Ma quanto è grande il Sistema Solare?

La notizia della possibile presenza ben oltre l’orbita di Nettuno di un nono pianeta con la “p” maiuscola, ovvero uno che soddisfi tutti i requisiti riformulati qualche anno fa dalla IAU, quelli stessi che invece ‘declassarono’ Plutone, sta rimbalzando un po’ ovunque in tutto il mondo. L’articolo dei ricercatori del Caltech Konstantin Batygin e Mike Brown, tutto teorico e basato su simulazioni al calcolatore, sostanzialmente afferma che ‘non può non esserci’ un oggetto celeste della massa pari a dieci Terre e che si possa trovare a una distanza dal Sole di circa 20 volte superiore a quella che compete a Nettuno. Tradotto in altri termini, il nono pianeta orbiterebbe a 90 miliardi di chilometri dal Sole. Dunque, il nostro Sistema solare è diventato di colpo più grande? Per capire meglio come stanno le cose abbiamo rivolto qualche domanda a Giovanni Valsecchi, ricercatore dell’INAF presso l’Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali di Roma, esperto di meccanica celeste.

Dunque, partiamo dall’inizio ovvero dall’articolo dei due ricercatori del California Institute of Technology…

L’articolo, molto tecnico, descrive le idee, le simulazioni e i risultati dello studio teorico portato avanti da Konstantin Batygin e Mike Brown. Da un paio di anni, nella comunità scientifica che si occupa della parte esterna del Sistema solare si sta cercando di capire se una certa concentrazione di alcuni dei parametri (che descrivono le orbite degli oggetti più esterni della cosiddetta Fascia di Kuiper, al di là della regione palentaria) abbia una causa fisica o no. La filosofia generale del lavoro è simile a quella che ha portato alla scoperta di Nettuno. L’idea che sta dietro l’articolo è quella di incitare la comunità astronomica a cercare il pianeta di cui loro parlano. Se questo pianeta esistesse veramente, avrebbe anche delle conseguenze su quello che noi conosciamo riguardo alla parte più interna della Nube di Oort, perché questo pianeta si troverebbe fra la zona di confine della regione planetaria e la Nube di Oort interna.

Sappiamo già che ci sono diversi corpi celesti oltre l’orbita di Nettuno e Plutone. Ma sembrava difficile che potessero essercene di grandi come quello annunciato nel lavoro di Batygin e Mike Brown.

In effetti i ricercatori parlano di un pianeta di una decina di masse terrestri. Un valore interessante perché nel Sistema solare abbiamo 4 pianeti interni (di cui il più grande è la Terra) e che hanno masse terrestri (come la Terra e Venere) o inferiori (come Mercurio e Marte), e 4 pianeti esterni, con i 2 giganti gassosi (Giove e Saturno che hanno fino a 300 masse terrestri e sono composti soprattutto da gas concentrati attorno a un nucleo solido) e poi Urano e Nettuno, ben più piccoli di Saturno e Giove, ma comunque molto più grandi della Terra (intorno alla ventina di masse terrestri). Nel Sistema solare sembra esserci un vuoto in questo intervallo di masse. E’ curioso, invece, che nei sistemi extrasolari che si stanno scoprendo, questa regione di masse è tutt’altro che vuota, anzi sono stati scoperti moltissimi oggetti con masse dalle 5 alle 10 volte quella della Terra. Se anche il Sistema solare avesse un pianeta di 10 masse terrestri e in un’orbita così curiosa e così diversa da quelle dei pianeti che siamo abituati a considerare, certo sarebbe una scoperta non da poco.

Ma allora, se c’è veramente un oggetto di questa taglia, seppure a distanze così elevate, come è possibile che nonostante i nostri super telescopi da terra e dallo spazio non lo abbiamo ancora scovato, e dobbiamo affidarci a predizioni per aiutarci per immortalarlo definitivamente?

La copertura del cielo da parte di telescopi potenti è oggi molto più accurata e più completa, ma non bisogna trascurare vari aspetti. Ad esempio questo oggetto potrebbe esistere già, magari è stato già osservato e anche scartato in passato. Oggi c’è una grande copertura del cielo, sia per scoprire oggetti fuori dal Sistema solare che per scoprire asteroidi che posso passare vicino alla Terra. Di solito dietro il telescopio non c’è un uomo, bensì una macchina e quindi un calcolatore abituato a filtrare tutta una serie di individuazioni di oggetti che non sono l’obiettivo della ricerca in corso. Potrebbe succedere in futuro, nel caso venisse confermata l’esistenza del pianeta, di ritrovare la sua posizione su immagini prese ed archiviate senza notarlo.

