Ecco la famiglia trans – nettuniana

Dal 2006, almeno secondo la definizione stabilita dall’Unione Astronomica Internazionale, Plutone non è più un pianeta, ma un pianeta nano. Oggi sappiamo che Plutone è il rappresentante più famoso di una famiglia di corpi celesti che orbitano ai confini del Sistema Solare chiamati “oggetti  transnettuniani”  (TNOs). Di questi oggetti possiamo oggi costruire un quadro abbastanza dettagliato grazie a lunghe osservazioni condotte con il telescopio spaziale infrarosso Hersel lanciato dall’ESA nel 2009.
L’ESA ha reso pubblico un nuovo “ritratto di famiglia” di 132 oggetti transnettuniani  basato sulle osservazioni infrarosse. Questi oggetti sono rimasti sconosciuti agli astronomi fino a circa 20 anni fa. All’inizio degli anni ’90 infatti conoscevamo un solo corpo celeste oltre l’orbita di Nettuno, ovvero Plutone. Scoperto nel 1930 dall’americano Clyde Tombaugh, Plutone ha sempre incuriosito gli astronomi per le sue proprietà, molto diverse rispetto agli altri pianeti del Sistema Solare. Plutone infatti è un piccolo pianeta roccioso, mentre gli altri sono giganti gassosi. Bizzarra è anche l’orbita di Plutone molto ellittica rispetto a quella degli altri pianeti e inclinata di circa 17° rispetto al piano dell’ellittica, molto più di quella di tutti gli altri. Fu nel 1992 che fu scoperto 1992 QB1 un piccolo corpo roccioso che orbita a circa 44 Unità Astronomica dal Sole, poco al di la dell’orbita di Plutone. Ma 1992 QB1 era soltanto l primo di una famiglia completamente nuova di oggetti. Il vero dilemma per gli astronomi si presentò nel 2005 quando fu scoperto 136199 Eris. A quel punto l’Unione Astronomica Internazionale nel 2006 ha adottato la classificazione di “pianeta nano”  per gli oggetti come Pluton ed Eris, che si è scoperto avere all’incirca le stesse dimensioni.
Esiste però una sterminata varietà di oggetti transnettuniani  che orbitano a distanze maggiori di 30 Unità Astronomiche dal Sole e di cui oggi conosciamo circa 1400 esemplari.
Attualmente gli astronomi  dividono questi ogge tti in tre grandi famiglie soprattutto in base alla loro posizione rispetto al Sole. Nelle regioni più interne, comprese  fra circa 30 e 65 U.A. si trova la Fascia di Kuiper formata da oggetti con orbite quasi circolari e poco inclinate rispetto all’eclittica. In questa regione si trova oltre a Plutone anche un altro pianeta nano Makemake. Nelle regioni più esterne si trova la regione del disco diffuso popolato da oggetti con orbite molto ellittiche ed inclinate il cui esemplare più famoso è Eris.  A distanze ancora maggiori si trova poi la Nube di Oort  le cui propaggini più esterne potrebbero estendersi fino a 50 mila U.A. Ancora oggi non sappiamo molto della Nube di Oort ma immaginiamo che si tratti del “serbatoio” cosmico da dove provengono le comete.
Trovandosi così distanti dal Sole i corpi transnettuniani  sono freddissimi con temperature che possono raggiungere i  – 230°C.
Fra i vari oggetti del suo programma scientifico, Herschel ha osservato in dettaglio 132 oggetti transnettuniani . Il quadro che ne emerge è quello di una popolazione molto diversa a partire dalle dimensioni che possono variare da appena 50 chilometri ai circa 2400 chilometri di Plutone ed Eris, i membri più grandi della famiglia. Osservando poi la forma di questi oggetti spiccano due corpi fortemente allungati ovvero Haumea e Varuna. Il diverso albedo, ovvero la frazione di luce riflessa, fornisce più importanti indicazioni sulla composizione della superficie. Una bassa albedo indica materiali scuri come ad esempio materiali organici. Al contrario, un’albedo alta suggerisce la presenza di una superficie prevalentemente ghiacciata.
Tratto da Ecco il ritratto della famiglia trans – nettuniana di Massimiliano Razzano Le Stelle numero 133 pagina 14.

