I “giganti gassosi” del Sistema Solare

Gigante gassoso (denominato anche pianeta gioviano) è un termine astronomico generico, inventato dallo scrittore di fantascienza James Blish e ormai entrato nell’uso comune, per descrivere un grosso pianeta che non sia composto prevalentemente da roccia. I giganti gassosi, in realtà, possono avere un nucleo roccioso, ed effettivamente si sospetta che un tale nucleo sia necessario per la loro formazione. La maggior parte della loro massa è tuttavia presente sotto forma di gas (oppure gas compresso in uno stato liquido). A differenza dei pianeti rocciosi, i giganti gassosi non hanno una superficie ben definita. Sono solitamente definiti giganti gassosi i pianeti con massa superiore alle 10 masse terrestri. Un oggetto con massa superiore a 70 volte quella di Giove (cioè 0,08 volte la massa del Sole) ha calore e la pressione tali al suo interno per poter innescare una reazione di fusione nucleare, che trasforma il corpo celeste in una piccola stella. Ci sono poi oggetti di massa minore ma grandi abbastanza per poter innescare la fusione del deuterio, ma non sono considerati pianeti ma nane brune. È stato assunto un limite di 13 masse gioviane oltre il quale un corpo non è più definito pianeta ma nana bruna. Non si tratta di un limite dal preciso significato fisico ma di una convenzione adottata dall’Unione astronomica internazionale, in quanto oggetti di grandi dimensioni bruceranno la maggior parte del loro deuterio e quelli più piccoli ne bruceranno solo una piccola parte.

La quantità di deuterio bruciato dipende non solo dalla massa ma anche dalla composizione del pianeta, in particolare dalla quantità di elio e deuterio presenti. L’Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari ad esempio comprende oggetti fino a 25 masse gioviane, e la Exoplanet Data Explorer fino a 24 masse gioviane. Il sistema solare presenta quattro giganti gassosi: Giove, Saturno, Urano e Nettuno. Giove e Saturno sono costituiti principalmente da idrogeno ed elio, e la maggior parte della sua massa è sotto forma di idrogeno allo stato liquido o metallico, forse con un nucleo roccioso o composto da nichel e ferro. Lo strato esterno è costituito da idrogeno molecolare, che circonda uno strato di idrogeno metallico liquido, con un nucleo fuso probabilmente roccioso e, nel caso di Giove, di 12 000 chilometri di diametro. Gli strati più esterni dell’atmosfera di idrogeno sono caratterizzati da nuvole visibili generalmente composte da acqua e ammoniaca. All’interno, l’idrogeno è definito “metallico” perché la grande pressione lo trasforma in un conduttore elettrico. La composizione degli altri giganti gassosi è simile, ma Urano e Nettuno contengono al loro interno molto meno idrogeno e maggiori quantità di acqua, ammoniaca, e metano per questo sono stati definiti anche giganti ghiacciati. Nonostante la composizione interna non sia ben conosciuta, possono essere presenti anche rocce e gas, ma in misura molto minore. Poiché era ritenuto plausibile che il metano potesse dissociarsi alle altissime pressioni raggiunte nelle profondità dei due pianeti e che il carbonio vi potesse cristallizzare direttamente come diamante, alcuni astronomi ritenevano che i nuclei di Urano e Nettuno fossero composti da diamanti; tuttavia, successive ricerche hanno escluso questa eventualità. Negli strati inferiori, l’idrogeno liquido all’interno dei giganti gassosi è così compresso che diventa di natura metallica. L’ idrogeno metallico è stabile solo a tali enormi pressioni. FOTO: i quattro giganti gassosi  in un fotomontaggio che ne rispetta le dimensioni ma non le distanze; dal basso verso l’alto, Giove, Saturno, Urano e Nettuno.

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