Dalla teoria però, bisognerà passare alla pratica, ovvero confermare o smentire l’esistenza del pianeta. In che modo?

Su questo fondamentale aspetto vedo tre possibili linee d’azione. La più ovvia è quella di andare a cercare il pianeta, perché, per quanto vaga sia l’indicazione fornita dall’articolo, comunque c’è una striscia di cielo dove si potrebbe trovare questo oggetto. Si potrebbe poi riesaminare la stessa linea di cielo in tutte le immagini già prese negli scorsi decenni. Infine, è necessario capire se l’esistenza di questo nono pianeta ha delle conseguenze finora mai immaginate su ciò che conosciamo del Sistema solare esterno, quindi sugli oggetti transnettuniani e sulle comete della Nube di Oort. Bisognerebbe rivedere i calcoli e le simulazioni fatti finora.
di Marco Galliani (INAF)

Planet Nine: tracce d’un nono pianeta (10 volte la massa della Terra)

Nessuno l’ha mai visto, non ancora. Ma i due ricercatori che hanno firmato lo studio,Konstantin Batygin e Mike Brown del Caltech – il Californian Institute of Technology – assicurano che le prove, questa volta, ci sono. Prove di cosa? Dell’esistenza, niente meno, d’un nuovo pianeta ai confini del Sistema solare. Battezzato in fretta e furia “Planet Nine”, il nuovo arrivato – se davvero ne sarà confermata l’esistenza, il condizionale è più che mai d’obbligo – non sarebbe un oggettino in bilico fra grosso asteroide e pianeta nano, tutt’altro: se i calcoli sono corretti, parliamo di un mondo extra-large, un gigante con una massa pari a grosso modo 10 volte quella della Terra. Insomma, un mondo la cui stazza è assai più simile a quella d’Urano o Nettuno che non a quella del declassato Plutone. «Questo sarebbe un vero e proprio nono pianeta. Dall’antichità a oggi sono stati scoperti solo due veri nuovi pianeti», sottolinea Brown, «e questo sarebbe il terzo. Si tratta di un tassello piuttosto importante del nostro Sistema solare che ancora ci sfugge, il che è alquanto eccitante». Un mondo remoto in tutti i sensi, questo Planet Nine: la sua orbita sarebbe circa 20 volte più lontana dal Sole di quanto non sia quella di Nettuno (che pure viaggia alla bellezza di circa quattro miliardi e mezzo di km di distanza dalla nostra stella), e un anno, lassù, durerebbe fra i 10 e i 20 mila anni terrestri. Ma se ancora nessun telescopio è riuscito a individuarlo, di che prove stiamo parlando? Dei risultati di modelli matematici e simulazioni al computer, spiegano i due ricercatori. Modelli messi a punto per spiegare le orbite anomale di alcuni oggetti osservati nella Fascia di Kuiper, sei in particolare (vedi immagine qui sopra). Costretti via via a escludere ipotesi meno rivoluzionarie (come, per esempio, la presenza di un corpo di dimensioni minori), a Batygin e Brown, per far tornare i conti, non è rimasto che prendere in considerazione l’ipotesi di un pianeta gigante. E i conti hanno cominciato a tornare. «Benché all’inizio fossimo alquanto scettici circa la possibilità che questo pianeta potesse esistere, continuando a indagare la sua orbita e a valutare cosa significherebbe per il Sistema solare esterno, ci siamo sempre più convinti che sia proprio là fuori», dice Batygin. «Per la prima volta in oltre 150 anni, ci sono prove solide secondo le quali il censimento planetario del Sistema solare è incompleto». Lo studio è uscito oggi su Astronomical Journal, e la palla passa ora ai telescopi, a partire dai giganti hawaiiani della classe 10 metri, Keck e Subaru. «Certo, sarei entusiasta di trovarlo», confida Brown a proposito del “suo” pianeta, «ma sarei comunque felicissimo anche se a trovarlo fosse qualcun altro. È per questo che abbiamo pubblicato il nostro articolo: speriamo che altre persone ne traggano ispirazione per mettersi a cercare». Lo studio, come dicevamo, è appena uscito. Promettiamo di approfondirlo meglio domani, sempre qui su Media INAF, con qualche dettaglio in più e con l’aiuto di esperti dell’INAF.
Guarda l’animazione sull’orbita di Planet Nine sul sito INAF
di Marco Malaspina (INAF)

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.