Cristalli di ghiaccio su Haumea

Difficile passare inosservati quando si è brillanti e strani. È il caso di uno dei cinque pianeti nani dal Sistema Solare che, al di là di Nettuno, percorre la propria orbita accompagnato da due piccole lune. Con l’insolito nome di una divinità hawaiana e la forma di un pallone da rugby, Haumea si mostra particolarmente luminoso. Il merito è dello strato di ghiaccio d’acqua superficiale che riflette la radiazione solare.
Proprio quest’ultima, secondo gli astronomi, avrebbe dovuto influire sulla struttura del ghiaccio stesso, rendendolo amorfo, ovvero non cristallizzato. Invece, grazie alle osservazioni effettuate con il Very Large Telescope (VLT) dell’ESO, in Cile, risulta che il 75% della superficie di Haumea e il 100% di quella di Hi’iaka (una delle sue due lune) è coperto di ghiaccio cristallizzato, ovvero ghiaccio in cui le molecole d’acqua sono disposte secondo strutture ordinate. “Poiché la radiazione solare distrugge costantemente la struttura cristallina del ghiaccio superficiale” spiega Benoit Carry, coautore dello studio pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics “ sono necessarie delle fonti di energia perché si mantenga tale”.
Sono così stati ipotizzati due fenomeni energetici che potrebbero interessare questo freddo sistema: da una parte processi radioattivi interni in grado di generare isotopi come l’uranio 238, dall’altra l’azione delle forze di marea fra Haumea e i suoi due satelliti, forze che generano attriti interni e quindi calore, ovvero energia. Tuttavia “non tutto è chiaro quello che luccica” perché sulla superficie di Haumea è presente anche una macchia che agli infrarossi appare più scura: la sua natura non ha ancora trovato una spiegazione anche se potrebbe trattarsi di una regione in cui la cristallizzazione del ghiaccio è ancora più marcata.
Le osservazioni di VLT rivelano anche altri particolari che necessitano spiegazioni, riguardanti ad esempio l’orbita di Haumea intorno al Sole, un po’ troppo inclinata, e quella delle sue lune che, insolitamente, non si trovano sullo stesso piano orbitale. Queste evidenze, unite alla strana forma schiacciata del pianeta nano, porterebbero a far pensare che in passato si sia verificato uno scontro con un altro corpo roccioso.
Osservato per la prima volta nel 2003, con un diametro approssimativo di 2.000 Km, Haumea è stato successivamente classificato come pianeta nano, categoria di cui fanno parte anche Plutone, Eris, Makemake e Cerere.
di Elena Lazzaretto (INAF)

Due parole sui plutoidi

I pianeti nani sono corpi celesti, orbitanti intorno ad una stella e caratterizzati da una massa sufficiente a conferir loro una forma sferoidale ma che, a differenza dei pianeti veri e propri, non sono stati in grado di ripulire la propria fascia orbitale da altri oggetti di dimensioni non trascurabili. I plutoidi, istituiti dalla UAI nel giugno 2008 e relativi al Sistema Solare, sono i pianeti nani la cui orbita è prevalentemente oltre l’orbita di Nettuno. Iniziamo la rassegna dei corpi minori con le due categorie più discusse. Fino al 24 agosto del 2006 la categoria dei pianeti nani non esisteva. Il termine è stato infatti introdotto dall’assemblea dell’Unione Astronomica Internazionale anche se volendo essere polemici ci sono vari appigli cui aggrapparsi. Intanto il nome non sembra appropriato, visto che sembra legato alle dimensioni del corpo celeste ed invece non è affatto così. Un pianeta nano può essere abbastanza grande da avere esso stesso dei satelliti, come in effetti avviene per Plutone. Altro appiglio è legato alla relatività con la quale un corpo riesce a liberare la sua orbita da altri corpi: basti pensare alle comete che tagliano in due il Sistema Solare attraversando quindi tutte le orbite di tutti i pianeti. Anche la forma sferoidale necessiterebbe di informazioni aggiuntive, se non altro di un limite per stabilire fin quando un corpo è definibile sferoidale. Dalla definizione derivano alcuni dati essenziali: innanzitutto un pianeta nano non è un satellite dal momento che orbita intorno ad una stella e non ad un altro corpo celeste. Inoltre non può essere una stella, nel senso che non deve dare luogo a