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Le comete tra Fascia di Kuiper e Nube di Oort

La Fascia di Edgeworth-Kuiper

La Fascia di Edgeworth-Kuiper è una regione del sistema solare oltre l'orbita di Nettuno ed interna alla Nube di Oort dove orbitano corpi del diametro fino a migliaia di chilometri, dei quali Plutone è il rappresentante più noto.

 

Fascia di Kuiper

Il fatto che dopo l'orbita di Nettuno il sistema solare non esista più, che termini così bruscamente, non era un pensiero comunemente accettato. Una forza di gravità non smette di lavorare in maniera così netta: o dentro o fuori. Tanto più che il sistema solare è ben definito: prima i pianeti terrestri, poi i giganti gassosi e poi... poi Plutone, che non è né gigante né gassoso e con una orbita stranissima che interseca quella di Nettuno, che è inclinata di 17° rispetto all'eclittica e molto eccentrica.

E il suo satellite, Caronte? Non si è mai visto un pianeta con un satellite relativamente così grande.
Probabilmente esiste tutta una serie di corpi solidi che subisce una gravità tale da non potersi allontanare, ma non tanto forte da farli accorpare in ulteriori pianeti. Questo è il pensiero che Kennet Essex Edgeworth e Gerrit Pieter Kuiper elaborarono, ognuno indipendentemente dall'altro, e che li fece giungere alla ipotesi di esistenza di una serie di corpi solidi in circolo oltre Nettuno che di tanto in tanto entrano all'interno dell'orbita dei pianeti solari dando vita alle comete di corto periodo.
Era intorno al 1950, e recenti osservazioni hanno dato ragione ai due astronomi. La fascia in cui questi corpi orbitano è ora detta Fascia (o Cintura) di Edgeworth-Kuiper. Nel 1980 l'astronomo Julio Fernandez riprese il discorso ipotizzando l'esistenza di agglomerati solidi tra le 35 e le 50 UA. Questi corpi sono soggetti ad incontri ravvicinati il che porta alcuni di essi a risentire dell'influenza gravitazionale di Nettuno e ad essere attratti nel Sistema Solare sottoforma di cometa di breve periodo. Nacque così una caccia a questi corpi trans-nettuniani finché nel 1992 ne fu finalmente avvistato uno, chiamato 1992QB1. Fu solo il primo di una lunga lista, e lo studio di questi corpi è importante per i planetologi dal momento che le loro caratteristiche sono essenzialmente quelle dei corpi che hanno dato vita ai pianeti tramite aggregazione.
Con forma presumibilmente schiacciata ed una estensione che va da 38 a 50 UA, la Fascia di Kuiper contiene un numero indefinito di corpi, compreso tra dieci milioni ed un miliardo. Si pensa che tra le 38 e le 50 UA siano presenti almeno 70mila oggetti con dimensioni maggiori ai 10 chilometri di diametro. Le stime, che si estendono agli oggetti fuori dalla portata visiva, parlano di 10 milioni di corpi con diametro superiore ai 10 chilometri e di 10 miliardi di corpi con diametro che supera il chilometro.
I corpi compresi all'interno della Fascia sono presumibilmente i nuclei delle comete di breve periodo, intesi come quei corpi che a volte, vittime di spostamenti dovuti a fenomeni gravitazionali, vanno a penetrare nel sistema solare assumendo un'orbita ellittica intorno al Sole.

I corpi della Fascia di Kuiper vengono solitamente distinti in due grandi classi: i classici ed i risonanti.
I corpi classici sono compresi tra 42 e 48 UA e sono caratterizzati da una bassa eccentricità e da inclinazioni molto limitate rispetto al piano dell'eclittica. Una notevole densità si ha alla distanza di 39,5 UA, dove regna una speciale categoria di oggetti risonanti chiamati plutini in virtù del capostipite Plutone, spesso uniti in sistemi binari (proprio come Plutone e Caronte). I plutini sono in risonanza di moto medio con Nettuno, con periodo pari a 3/2 di quello di Nettuno: a 3 rivoluzioni di Nettuno ne corrispondono 2 dei plutini. E' proprio questa risonanza ad evitare collisioni tra Nettuno ed i plutini, visto che le orbite si intersecano più volte durante le rivoluzioni.
Oltre i plutini, ci sono gli altri corpi classici, che riempiono la fascia fino alle 48 UA dove si interrompono in modo molto brusco. Il limite esterno corrisponde alla risonanza 2:1 con Nettuno, cioè una rivoluzione di Nettuno corrisponde a due rivoluzioni dei corpi esterni della fascia di Kuiper.