Il Dna della Terra è lo stesso della Luna

Lo studio di una nuova “impronta digitale” isotopica della Luna, condotto da un gruppo di ricercatori dell’Università del Maryland (UMD), potrebbe fornire il tassello mancante per spiegare la sua origine. Per la prima volta, gli scienziati hanno potuto mettere sul banco di prova il modello comunemente accettato per la formazione della Luna analizzando le tracce inaspettatamente simili di un isotopo del tungsteno presente su entrambi i corpi celesti. I risultati suggeriscono che l’impatto con la Terra di un corpo roccioso della taglia di Marte fu così violento che i detriti si mescolarono prima di aggregarsi per formare quello che in seguito diventerà il nostro satellite naturale. Un confronto tra le “impronte digitali” della Terra e della Luna conferma l’esistenza di una interconnessione violenta avvenuta nel passato. Gli astronomi ritengono che nei primi 150 milioni di anni, dopo la formazione del Sistema Solare, un corpo celeste di dimensioni enormi, simile a Marte, colpì la primitiva Terra producendo a seguito dell’impatto una gigantesca “nube” di roccia e detriti che furono espulsi verso lo spazio.

Nel corso del tempo, questa nube si sarebbe aggregata per formare la Luna. Per quasi 30 anni, gli scienziati planetari hanno accettato questa spiegazione, detta teoria dell’impatto gigante, tenendo presente, però, un fatto importante. Anche se questo scenario si può considerare valido nel momento in cui si guarda alla dimensione della Luna e al suo moto orbitale attorno alla Terra, le cose iniziano a non essere più valide, anche se di poco, quando si confrontano le rispettive composizioni isotopiche, cioè l’equivalente geologico di una sorta di “impronta digitale del DNA”. In altre parole, la Terra e la Luna sono, per certi aspetti, molto simili. L’eccezione presente in questa spiegazione è dovuta al fatto che la Luna dovrebbe contenere tracce isotopiche di un corpo celeste estraneo, che gli astronomi hanno chiamato Theia. Nella mitologia greca, Theia, o Tea, è una titanide, sorella e moglie di Iperione, madre di Elio (dio del Sole), Selene (dea della Luna) ed Eos (dea dell’aurora), e il suo nome, da solo, significa proprio dea. Dato che questo oggetto è arrivato da qualche regione del Sistema Solare primordiale, molto probabilmente esso doveva possedere un “DNA isotopico” molto diverso da quello della Terra primitiva. «Il problema è che la Terra e la Luna sono molto simili in termini della loro composizione isotopica, il che suggerisce che essi si sono formati in definitiva dallo stesso materiale che si era accumulato durante le fasi primordiali della storia del Sistema Solare», spiega Richard Walker un professore di geologia dell’Università del Maryland e co-autore dello studio pubblicato su Nature. «Si tratta di un fatto sorprendente poiché ci aspettiamo che il corpo celeste, da cui si è originata la Luna e che doveva avere le dimensioni di Marte, doveva essere molto diverso dalla Terra. Dunque, ora il paradigma è che la Terra e la Luna non dovrebbero essere molto simili». Nel corso degli ultimi anni, sono state proposte varie teorie per spiegare le similitudini tra la Terra e la Luna. Forse l’impatto creò un gigantesco anello di detriti che si mescolarono con il materiale espulso dalla Terra per poi successivamente aggregarsi e dar luogo alla formazione del nostro satellite naturale. Oppure, Theia potrebbe essere stata, per un caso fortuito, molto simile alla giovane Terra dal punto di vista della composizione isotopica. Ma una terza possibilità vuole che la Luna si sia formata dal materiale terrestre, piuttosto che da Theia, anche se in questo caso si sarebbe trattato di uno strano tipo di impatto. Per tirar fuori una spiegazione, Walker e il suo team hanno esaminato un altro fenomeno ben documentato che risale alla storia primordiale del Sistema Solare. L’evidenza suggerisce che sia la Terra che la Luna abbiano accumulato nel corso del tempo del materiale aggiuntivo dopo l’impatto principale e che la Terra ne abbia accumulato una quantità maggiore. Queste detriti e polvere contenevano una elevata percentuale di tungsteno e una quantità relativamente minima doveva essere costituita dal suo isotopo più leggero, noto come tungsteno-182. Dunque, se mettiamo insieme questi fatti ci si aspetta che la Terra debba avere una quantità di tungsteno-182 inferiore rispetto alla Luna. Inoltre, confrontando le rocce della Luna con quelle della Terra, Walker e colleghi hanno trovato che la Luna possiede una proporzione leggermente più elevata di tungsteno-182. Il punto sta proprio nel determinare questa differenza. «La più piccola, se pur significativa, differenza di composizione isotopica del tungsteno presente nella Terra e nella Luna corrisponde perfettamente alle diverse quantità di materiale che venne accumulato dalla Terra e dalla Luna dopo l’impatto», continua Walker. «Ciò vuol dire che, subito dopo che si formò la Luna, essa doveva avere esattamente la stessa composizione isotopica del mantello terrestre». Questi risultati supportano l’ipotesi secondo cui la massa del materiale creatosi dall’impatto, e che più tardi formerà la Luna, si deve essere mescolata prima che iniziasse il processo di aggregazione e di raffreddamento della Luna. Ciò spiegherebbe sia le ampie similitudini relative alla composizione isotopica che le minime differenze di percentuale relative all’isotopo del tungsteno-182. Inoltre, queste analisi escludono un’altra ipotesi in base alla quale il corpo celeste impattante abbia avuto una composizione isotopica simile oppure che la Luna si sia formata dal materiale contenuto nel corpo celeste impattante prima della collisione con la Terra. In entrambi i casi, sarebbe estremamente improbabile vedere una correlazione così perfetta tra il tungsteno-182 e la quantità di materiale accumulato dalla Terra e dalla Luna dopo l’impatto. «Questo risultato ci permette comunque di fare un passo avanti verso la comprensione della stretta connessione tra i due corpi celesti. Abbiamo bisogno di lavorarci ancora di più per approfondire i dettagli delle nostre analisi ma è certo che il nostro Sistema Solare primordiale doveva essere un luogo davvero caotico», conclude Walker. Nella foto illustrazione artistica della collisione dei due corpi celesti. Gli scienziati ritengono che sia stato questo impatto a formare la Luna nei primi 150 milioni di anni dopo la nascita del Sistema Solare. Credit: NASA/JPL-Caltech.
di Corrado Ruscica (INAF)