fusioni nucleari al suo interno. A giugno 2008, il giorno 11, l’Unione Astronomica Internazionale è approdata alla determinazione di un nome per una classe particolare di pianeti nani, quelli la cui orbita è prevalentemente oltre l’orbita del pianeta Nettuno. Per questi nano pianeti si è voluto scegliere un nome in grado di dar lustro a quello che un tempo era considerato pianeta, Plutone. Proprio per questo la classe di oggetti introdotta è quella dei plutoidi. A molti non piace questo nome, forse per la parte finale che ricorda gli asteroidi. Tuttavia non si tratta di una legge ma di un consiglio che porta ad una sorta di uniformazione di linguaggio, quindi viene accolta senza alcun problema. Ad oggi, quindi, i plutoidi sono Plutone, Eris, Makemake  e Haumea Essendo una categoria del tutto nuova e determinata, il discorso dei pianeti nani è per ora, e forse per moltissimi anni ancora, limitato al nostro Sistema Solare. Non solo: è limitato a pochissimi corpi celesti visto che per tanti altri l’appartenenza va ancora studiata. Ci sono molti asteroidi che potrebbero rientrare nella categoria dei pianeti nani, ma il processo sarà molto lungo perché alcuni hanno forme un po’ bizzarre che forse non rientrano nei limiti della sfericità. Uscendo fuori dal Sistema Solare il discorso è letteralmente impossibile: stiamo iniziando adesso a scoprire i pianeti extrasolari, quindi è davvero molto presto per capire se la loro orbita è pulita. Per adesso tutto ciò che vediamo orbitare intorno ad una stella diversa dal Sole lo chiamiamo esopianeta , magari sbagliando. E’ anche vero che gli esopianeti trovati finora sono tutti giganti, quindi teoricamente dovrebbero aver sgombrato la propria orbita. Forse sono davvero pianeti, ma sempre per il fatto che il Sistema Solare non ha niente di speciale rispetto agli altri sistemi planetari è quasi scontato che anche altrove esistano pianeti nani, solo che determinarli sarà davvero un’ impresa impossibile. E poi, questo vale sempre dando per scontato che Plutone non presta molta importanza a come viene arbitrariamente classificato dalla razza umana.

Agosto 2006: Signori, ecco i pianeti nani

Quattro anni fa, nell’agosto del 2006, il Congresso dell’Unione Astronomica Internazionale (IAU), fra discussioni e polemiche, prendeva una decisione storica e cambiava il volto del Sistema Solare: Plutone veniva declassato a “pianeta nano” mentre i pianeti “classici” rimanevano in otto: Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano e Nettuno, in ordine di distanza dal Sole.
Plutone, scoperto per caso da Clyde W. Tombaugh, godeva dello status di pianeta dal 1930. Dopo la scoperta di Plutone gli astronomi avevano stabilito che il Sistema solare contenesse nove pianeti e migliaia di altri corpi dalle dimensioni significativamente minori, asteroidi e comete. Per quasi 50 anni, Plutone è stato ritenuto più grande di Mercurio ma la scoperta nel 1978 della sua luna Caronte permise di misurarne la massa con precisione, ottenendo per essa un valore molto più piccolo delle stime iniziali: il valore misurato corrispondeva a circa un ventesimo della massa di Mercurio, rendendo Plutone di gran lunga il pianeta più piccolo. Sebbene fosse ancora dieci volte più massiccio di Cerere, l’oggetto più grande presente nella Fascia principale degli asteroidi, Plutone appariva ridimensionato. Inoltre, possedendo alcune caratteristiche inusuali quali un’elevata eccentricità orbitale ed un’elevata inclinazione orbitale, divenne evidente che si trattava di un corpo differente da ogni altro pianeta. Negli anni novanta gli astronomi iniziarono a trovare altri oggetti nella stessa regione di spazio in cui orbita Plutone (oggi conosciuta come Fascia di Kuiper), ed alcuni altri anche a distanze maggiori. Alcuni di essi condividevano le caratteristiche chiave dell’orbita di Plutone, cosicché il corpo celeste iniziò ad essere visto come il più grande di una nuova classe di oggetti. Gli oggetti del sistema solare, oltre alla stella Sole, venivano dunque classificati in pianeti (oggetti massivi di almeno una certa consistenza, di forma tonda e non circondati da altri oggetti di massa comparabile), satelliti (oggetti che ruotano attorno