Cina alcuni astronomi consideravano lo spazio come qualcosa di infinito, totalmente vuoto e presente al di là del Sole e delle Stelle, in Italia alcuni scienziati italiani, basandosi sull’idea che l’aria avesse una sua massa e fosse soggetta alla forza di gravità, decisero di provare a costruire uno strumento in grado di produrre il vuoto per poter osservare il suo comportamento all’interno di una colonnina di Mercurio. 

Nel 1650, invece, in Germania venne costruita per la prima volta nella storia una pompa a vuoto: lo studio di questo strumento si rivelò molto utile per una maggiore comprensione della teoria aristotelica. Si giunse quindi alla conclusione che la Terra fosse circondata da una sorta di involucro, l’atmosfera, con una densità inversamente proporzionale all’altezza: man mano che l’altezza aumentava, la densità tendeva progressivamente a diminuire.

Le teorie che si susseguirono sullo studio dello spazio furono numerosissime: alcune sostenevano l’inesistenza di confini dello spazio, altre ritenevano che esistesse un vuoto tra la Terra e la Luna, altre ancora affermavano che lo spazio non fosse vuoto ma fosse riempito di etere luminifero, un materiale attraverso il quale si propagavano le onde elettromagnetiche.    

Ai giorni d’oggi, invece, si ritiene che lo spazio abbia avuto origine dal Big Bang: secondo questa teoria, in un istante iniziale tutta la materia era concentrata in una sfera molto piccola caratterizzata da una densità infinita e da una temperatura elevatissima, mentre in un istante successivo ci sarebbe stata un’esplosione fortissima che avrebbe generato la materia che caratterizza lo spazio.

In seguito all’esplosione, si sarebbe verificato un graduale abbassamento della temperatura, una progressiva aggregazione delle particelle che costituiscono la materia, gli atomi, i nuclei di Idrogeno ed Elio, e la formazione di galassie e Stelle. 

Una prova inconfutabile dell’esistenza del Big Bang è rappresentata dalla radiazione cosmica di fondo, un insieme di radiazioni elettromagnetiche caratterizzate da un’energia molto bassa (con una lunghezza d’onda massimo di 60 cm e minimo di 0,6 mm) e da un comportamento similare a quello dello spettro emesso da un corpo nero. L’intensità di queste radiazioni è uniforme in tutte le direzioni e viene considerata oggi come il residuo fossile dopo l’esplosione iniziale.

Lo spazio è parzialmente vuoto. Esistono delle regioni dello spazio che presentano caratteristiche diverse e che si estendono fino al punto in cui alcuni tipi di venti vengono “sostituiti” da altri. Fondamentalmente le zone spaziali sono quattro: il Geospazio, lo Spazio Interplanetario, lo Spazio Interstellare e lo Spazio Intergalattico. 

Il Geospazio è la regione dello spazio più prossima alla Terra e si estende tra la ionosfera e la magnetopausa.
È costituito da particelle cariche elettricamente, caratterizzate da una densità molto bassa e soggette all’influenza del campo magnetico terrestre. 

Questo insieme di particelle può dar origine a delle tempeste che, unitamente all’azione del vento solare, possono generare delle correnti elettriche nella parte superiore dell’atmosfera. Le correnti elettriche prodotte possono essere la causa di danni permanenti ai satelliti ed essere molto pericolose per la vita degli astronauti durante le missioni spaziali.   

Proprio come accade per la Terra, anche il Geospazio, essendo molto vicino al Sole, è fortemente influenzato dalla sua attività e dalle condizioni ambientali dello Spazio: la pressione del vento solare, ad esempio, riduce il volume del Geospazio in direzione del Sole.    

Lo Spazio Interplanetario, la regione presente intorno al Sole e ai pianeti del Sistema Solare, è caratterizzato da una tenue atmosfera creata dalla costante presenza del vento solare.
Lo Spazio Interplanetario non è completamente vuoto, come si potrebbe pensare, ma è costituito da particelle, plasma, polvere, meteore e varie tipologie di molecole organiche. Come il Geospazio, anche lo Spazio Interplanetario risente dalla forte influenza solare perché contiene al suo interno il campo magnetico generato dal Sole. 

Lo Spazio Interstellare, lo spazio presente all’interno di una galassia in cui non sono presenti Stelle, è costituito da un materiale rarefatto di gas e polvere, noto come medium interstellare, presente tra le Stelle all’interno di ogni galassia. 

La composizione del medium interstellare è rappresentata per circa il 70% da atomi di Idrogeno, Elio e metalli più pesanti che possono essere espulsi dai venti stellari o nel momento in cui le Stelle perdono il loro strato più esterno. 

Anche nel caso dello Spazio Interstellare, l’influenza del Sole è particolarmente marcata a causa della sua vicinanza e dell’interazione di una zona del volume interstellare presente nel Braccio di Orione e nota come Bolla Locale. La Bolla Locale altro non è che una cavità dello Spazio Interstellare, con una densità di Idrogeno variabile ma sempre inferiore al restante Spazio Interstellare e con una temperatura elevatissima, circa 6000 K, fortemente dovuta alla vicinanza col Sole. 

Lo Spazio Intergalattico, lo spazio presente tra le galassie, è formato da un materiale noto come medium intergalattico, caratterizzato principalmente da Idrogeno ionizzato.
Numerosi studi hanno evidenziato che lo Spazio Intergalattico presenta delle temperature piuttosto elevate ed una densità variabile: si riscontra, ad esempio, una densità maggiore nelle galassie rispetto ad altre zone di vuoto. 

I pianeti sono dei corpi celesti caratterizzati da dimensioni inferiori rispetto a quelle delle Stelle. Essi presentano una superficie esterna relativamente più fredda delle restanti zona e ci appaiono molto luminosi perché riflettono la luce solare.

Generalmente i pianeti vengono classificati in base alla loro composizione in pianeti di tipo terrestre, costituiti fondamentalmente da materiali rocciosi e metallici, e pianeti di tipo gioviano, costituiti da elevate percentuali di Elio, Idrogeno e ghiaccio.

Un’ulteriore classificazione si basa sul sistema di appartenenza: se appartengono al Sistema Solare si chiamano “pianeti solari” mentre se non appartengono a tale sistema sono noti come “pianeti extrasolari o esopianeti”.

I pianeti sono caratterizzati da una forma sferoidale e da uno “schiacciamento” intorno ai poli: queste loro caratteristiche sono dovute al moto di rotazione intorno al loro asse, detto asse di rotazione. Un altro moto che contraddistingue i pianeti è il moto di rivoluzione che consiste in un movimento intorno al Sole.