Nube Interstellare Locale

La Nube Interstellare Locale è una nube interstellare estesa per circa 30 anni luce attraverso la quale si sta muovendo attualmente il Sistema solare. Non è del tutto chiaro se il Sole si trovi proprio immerso nella nube o se si situi nella regione dove la nube interagisce con le strutture confinanti.
Si ritiene che il Sole sia entrato in questa nube in un periodo compreso tra 44 000 e 150 000 anni fa e che vi resterà per i prossimi 10 000 – 20 000 anni.
La nube ha una temperatura (in condizioni standard) di circa 6000 K,[2] più o meno la stessa temperatura della superficie del Sole. Tuttavia la sua capacità termica specifica è piuttosto limitata a causa della densità estremamente bassa, stimata in 0,26 atomi al centimetro cubo, inferiore a quella del mezzo interstellare della nostra Galassia (0,5 atomi/cm3), ma circa cinque volte quella della Bolla Locale (0,05 atomi/cm3) che circonda la nube.[3][4] Per raffronto, l’atmosfera terrestre, in condizioni standard, ha una densità di 2,7 × 1019 molecole al cm3, e ancora di 52 milioni a 150 km.[5].
La nube si è formata a partire dall’incontro tra la Bolla Locale e la Bolla Anello I. La Nube Locale circonda anche altre stelle, tra cui Alfa Centauri, Altair, Vega, Fomalhaut e Arturo.
La nube si sta muovendo verso l’esterno dall’Associazione Scorpius-Centaurus, un’associazione stellare caratterizzata da una notevole formazione stellare.[6] Le interazioni tra la nube e la Terra sono schermate dal vento solare e dal campo magnetico solare.[2] L’interazione con l’eliosfera è oggetto di rilevazione da parte dell’Interstellar Boundary Explorer (IBEX), un satellite della NASA dedicato alla mappatura del confine tra il sistema solare e lo spazio interstellare.

Formazione e futuro del Sistema Solare

Escludendo qualche fenomeno imprevisto, si ipotizza che il sistema solare come lo conosciamo oggi durerà per altri 5 miliardi di anni circa, quando il Sole aumenterà gradualmente la propria luminosità di circa il 10% oltre i livelli attuali; tale aumento di radiazione renderà la superficie della Terra inabitabile, mentre la vita potrà ancora resistere negli oceani più profondi. In questo periodo è possibile che la temperatura della superficie di Marte aumenti gradualmente e l’anidride carbonica e l’acqua attualmente congelate sotto la superficie del suolo vengano liberate nell’atmosfera creando un effetto serra in grado di riscaldare il pianeta fino ad ottenere condizioni paragonabili a quelle odierne della Terra e fornendo una futura dimora potenziale per la vita. In circa 3,5 miliardi di anni le condizioni climatiche della Terra saranno simili a quelle che oggi caratterizzano Venere: gli oceani saranno evaporati e la vita – nelle forme che oggi conosciamo – sarà impossibile.