Altra distinzione tra i corpi interni alla Fascia di Kuiper si ha tra corpi caldi e freddi, che si differenziano (non per temperatura ma) per colore ed inclinazione dell'orbita rispetto al piano dell'eclittica.

Ancora uscendo dalla Fascia di Kuiper esistono i corpi cosiddetti diffusi, caratterizzati da elevati valori di eccentricità ed inclinazione e molto instabili. A volte vengono attratti da Nettuno ed entrano nel Sistema Solare seguendo traiettorie da tenere sotto controllo. Quando entrano, infatti, possono venire a far parte della famiglia dei Centauri, tra i quali il più grande è finora Chirone. Inizialmente catalogato come asteroide, Chirone mostra oggi una chioma non indifferente che lo fa catalogare come cometa. Il movimento dei centauri induce a pensare che, data l'elevata instabilità dell'orbita, questi corpi non siano stabilmente in orbita intorno ai pianeti giganti gassosi del nostro sistema solare, ma che ne siano stati attratti e che siano destinati ad abbandonarla in tempi relativamente brevi.
Un dibattito è acceso sulla possibilità che la Fascia sforni non solo comete ma anche altre tipologie di corpi, come ad esempio Plutone, Caronte e Tritone. Le caratteristiche di questi corpi sono molto simili tra loro e molto differenti con le caratteristiche degli altri pianeti e satelliti, il che potrebbe far pensare che si siano creati all'interno dello stesso ambiente che potrebbe essere proprio la Fascia di Edgeworth-Kuiper.

Non è l'unico dibattito aperto sulla Fascia di Kuiper e sugli oggetti diffusi, del resto è proprio la lontananza che rende difficile lo studio di questi corpi. Studiamo Plutone da tanti anni, eppure in 77 anni ha percorso meno di un terzo della sua orbita quindi gli elementi che abbiamo non sono poi così tanti né tanto precisi. Per questo si ricorre sempre a simulazioni al computer. Uno dei problemi più affascinanti può essere proprio la brusca interruzione che si verifica a 48 UA. Può essere dovuta ad un evento sporadico come il passaggio di una stella vicino alle 1000 UA, ovviamente non in tempi recenti ma basta pensare che anche il nostro Sole è nato insieme ad altre stelle, oppure alla presenza di un pianeta, il famoso pianeta X, all'interno della fascia in grado di attrarre i corpi e non farli fuoriuscire dalle 48 UA. Se fosse così, però, sarebbe strano che un tale pianeta non abbia influenze gravitazionali su Nettuno.

La fascia di Kuiper, pur comprendendo tutti i corpi che possiede, non dovrebbe superare una massa che vada oltre qualche massa terrestre, il che è stato accertato studiando le interferenze gravitazionali sull'orbita della cometa di Halley. Un altro metodo è stato trovato misurando la radiazione termica della Fascia, che - nel caso di valori alti e quindi di molti corpi emittenti - avrebbe alterato i valori di temperatura della radiazione cosmica di fondo. I dati della sonda COBE della NASA non hanno trovato mutazioni nella radiazione a microonde, quindi sembrerebbe proprio che nella Fascia di Kuiper sia davvero molto lo spazio libero.

