Learning is beautiful

[Sotto il post in Italiano]

What is a planet? We hear this word very often, but the definition of a planet hasn’t been refined until three years ago. If you look at the night sky for a very long time you will notice all stars rotating around a fixed star (Polaris) in a circular clean orbit. This is shown in the video below (actually is the Earth’s rotation that causes this effect):

But not the planets. They move across the sky in a completely different way. Mercury and Venus are always seen close to the Sun and therefore visible only at sunset and sunrise (see figure 1), while Mars, Jupiter and Saturn move in a Z-like path (figure 2).

That’s the main reason why in the antiquity, planets (together with the Sun and the Moon) were thought to be divine wanderers moving across the sky and influencing the human matters. They were named by the Greeks after the Gods of their pantheon and later assigned their respective Latin names by the Romans: Mercurius (for Hermes) messenger of the gods, Venus (Aphrodite) goddess of love and beauty, Mars (Ares) god of war, Iuppiter (Zues) kind of the gods and Saturnus (Kronos) god of agriculture, justice and strength. In the last century we found out that Venus, even tough is similar to the Earth in size, gravity and composition, has a surface temperature of 500 degrees Celsius, a poisonous carbon dioxide atmosphere, a pressure at the surface 92 times the pressure of Earth’s atmosphere and rains of sulphuric acid that evaporate around 25 km above the surface. If the ancient Greeks knew what was going on on Venus, perhaps they would have thought of it more as an evil presence than as a goddess of love.

Figure 1 Mercury and Venus at sunset

There are 8 known planets in our solar system and over 500 extrasolar planets were found in other systems and we have reason to believe that there are billions out there!

The latest definition of a planet is a celestial body that orbits a star whose mass is enough to be shaped into a sphere by gravity, is not massive enough to cause thermonuclear fusion and has cleared its neighboring region. The last condition is why poor little Pluto was removed from the category.

But why planets move in such a way? (I should note that those are the apparent motions of the planets across the sky).

We now know that all planets move around the sun in a nearly circular orbit; Mercury and Venus are only visible in twilight hours because their orbits are interior to the Earth’s orbit, while Mars Jupiter and Saturn move in a Z-shaped path because they move slower in exterior orbits with respect to the Earth.

Let’s consider the apparent motion of Mars seen from the Earth, for instance. As the Earth and Mars orbit around the sun, Mars appears to advance forwards, then stop and start moving backwards, and then stop and change direction once again to start moving forwards. This is explained very well in the video below. The clip is taken by the new BBC series Wonders of the Solar System, presented by Brian Cox:

We now know that this is just an effect due to the motion of the Earth around the Sun, but imagine being a Greek, a Babylonian or a Roman thousand of years ago trying to understand why Mars is moving this way believing that the Earth is a the centre of the universe! Good luck.

We have come a long way in uncovering the mysteries of nature since then, but there is still so much to understand, so much to discover, so much to learn.

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Che cosa è un pianeta? Abbiamo sentito questa parola molto spesso, ma la definizione di un pianeta non è stata perfezionata fino a tre anni fa. Se guardate il cielo notturno per molto tempo noterete che tutte le stelle ruotano attorno ad una stella fissa (la stella polare) in un’orbita circolare, come viene mostrato nel primo video del post sopra (in realtà è la rotazione della Terra che produce questo effetto).

Ma non i pianeti. I pianeti sembrano muoversi attraverso il cielo in un modo completamente diverso. Mercurio e Venere sono sempre vicini al Sole, e visibli soltanto al tramonto e all’alba (vedi la figura 1), mentre Marte, Giove e Saturno si muovono in un percorso a zig-zag (figura 2).

Figure 2 Il moto apparente di Marte nel cielo

Questa è la ragione principale per cui nell’antichità, i pianeti (insieme al Sole e alla Luna) erano pensati essere oggetti divini che si spostavano attraverso il cielo e che influenzano le vicende umane. I pianeti vennero chiamati con i nomi degli Dei del pantheon dai Greci. In seguito, I romani assegnarono loro i rispettivi nomi latini: Mercurius (per Hermes) messaggero degli dei, Venere (Afrodite) dea dell’amore e della bellezza, Marte (Ares) dio della guerra, Giove (Zues) re degli dei e Saturno (Kronos), dio dell’agricoltura, giustizia e forza. Nel secolo scorso abbiamo scoperto che Venere, anche se è simile alla Terra per dimensioni, gravità e composizione, ha una temperatura superficiale di 500 gradi centigradi, un’atmosfera velenosa di anidride carbonica, una pressione superficiale 92 volte quella sulla Terra e piogge di acido solforico che evaporano a circa 25 km dalla superficie. Se gli antichi Greci avessero saputo che cosa stava succedendo su Venere, forse lo avrebbero immaginato più come una presenza malefica che come un dio dell’amore.

Ci sono 8 pianeti nel nostro sistema solare ed oltre 500 pianeti extrasolari ne sono stati scoperti in altri, ed abbiamo ragione di credere che ce ne siano miliardi! La definizione più recente di un pianeta è un corpo celeste, che orbita attorno ad una stella, la cui massa è sufficiente da essere ridotta in forma sferica dalla gravità, non è abbastanza massiccio da causare fusione termonucleare al suo interno ed ha pulito la sua regione circostante. L’ultima condizione è la ragione per la quale il povero Plutone è stato rimosso dalla categoria.

Ma perché i pianeti si muovono in questo modo? (Vorrei sottolineare che questi sono i moti apparenti dei pianeti nel cielo, visti dalla Terra).

Oggi sappiamo che tutti i pianeti si muovono intorno al Sole in un’orbita quasi circolare, Mercurio e Venere sono visibili solo nelle ore del crepuscolo perché le loro orbite sono interne a quella della Terra, mentre Marte, Giove e Saturno si muovono in un percorso a forma di Z perché si trovano in orbite più lente ed esterne rispetto a quella terrestre.

Consideriamo il moto apparente di Marte visto dalla Terra, per esempio. Mentre la Terra e Marte orbitano il Sole, Marte sembra avanzare, poi fermarsi ed iniziare a muoversi all’indietro, e poi fermarsi e cambiare direzione ancora una volta per iniziare a muoversi in avanti. Questo effetto è illustrato dalla figura qui sotto. Il secondo video sopra da anche una spiegazione del fenomeno ma il video è disponibile soltanto in Inglese (vale la pena guardarlo comunque):

Ora sappiamo che questo è solo un effetto dovuto al moto della Terra intorno al Sole, ma immaginate di essere un Greco, un Babilonese o un Romano migliaia di anni fa cercando di capire perché Marte si sta muovendo in questo modo credendo che la Terra si trovi al centro dell’universo! Buona fortuna.

Abbiamo percorso una lunga strada nello scoprire i misteri della natura da allora, ma c’è ancora così tanto da capire, così tanto da scoprire, così tanto da imparare.