La Nebulosa anello, una nebulosa planetaria simile a quella in cui il Sole si evolverà
In circa 5,4 miliardi di anni, il Sole terminerà le riserve di idrogeno. In circa 7,59 miliardi di anni da oggi il Sole entrerà nella fase di gigante rossa iniziando a bruciare gli strati di idrogeno più esterni dell’inerte nucleo di elio formatosi, espandendosi a circa 256 volte l’attuale diametro, 1.2 AU. Con l’espansione del Sole, Mercurio e Venere verranno inghiottiti. Il destino della Terra è possibile che sarà il medesimo, anche se ci sono alcuni studi che parlano di un allontanamento dell’orbita terrestre dal Sole a causa della graduale perdita di massa di quest’ultimo. Durante questo periodo è possibile che corpi esterni in orbita attorno a Fascia di Kuiper, su cui è presente ghiaccio, ad esempio Plutone e Caronte, possano raggiungere condizioni ambientali compatibili con quelle richieste dalla vita umana.
Successivamente l’elio prodotto nello strato esterno cadrà nel nucleo della stella aumentandone la densità fino al livello sufficiente per innescare la fusione dei nuclei di elio in nuclei di carbonio. A questo punto il Sole dovrebbe contrarsi ad una dimensione poco maggiore dell’attuale e consumare il proprio elio per circa altri 100 milioni di anni. Nuovamente andrà poi incontro ad un’espansione come gigante rossa in cui consumerà l’elio degli strati più esterni per altri 100 milioni di anni e successivamente collasserà di nuovo espellendo una grande quantità di materia nello spazio attorno a sé, formando un guscio di gas noto come nebulosa planetaria.
Sarà una transizione relativamente tranquilla, niente di paragonabile ad una supernova, dato che la massa del nostro Sole è ampiamente insufficiente per arrivare a quel livello. Se vi saranno ancora terrestri per osservare il fenomeno, registreranno un massiccio incremento del vento solare, ma senza che questo provochi la distruzione del pianeta.
Ciò che infine resterà del Sole sarà una nana bianca, un oggetto straordinariamente caldo e denso, di massa circa metà di quella originale, ma compressa in un volume simile a quello della Terra. Visto dalla Terra apparirà come un punto di luce grande poco più di Venere ma dalla luminosità di centinaia di soli.
Con la morte del Sole verrà indebolita la sua attrazione gravitazionale sugli altri oggetti del sistema solare; le orbite di Marte e degli altri corpi andranno espandendosi. La configurazione finale del sistema solare sarà raggiunta quando il Sole avrà completato la sua trasformazione in nana bianca: se la Terra e Marte esisteranno ancora, sarà su un’orbita approssimativamente simile a quella 1,85 e 2,80 UA. Dopo altri due miliardi di anni il nucleo del Sole, costituito da carbonio, inizierà a cristallizzare trasformandosi in un diamante di dimensioni planetarie, destinato a spegnersi e cessare di splendere in qualche altro miliardo di anni.