Riprese in falsi colori di 2012 HZ84 e 2012 HE85. Credit NASA/Jjuapl/Swri

Riprese in falsi colori di 2012 HZ84 e 2012 HE85. Credit NASA/Jjuapl/Swri

Credit NASA(Jhuapl/Swri

A Febbraio 2018 è stata elaborata una immagine ottenuta dalla sonda New Horizons (a destra), che il primo gennaio 2019 incontra da vicino un oggetto di Fascia di Kuiper. Si tratta della foto scattata a maggior distanza dalla Terra nella storia, superando il record della Voyager 1 che si girò per immortalare la "Blue Pale Dot". L'immagine è stata scattata il 5 dicembre 2017 da 6.12 miliardi di chilometri e riprende un ammasso stellare, Wishing Well, tramite la Long Range Reconnaissance Imager di bordo. Dopo l'ammasso, la New Horizons si è voltata verso la Fascia di Kuiper immortalando due oggetti: 2012 HZ84 e 2012 HE85, al fine di comprenderne forma e eventuale presenza di lune o satelliti (in basso).

Orbita dell'asteroide 2004 EW95

Orbita dell'asteroide 2004 EW95. Credit ESO

In piena Fascia di Kuiper risiede un corpo che probabilmente si è formato molto più vicino al Sole, presumibilmente nella Fascia Principale degli Asteroidi. Si chiama 2004 EW95 ed è un oggetto ricco di carbonio, il primo di questo tipo a essere scoperto in un'orbita così distante. La migrazione verso l'esterno è avvenuta, probabilmente, durante le prime tumultuose fasi del Sistema Solare, quando molti corpi più piccoli furono espulsi dalla parte interna per essere confinati nelle zone più remote. Le misurazioni sono state effettuate tramite il Very Large Telescope di ESO anche se le prime osservazioni sono merito di Hubble Space Telescope della NASA, il primo a consentire di osservare una composizione non in linea con il resto dei KBO. L'asteroide dovrebbe misurare almeno 300 chilometri di lunghezza e si trova a 4 miliardi di chilometri da noi. 

La Nube di Oort

La Nube di Oort è una regione del sistema solare compresa tra le 40.000 e le 100.000 UA caratterizzata da una notevole concentrazione di comete.

La Nube di Oort è un oggetto teorico ma oramai sembra accettato da tutti che lontano da noi, oltre i limiti dell'orbita di Plutone, esista un deposito di nuclei cometari che aspettano soltanto di essere stimolati per uscire dalla propria sacca. Alcuni vanno in giro per l'Universo, altri entrano nel Sistema Solare ed avvicinandosi al Sole iniziano a sublimare dando luogo alle comete di lungo periodo.

Nube di Oort

Mentre la Fascia di Edgeworth-Kuiper può spiegare l'esistenza delle comete di breve periodo, l'astronomo Oort nel 1950 (quindi in concomitanza con i due astronomi padri della fascia di Kuiper) elabora un concetto che consente di spiegare l'esistenza e l'origine delle comete il cui periodo supera i duecento anni, le comete di lungo periodo.
Molto più grande della Fascia di Kuiper, la Nube di Oort ha forma quasi circolare, a meno di stiramenti dovuti alla gravità della Via Lattea e si estende per circa 200.000 UA., contenendo centinaia di miliardi di nuclei di cometa. Il suo raggio sarebbe di un anno luce, con una massa totale simile a quella terrestre. La sua zona è compresa tra le 40.000 e le 100.000 UA.
Gli oggetti della Nube di Oort non sono mai stati visti, e la Nube è solo ipotizzata. I nuclei di cometa sono troppo deboli e lontani per essere visti. La forma sferica sarebbe la causa del fatto che le comete di lungo periodo sembrano provenire da ogni parte dello spazio e spesso in maniera perpendicolare al piano dell'eclittica. Un esempio è dato dalla cometa Hale-Bopp, la cui orbita di circa 2000 anni ha una elevata inclinazione.
Una possibile spiegazione alla formazione della Nube di Oort consiste nell'ipotizzare che i corpi che ne fanno parte si siano formati molto più vicini al Sole, al livello dei pianeti gassosi, e che siano stati spazzati via dalla forza di questi ultimi.
Le comete di questa Nube possono passare vicino al Sole ma se non entrano a far parte della sua attrazione possono anche non passare più e perdersi nello spazio, con una traiettoria che non è ellittica ma parabolica.

