Perché le orbite dei pianeti sono ellittiche? Quali sono le forze che costringono questi a descrivere tali traiettorie? Perché i pianeti ruotano attorno al proprio asse?

Il fenomeno
che obbliga pianeti a ruotare su se stessi e a rivoluire intorno al Sole
dipende da una legge fisica: “La conservazione del momento angolare”,
in parole semplici quando un corpo ruota se non interviene nessuna forza
esterna DEVE continuare a ruotare in eterno. Se per qualche motivo questo
corpo si dovesse dividere in due o più parti, ognuna delle parti conserverebbe
parte del momento angolare del corpo originario, la quantità di moto conservato
è proporzionale alla massa.
Questo è proprio quello che è successo al Sistema Solare all’atto della
sua formazione, infatti la nube protoplanetaria era in rotazione e condensandosi
nel Sole e nei vari pianeti ha conservato intatto, diviso appunto fra
tutti i corpi del Sistema Solare, il suo momento angolare originario.

Parte di questo momento si è anche distribuito nel moto rivolutivo dei
pianeti e ha reso stabile gravitazionalmente il Sistema Solare. Quindi
è la gravità e la conservazione del momento angolare che rendono il Sistema
Solare cinematicamente stabile. La configurazione ellittica delle orbite
è spiegabile in due modi diversi.

Prendendo
in considerazione la gravità newtoniana, le orbite sono descritte dalle
3 leggi di Keplero. Bisogna premettere che le orbite differiscono pochissimo
da un cerchio, a parte Mercurio data la sua vicinanza ad un corpo molto
massiccio come il Sole.
Le leggi di Keplero ci danno il metodo matematico per descrivere le orbite
planetarie, in particolare la prima ci informa che il sole occupa uno
dei due fuochi dell’ellisse, quindi i pianeti passano un po’ più vicini
o un po’ più lontani dal Sole durante il loro peregrinare e per rimanere
stabile devono quindi variare la loro velocità, più celeri quando sono
vicini, più lenti quando sono più lontani. E’ un po’ come un gioco di
equilibrio, le orbite sono ellittiche perché se così non fossero, per
dove è messo il Sole, i pianeti se ne fuggirebbero nello spazio. Probabilmente
l’ellitticità, che ritroviamo anche in strutture cosmologicamente più
massicce come le Galassie è una conseguenza naturale della rotazione.

Un altro
modo per rendere conto delle orbite ellittiche è considerare la gravità
secondo la relatività generale di Einstein. Senza scendere in particolari,
Einstein ha ipotizzato che una massa (in questo caso il Sole) possa curvare
lo spazio-tempo intorno a lei, producendo una specie di “buca gravitazionale”;
un corpo di massa minore che avesse la sventura di superare i confini
di questa buca inizierebbe a spiraleggiare e poi cadrebbe inesorabilmente
nel centro della buca, ma come abbiamo visto nel caso del Sistema Solare,
i pianeti hanno un moto angolare residuo che tenderebbe a farli uscire:
l’equilibrio di questa velocità e della pendenza della “buca” obbligano
i pianeti a girare intorno seguendo orbite ellittiche perché passano alternativamente
in un posto più profondo e meno profondo.

Link correlati:
risposta di Paolo Sirtoli e Nicola Scarpel sulle leggi
di Keplero
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