Storia delle ipotesi sulla formazione del sistema solare

Verso la fine del XIX secolo l’ipotesi della nebulosa di Kant-Laplace fu criticata da James Clerk Maxwell, che sosteneva l’impossibilità della materia di collassare a formare pianeti coesi se la materia fosse stata distribuita in un disco attorno al Sole, per via delle forze indotte dalla rotazione differenziale. Un’altra obiezione era il momento angolare del Sole, inferiore a quanto previsto dal modello di Kant-Laplace. Per molti decenni la maggior parte degli astronomi preferì l’ipotesi della “mancata collisione”, ovvero della formazione dei pianeti a partire dalla materia che una stella in transito vicino al Sole avrebbe perso e avrebbe strappato al Sole per azione reciproca delle loro forze di marea. Furono avanzate obiezioni anche all’ipotesi della “mancata collisione” e, durante gli anni quaranta i modelli matematici a sostegno dell’ipotesi nebulare furono migliorati e convinsero la comunità scientifica. Nella versione modificata si assunse che la massa della protostella fosse maggiore e la discrepanza di momento angolare attribuita alle forze magnetiche, ovvero alle onde di Alfvén, attraverso cui il neonato Sole trasferisce parte del suo momento angolare al disco protoplanetario e ai planetesimi, come osservato avvenire in alcune stelle, per esempio T Tauri. Negli anni cinquanta il russo Immanuil Velikovskij pubblicò il libro “Mondi in collisione”, ripreso molto tempo dopo dall’americano John Ackerman. I due ricercatori hanno proposto un controverso modello secondo il quale il sistema solare avrebbe avuto origine da un impatto di enorme potenza sul pianeta Giove. Il modello della nebulosa riveduto e corretto fu basato interamente su osservazioni condotte sui corpi del nostro sistema solare, in quanto l’unico conosciuto fino a metà degli anni ’90. Non si era del tutto certi della sua applicabilità ad altri sistemi planetari, benché la comunità scientifica fosse ansiosa di verificare il modello a nebulosa trovando nel cosmo altri dischi protoplanetari o persino pianeti extrasolari. Nebulose stellari e dischi protoplanetari sono stati osservati nella nebulosa di Orione e in altre regioni di formazione delle stelle grazie al telescopio spaziale Hubble. Alcuni di questi dischi hanno diametri maggiori di 1 000 UA. Nel gennaio 2006 risultano scoperti 180 pianeti extrasolari, che hanno riservato numerose sorprese. Il modello della nebulosa ha dovuto essere rivisto per spiegare le caratteristiche di questi sistemi planetari. Non c’è consenso su come spiegare la formazione degli osservati pianeti giganti su orbite molto vicine alla loro stella (“hot Jupiters“), anche se tra le ipotesi possibili vi sono la migrazione planetaria e il restringimento dell’orbita dovuto ad attrito con i residui del disco protoplanetario. In tempi recenti è stato sviluppato un modello alternativo basato sulla cattura gravitazionale, che nelle intenzioni dei suoi propugnatori dovrebbe spiegare alcune caratteristiche del sistema solare non spiegate dalla teoria della nebulosa.

I corpi minori nel Sistema Solare

Nel Sistema Solare i corpi minori conosciuti si collocano principalmente in due zone la Fascia Principale, compresa fra le orbite di Marte e Giove (fra le 1,8 e le 4 U.A, dal Sole), dove si trovano principalmente gli asteroidi formati da silicati e metalli, e la Fascia di Kuiper, oltre l’orbita di Nettuno fra le 30 e le 55 U.A. dove si trovano corpi ghiacciati anche di discrete dimensioni. Il pianeta nano Plutone, con i suoi 2500 chilometri di diametro è uno dei corpi più grandi di questa fascia esterna. Ancora più distante fra le 50.000 e le 100.00 U.A. si trova la Nube di Oort, una sfera di nuclei cometari che circonda tutto il Sistema Solare. Le comete della Nube di Oort non sono native di questa remota regione ai confini dello spazio interstellare, ma sono originarie della zona dei giganti gassosi. Ci sono anche popolazioni di corpi minori intermedie come i Centauri oggetti della Fascia di Kuiper che hanno subito delle perturbazioni gravitazionali tali che sono migrati nella zona dei giganti gassosi, oppure e Near Earth Object  (NEO) per lo più asteroidi della Fascia Principale che, in seguito ad interazioni gravitazionali con Giove, sono stati proiettati verso il Sistema Solare interno e con la loro orbita possono transitare a meno di 0,3 U.A. da quella della Terra. I NEO noti in questo momento sono più di 11.000 e costituiscono un rischio impatto con il nostro pianeta. Un’altra consistente popolazione di corpi minori condivide l’orbita con Giove il maggiore dei giganti gassosi: sono gli asteroidi Troiani.
Tratto da “Un cielo pieno di comete” di Albino Carbognani pagina 18

Una visione d’insieme del Sistema Solare

Il Sistema Solare è formato da quell’insieme di corpi che sono legati gravitazionalmente al Sole, Per evitare fraintendimenti è bene vedere esattamente la definizione di pianeta, pianeta nano e corpo minore così come stabilite il 24 agosto 2006 dalla XXVI assemblea generale dell’Unione Astronomica Internazionale tenutasi a Praga. Per poter essere definito pianeta, un corpo celeste del Sistema Solare deve possedere queste proprietà: deve essere in orbita attorno al Sole; deve avere una massa tale da essere in equilibrio idrostatico (la gravità domina la forma); ha “spazzato” via dalla propria orbita corpi di dimensione simile.