Influenza dello spazio esterno sulla Nube di Oort 

Saranno anche trilioni di chilometri, ma stelle di passaggio in grado di alterare gravitazionalmente i confini del Sistema Solare e di determinare l'ingresso di nuove comete ce ne possono essere stando ai dati di Gaia. Il limite di avvicinamento prima di avere un effetto di questo tipo è di 60 trilioni di chilometri, dipendentemente da massa e velocità dell'astro. Giusto per confronto, il pianeta più esterno del Sistema Solare si trova a 4.5 miliardi di chilometri. A questo punto la stabilità dei corpi della Nube di Oort potrebbe venir meno, spedendo verso il nostro pianeta corpi cometari. Le conseguenze possono essere date da spettacolari comete ma anche da rischi di impatti più o meno ampi, sia con la Terra sia con altri pianeti. 
Gaia ha studiato la posizione di più di un miliardo di stelle, stimando velocità e distanze per più di due milioni di stelle. La combinazione dei dati di Gaia con quelli di altre survey ha portato a una dettagliata mappa delle stelle suscettibili di futuri passaggi ravvicinati al nostro Sole, spingendosi fino a 5 milioni di anni di previsione. Sono 97 le stelle che passeranno a 150 trilioni di chilometri, mentre 16 di esse passeranno entro i 60 trilioni. Soprattutto la stella Gliese 710, entro 1.3 milioni di anni passerà entro i 2.3 trilioni di chilometri di distanza, circa 16 mila UA con possibilità di errore tra 1.5 e 3.2. Si tratta di un evento già noto, ma la stima è stata migliorata notevolmente. La stella ha massa pari al 60% della massa solare ma viaggia a 50 mila chilometri orari, molto lentamente quindi rispetto a una media di 100 mila. La lentezza non è portatrice di cose buone visto che vuol dire che sarà più lungo il tempo di interferenza gravitazionale sui corpi della Nube di Oort. Durante la massima vicinanza sarà l'oggetto più brillante, tra quelli in rapido movimento, nel cielo. 
I tassi parlano di 550 stelle ogni milione di anni che si portano entro i 150 trilioni di chilometri, mentre 20 si portano a meno di 30 trilioni. Equivale a un incontro ravvicinato ogni 50 mila anni circa. 

Rappresentazione della Stella di Scholz settantamila anni fa
 
Rappresentazione della Stella di Scholz settantamila anni fa
 
L'idea che le comete si siano introdotte nel Sistema Solare interno a causa del disturbo gravitazionale di una stella di passaggio sembra trovare conferme in uno studio di inizio 2018, basato sul movimento di alcuni oggetti ancora "segnati" dall'incontro con una stella avvenuto circa 70 mila anni fa, quando l'uomo prendeva possesso del pianeta. 
La stella in questione sarebbe la Stella di Scholz, giunta a una distanza dal Sole inferiore all'anno luce (forse inferiore anche a 0.6 anni luce) e quindi in piena Nube di Oort (oggi la stella si trova a 20 anni luce, è un sistema binario dato da una nana rossa con massa pari al 9% della massa solare e da una nana bruna). Il flyby della stella era già stato documentato nel 2015 ma tre anni dopo un team di astronomi ha analizzato l'andamento di 340 oggetti solari con orbita iperbolica, giungendo alla conclusione che le traiettorie siano in effetti figlie del passaggio della Stella di Scholz. Il radiante dei corpi esaminati sembra infatti riconducibile a una stessa zona di cielo, il che è statisticamente significativo soprattutto per il fatto che la Nube di Oort è vastissima. Il radiante comune si trova nei Gemelli, proprio la zona che ha visto il passaggio della stella. Potrebbe trattarsi di pura coincidenza, ma radianti e tempi sono davvero molto compatibili.


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