ad un pianeta), pianeti nani (oggetti che hanno una o più delle caratteristiche dei pianeti, ma non tutte) e oggetti minori. Un pianeta nano è un corpo celeste di tipo planetario orbitante intorno ad una stella e caratterizzato da una massa sufficiente a conferirgli una forma sferoidale, ma che non è stato in grado di “ripulire” la propria fascia orbitale da altri oggetti di dimensioni confrontabili. Nonostante il nome, un pianeta nano non è necessariamente più piccolo di un pianeta. In teoria non vi è limite alle dimensioni dei pianeti nani. Si osservi inoltre che la classe dei pianeti è distinta da quella dei pianeti nani, e non comprende quest’ultima. Tra le altre cose, si è fatto notare che il termine è fuorviante e che i criteri non sono oggettivi (nessun corpo può ripulire completamente la propria fascia orbitale, né esiste una soglia obiettiva su quando un corpo è sferoidale o no). Tuttavia, la necessità di creare questa classe di oggetti per distinguerla dai pianeti tradizionali esisteva, ed è probabile che il nome resti. L’11 giugno 2008, il Comitato esecutivo dell’Unione Astronomica Internazionale riunitosi ad Oslo, ha assegnato il nome plutoidi alla classe dei pianeti nani trans nettuniani. L’UAI riconosce cinque pianeti nani: Cerere, Plutone, Haumea, Makemake ed Eris. Con 950 Km di diametro ed una massa pari al 40% di tutti gli asteroidi del Sistema Solare messi insieme, Cerere è l’asteroide più massiccio del nostro sistema ed è l’unico ad essere considerato un pianeta nano. Cerere venne individuato per la prima volta il 1 gennaio 1801 dall’astronomo italiano Giuseppe Piazzi. Cerere è, insieme a Vesta, l’unico asteroide che può essere visto – in determinate condizioni di cielo – ad occhio nudo. L’orbita di Cerere si attesta tra Marte e Giove, nella cosiddetta Fascia Principale. Fisicamente, Cerere appare come un corpo planetario (da qui l’inserimento tra i pianeti nani) dal momento che ha una forma sferica schiacciata ai poli. Cerere ha una temperatura di 239 K e presenta crateri da impatto. Scoperto nel 2005 Eris è il pianeta nano più grande e massiccio del Sistema Solare, ed anche il più grande corpo trans-nettuniano. Da giugno 2008 è classificato come plutoide, inteso come pianeta nano la cui orbita è prevalentemente esterna a quella di Nettuno. E’ un oggetto ghiacciato di 2550 Km di diametro, con uno scarto possibile di 100 km, e con massa maggiore del 27% rispetto a Plutone. La misurazione della massa di Eris è stata possibile grazie alla determinazione dei dati riguardanti il suo satellite. Eris fa parte degli oggetti del disco diffuso del sistema solare, e la sua orbita lo porta ad avere un periodo di rivoluzione pari a 557 anni. Impossibile da visualizzare ad occhio nudo, Eris riesce a mostrarsi anche a telescopi modesti grazie al suo albedo. Eris ha un satellite, chiamato Dysnomia. Il nome ufficiale è 136472 Makemake ed è noto dal 31 marzo del 2005 quando venne scoperto. La classificazione di oggetto trans-nettuniano è dovuta ovviamente alla sua orbita, completamente al di fuori dell’orbita di Nettuno. Dal 2008, invece, non rientra più tra i pianeti nani ma tra i plutoidi, la nuova classificazione UAI che indica i pianeti nani oltre l’orbita dell’ultimo pianeta del Sistema Solare. Ed in effetti Makemake si trova in piena Fascia di Kuiper, a 6 miliardi e 850 milioni di chilometri dal Sole. Plutone è un plutoide. Attualmente, quindi, a causa della sua orbita atipica ed influenzata da quella di Nettuno, Plutone è rintracciabile tra i plutoidi, intesi come pianeti nani la cui orbita si trova prevalentemente oltre l’orbita di Nettuno.
La scoperta di Plutone, avvenuta il 18 febbraio del 1930 ad opera di Clyde Tombaugh del Lowell Observatory dell’Arizona, è dovuta all’analisi delle orbite di Urano e Nettuno, che sembravano influenzate da una qualche forza gravitazionale: venne fuori così questo piccolissimo corpo celeste, anche se in effetti con la sua piccola massa non è di certo in grado di influenzare le orbite dei due pianeti a lui più vicini. Fatto sta che Tombaugh analizzò due scatti fotografici, fatti il 23 ed il 29 gennaio del 1930, e si accorse che una delle stelle si era spostata: era Plutone.