I corpi che rispettano solo i punti 1 e 2 sono i pianeti nani, mentre quelli che rispettano solo il punto 1 sono corpi minori.
Attorno al Sole orbitano otto pianeti conosciuti con i loro satelliti, alcuni pianeti nani (Cerere, Plutone, Haumea, Makemake ed Eris), qualche migliaio di comete, centinaia di migliaia di asteroidi, un’innumerevole quantità di granelli di polvere interplanetaria e atomi o ioni sparsi del vento solare. Collettivamente comete e asteroidi compongono la popolazione dei corpi minori del Sistema Solare.
Le orbite dei pianeti, come scoprì l’astronomo e matematico tedesco J. Kepler nel 1609, sono delle ellissi a piccola eccentricità (di cui il Sole occupa uno dei due fuochi), che non si discostano di molto, al più qualche grado, dal piano dell’orbita terrestre (noto come piano dell’eclittica).
Tratto da “Un cielo pieno di comete” di Albino Carbognani pagina 16

Così appariva il nostro Sistema Solare

Gli scienziati dell’Università dell’Arizona hanno scoperto ciò che potrebbe avvicinarsi ad una “foto da bambino” del nostro Sistema Solare. Hanno scoperto, infatti, che la giovane stella HD 95086 è dotata di due cinture composte da polvere e che è circondata da un grande alone tipico dei giovani sistemi planetariStrutture di polvere simili sono presenti anche attorno ad un’altra stella, di poco più anziana e con una massa poco più grande di quella del nostro Sole, HR 8799, in cui l’ampio gap tra i due nastri di polvere è occupato da quattro grandi pianeti. Spesso ci si riferisce ad essa come ad una versione più giovane ed in scala del nostro Sistema Solare. Aver trovato un’altra stella simile a HR 8799 suggerisce un modello comune per come le stelle formino i pianeti e come i loro sistemi planetari si evolvano. L’età di questi sistemi copre un periodo interessante, da circa 10 a 90 milioni anni, quando i pianeti terrestri si sono formati ed i pianeti giganti hanno raggiunto la loro posizione definitiva all’interno del nostro Sistema Solare. Kate Su, a capo del team di scienziati che ha realizzato la ricerca e che lavora presso il Dipartimento di Astronomia dell’Università dell’Arizona e l’Osservatorio Steward sostiene che HD95086 possa essere considerato «Uno snapshot di come sarebbe apparso il nostro sistema solare quando aveva “solo” 10 o 20 milioni di anni». Grazie ai dati forniti dai telescopi spaziali Spitzer della NASA e Herschel dell’ESA, combinati con simulazioni dettagliate, i ricercatori hanno scoperto che HD 95086 e HR 8799 sono entrambe circondate da un vasto alone discoidale formato da polvere finissima, cosa che suggerirebbe attività di collisione nelle loro cinture. Comportamento, questo, inaspettato in sistemi che stanno sperimentando l’assestamento dinamico di giganti gassosi e la possibile tarda formazione di pianeti giganti ghiacciati. La grande differenza tra le cinture calda e fredda di HD 95086 e HR 8799 e alcuni altri sistemi vicini e più vecchi, come i gemelli del disco di detriti attorno a Vega e Fomalhaut, sono un ottimo indizio, secondo il team di ricerca, che ci siano molti pianeti ancora da scoprire. HD 95086 e HR 8799 si trovano nelle costellazioni di Carina e Pegaso, rispettivamente a 295 e 129 anni luce dalla Terra. «Il sistema HD 95086 con la sua una giovane stella che ospita almeno un pianeta con una massa pari a cinque volte quella di Giove, insieme a una cintura di detriti e asteroidi simile a quella di Kuiper, è un bersaglio promettente per la caccia pianeta», aggiunge la Su. «Entrambi i sistemi sono molto simili, tranne per il fatto che  HD 95086 ha più polvere, cosa che è in linea con le teorie di formazione dei pianeti e ci porta a credere che sia il più giovane dei due. È cercando in altri sistemi come questi che possiamo scoprire come il nostra sistema solare si sia formato».
«Ci devono essere più pianeti di quelli ad oggi scoperti per aver dato origine ad un divario così grande », secondo Sarah Morrison, coautrice della ricerca e studente di dottorato presso il Dipartimento di Scienze Planetarie della UA, che si occupa di modellizzare i dati per stabilire quale sia il numero di pianeti che possono essere all’interno del sistema, quali possano essere le loro masse e dove possano trovarsi le loro orbite. «Pensiamo che il sistema sia un ottimo candidato per le campagne di imaging diretto a trovare questi pianeti». «Sapere dove possano trovarsi gli eventuali altri pianeti e quale sia la loro massa potrebbe essere di grande vantaggio per gli scienziati che sono alla ricerca delle deboli tracce di pianeti vicino a una stella luminosa». «Grazie alla conoscenza di dove la quantità di detriti sia maggiore e delle proprietà del pianeta conosciuto del sistema si può avere un’idea di quale altro tipo di pianeti possano essere lì» aggiunge la Morrison. «Sappiamo che dovremmo cercare diversi pianeti, invece di un singolo pianeta gigante». «Queste due stelle si trovano in una fase della loro evoluzione nella quale pensiamo siano avvenuti molti eventi interessanti nel nostro Sistema Solare, come la formazione della Luna »aggiunge Renu Malhotra, professore presso il Dipartimento di Scienze Planetarie dell’UA e coautrice anche lei dello studio. «I processi che vediamo essere in corso in questi altri sistemi possono essere correlati alle osservazioni fatte nel nostro Sistema Solare e fornire uno sguardo indietro alla nostra storia». «Una delle questioni che continuiamo a porci sul nostro sistema solare è perché è lo spazio tra i pianeti sia così vuoto. Sappiamo che in periodi di tempo lunghi, la gravità dei pianeti è in grado di eliminare i detriti. Sistemi come HR 8799 e HD 95086 offrono l’opportunità di osservare i processi dinamici che si sono verificati molto tempo fa nel nostro sistema solare».
di Francesco Aloisio (INAF)

Botte da orbi nel passato del Sistema Solare

Notti di ferragosto: il cielo ci cade addosso. Certo non per concretizzare la paura atavica di una tribù gallica. E forse neppure per realizzare un sogno effimero, allacciato a una scia luminosa che solchi il cielo. I sassi spaziali che attraversano la nostra atmosfera regalandoci la magia delle ‘stelle cadenti’ sono un fenomeno naturale che interessa il nostro pianeta quasi quotidianamente. Talvolta portano a Terra importanti derrate di materia celeste e vivida testimonianza di grandi collisioni avvenute nel nostro Sistema Solare. È quanto spiegano gli scienziati della Curtin University, Australia, in uno studio appena pubblicato e che riguarda un meteorite recuperato nella zona del Nullabor Plain, parte di un grande asteroide mai identificato prima d’ora. Un pezzo unico, prova di una serie di collisioni fra asteroidi verificatesi più di 3,4 miliardi di anni fa. Ne sono convinti Fred Jourdan, Phil Bland e Gretchen Benedix, tutti in forza presso il dipartimento di geologia applicata dell’università australiana. “Quasi tutti i meteoriti che ci capita di analizzare provengono da Vesta, il secondo asteroide più grande del nostro sistema planetario”, spiega Jourdan, professore associato della Curtin University. “Ma dopo aver studiato orbita e composizione di questo meteorite, ci sembra di poter dire con sicurezza che derivi da un grande asteroide non ancora identificato e che è stato diviso in più parti durante questa antichissima serie di bombardamenti”. Il team di ricerca australiano si è servito della tecnica argon-argon, un metodo consolidato per datare gli eventi da impatto, utile a ricostruire il passato del meteorite. I dati suggeriscono che il frammento di asteroide sia stato protagonista di tre grandi impatti nel suo passato remoto. E parliamo di un periodo compreso tra 3,4 e 3,6 miliardi di anni fa. Roba da Giurassico, per gli standard terrestri. Diversamente per i meteoriti, la cui maggioranza è datata a 4,5 miliardi di anni di età, quando il Sistema Solare muoveva i suoi primi passi. “I risultati mostrano che non un singolo evento da impatto si è verificato da quella lontana serie di bombardamenti fino al 2007, quando il meteorite è caduto sulla Terra”, spiega Jourdan. “Una storia del tutto simile a quanto conosciamo dei meteoriti provenienti da Vesta. Ottenere informazioni congruenti da due grandi asteroidi è una scoperta emozionante e conferma un evidente passatoviolento per il Sistema Solare”. La ragione per cui questi frammenti di asteroide non abbiano subito ulteriori impatti per oltre 3 miliardi di anni potrebbe dipendere esclusivamente dalle loro ormai ridotte dimensioni, o perché protetto dalla regolite, un sottile strato di polvere che usualmente viene trovato sulla superficie dei meteoriti.
di Davide Coero Borga (INAF)

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