In realtà lo status di ‘pianeta’ iniziò a vacillare fin dal 1992 con la scoperta dei primi oggetti trans-nettuniani, molti dei quali erano anche più grandi di Plutone stesso. Difficile da osservare dalla Terra (si trova a 30 UA da noi e brilla di magnitudine 14,4), Plutone ha una orbita molto strana che a volte lo fa essere più vicino al Sole di Nettuno (è accaduto dal 1979 al 1999): ciò significa che la sua orbita ogni tanto ‘scavalla’ quella di Nettuno. Data l’enorme distanza, e dovutamente al fatto che nessuna sonda si è spinta tanto oltre, si sa ben poco dell’atmosfera e della superficie del plutoide: l’unica cosa che si intuisce, notando i diversi gradi di luminosità che assume durante la rotazione, è che la superficie è variegata. La composizione dovrebbe essere data da un nucleo roccioso di circa 1700 chilometri di diametro circondato da un mantello di ghiaccio spesso fino a 400 chilometri.
L’analisi spettroscopica mostra un 98% di azoto ghiacciato, con tracce di metano e monossido di carbonio. La temperatura media è di soli 44K. L’atmosfera è ridotta ad una sottile fascia di azoto, metano e biossido di carbonio, derivante dalla sublimazione dei ghiacci superficiali. La forma di Plutone sembra completamente sferica: diametro equatoriale e diametro polare coincidono, con uno schiacciamento ai poli inesistente. Plutone ha tre satelliti: il primo è Caronte, scoperto in tempi relativamente lontani ma comunque dopo la scoperta di Plutone, ovviamente. Gli altri due, Nix (Notte) ed Hydra (Idra), sono invece più recenti (2005) e sono stati scoperti attraverso il telescopio spaziale Hubble. Il più importante è comunque Caronte: la sua dimensione rispetto a Plutone fa si che i due corpi si configurino più come un sistema planetario doppio piuttosto che come ‘pianeta nano-satellite’. Scoperto il 22 giugno del 1978, Caronte ha un diametro di 1207 chilometri e dista 20.000 chilometri da Plutone. Nix e Hydra, scoperti il 15 maggio del 2005, sono grandi rispettivamente 46 e 61 chilometri di diametro e distano 48.700 e 64.800 chilometri dal centro di massa Plutone-Caronte. Le loro orbite sono circolari e si trovano sullo stesso piano orbitale di Caronte. Maggiori informazioni ci arriveranno dalla sonda New Horizons della NASA, che dovrebbe raggiungere il pianeta nano nel 2015. Noto per lungo tempo con il nome di (136108)2003 EL61, 136108 Haumea, o più comunemente Haumea, è un pianeta nano del sistema solare esterno e quindi un oggetto trans-nettuniano. Possedendo le caratteristiche di un pianeta nano e trovandosi oltre l’orbita di Nettuno, Haumea è a tutti gli effetti inquadrato nella nuova categoria (introdotta nel 2008 dalla UAI) dei plutoidi. Haumea è un nome dedicato alla dea hawaiiana della fertilità ed è stato ufficialmente assegnato al plutoide il 17 settembre del 2008. La scoperta, sebbene avvenuta a dicembre 2004, è stata così ufficialmente annunciata il 28 luglio del 2005. La forma di Haumea ricorda un sigaro, con dimensioni non piccole e paragonabili a quelle di Plutone in termini di asse maggiore. Tra le caratteristiche maggiori di questo plutoide spicca la veloce rotazione, intorno alle 4 ore, tra le più veloci del Sistema Solare. Questa velocità dovrebbe essere dovuta ad un impatto con un corpo molto grande, avvenuto all’interno della Fascia di Kuiper miliardi di anni fa. Proprio da questo impatto dovrebbero aver preso vita le due lune di Haumea, note come Hi’iaka e Namaka.
Hi’iaka è il primo satellite ad essere stato scoperto intorno a Haumea. Il suo diametro dovrebbe essere pari al 22% rispetto al plutoide, cioè intorno ai 350 chilometri. Numaka è il secondo satellite di Haumea, più piccolo ed interno. Scoperto il 29 novembre del 2005, il suo diametro dovrebbe essere pari a circa 170 chilometri.
Una stella per amica