Corpi minori: asteroidi, nanopianeti, comete e polvere interplanetaria
loading

Corpi minori: asteroidi, nanopianeti, comete e polvere interplanetaria

I corpi rocciosi che non riescono ad amalgamarsi e a dar vita ai pianeti restano di dimensioni più o meno piccole. Masse che possono raggiungere livelli tali da attivare la gravità e donare forma sferica al corpo, dando vita a quelli che chiamiamo nanopianeti o pianeti nani, oppure rimanere molto limitate dando vita a oggetti con svariate forme come gli asteroidi. A distanze maggiori rispetto alla stella centrale questi corpi hanno una dominanza ghiacciata, le comete. Tutto il resto è polvere.

Gli asteroidi e i pianeti nani

Oltre ai pianeti, un sistema planetario si compone di corpi minori rocciosi chiamati asteroidi. Nel Sistema Solare è stata introdotta anche la classe dei nanopianeti. Cosa sono e come si formano questi corpi minori.

Una volta compresa la formazione dei pianeti appare logico pensare come non tutti i planetesimi e non tutti i planetoidi siano riusciti a portare a termine tutte le fasi, con la conseguenza che molti corpi celesti non siano andati oltre determinate dimensioni. Questo vale nel nostro Sistema Solare di sicuro, visto che ogni sera e ogni notte possiamo avere una evidenza osservativa delle migliaia di corpi minori presenti, ma anche negli altri sistemi planetari. La convizione della presenza di corpi minori si basa su dati deduttivi ma, recentemente, anche osservativi: innanzitutto per il principio cosmologico non abbiamo nulla di speciale e se la formazione planetaria avviene proprio come pensiamo allora la presenza di "scarti" è una deduzione del tutto lecita e logica. Seconda poi, da qualche anno è stato possibile osservare righe spettrali causate da corpi minori (anche se in tal caso comete, più facili da captare data la coda molto lunga) sulla radiazione della stella madre. Un esempio su tutti è dato dalle comete scoperte nel sistema di beta Pictoris. Non da meno, il 2017 ha visto la scoperta di un corpo minore di origine extra-solare all'interno del nostro sistema planetario : l'oggetto è stato battezzato 1I'Oumuamua e rappresenta la prova evidente dell'esistenza di corpi minori anche all'interno di altri sistemi planetari: questo, in particolare, è stato espulso dal proprio sistema di origine e il suo viaggio da migrante lo ha portato nel Sistema Solare. 

In realtà l'esistenza di corpi minori è scoperta relativamente recente: quando il primo corpo minore venne osservato all'interno del Sistema Solare (1 gennaio 1801, scoperta di Cerere a opera di Padre Giuseppe Piazzi) questo concetto non era affatto chiaro e la sua scoperta portò all'ipotesi che potesse trattarsi di un ulteriore pianeta . La scoperta di tanti oggetti simili, in seguito, ha reso necessaria una rivisitazione della classificazione dei corpi celesti mentre oggi esistono addirittura piattaforme dedicate agli appassionati per la scoperta di asteroidi da immagini di repertorio. Un esempio è dato da Hubble Asteroid Hunter (HAH), un nuovo progetto di ZooUniverse che consente agli appassionati di evidenziare la presenza di asteroidi di passaggio nelle immagini di Hubble Space Telescope, immagini finalizzate allo spazio profondo nelle quali la "strisciata" di un asteroide è una fortunata coincidenza. 

Tracce di asteroidi nelle immagini a campo profondo di Hubble. Crediti ESA/NASA
Tracce di asteroidi nelle immagini a campo profondo di Hubble. Crediti ESA/NASA

All'interno della classe dei corpi minori, quindi, quelli rocciosi vengono chiamati asteroidi o nanopianeti mentre quelli a maggior contenuto di ghiaccio, formatisi nelle zone più distanti del sistema planetario, vengono detti comete.

Asteroide Itokawa ripreso dalla sonda Hayabusa della JAXA. Crediti JAXA
Asteroide Itokawa ripreso dalla sonda Hayabusa della JAXA. Crediti JAXA

Gli asteroidi sono corpi minori di un sistema planetario originati dallo stesso processo di formazione dei pianeti ma le cui fasi di accrescimenti si sono interrotte più o meno presto.  Un asteroide è un corpo roccioso di forma irregolare, non più grande di mille chilometri di diametro (anche se la media è inferiore ai cento) e superiore in genere a poche decine di metri.

Il destino degli asteroidi che si formano in una cintura in orbita alla propria stella madre sembra risentire fortemente dell'evoluzione stellare stessa. Al termine della fase AGB , infatti, quando la stella si appresta a divenire nana bianca , la radiazione stellare è abbastanza forte da aumentare la velocità di rotazione degli asteroidi determinandone la frammentazione. Ciò che sembra inevitabile è la polverizzazione delle fasce asteroidali in un periodo di appena un milione di anni, con conseguente disco di detriti intorno alla nana bianca che resta (osservabili da Terra anche come contaminazione della nana stessa). La radiazione viene infatti assorbita dagli asteroidi e redistribuita internamente prima di essere riemessa da una diversa locazione, il che crea uno squilibrio che gradatamente aumenta la velocità di rotazione del corpo celeste, giungendo a velocità che raggiungono una rotazione in appena due ore (effetto YORP - Yarkovsky, O'Keefe, Radzievskii, Paddack. Il processo si ripete più volte fino a giungere alla polverizzazione e se la stella è simil solare in termini di massa l'effetto è tanto violento da colpire anche la fascia più esterna (Dimitri Veras et al. Post-main-sequence debris from rotation-induced YORP break-up of small bodies – II. Multiple fissions, internal strengths, and binary productionMonthly Notices of the Royal Astronomical Society - 2019). 

 

Famiglie e gruppi asteroidali

Le famiglie di asteroidi derivano da collisioni avvenute miliardi di anni fa tali da creare frammenti di centinaia di chilometri in orbite condivise. Altri gruppi sono nati come risultato della fissione rotazionale, una velocità di rotazione tale da oltrepassare il limite di rottura e da creare frammenti di pochi chilometri di diametro. I due gruppo potrebbero essere tra loro collegati, secondo uno studio brasiliano di fine 2019, con gli ammassi da fissione derivanti dalle famiglie nate da collisioni, almeno in alcuni casi. Contrariamente a quanto pensato, quindi, le famiglie derivanti dalle collisioni evolvono tramite meccanismi gravitazionali o meno ma le dimensioni dei corpi non restano quelle di partenza e da una stessa famiglia possono avere origine più gruppi. In questa veste potrebbero calarsi le giovani famiglie collisionali di Jones, Kazuya, 2001 GB11 e Lorre, la cui età non supera i cinque milioni di anni: tramite machine learning, simulazioni di time-reversal, dati astrometrici di Gaia, infatti, sono stati identificati - in queste quattro famiglie - diversi sottogruppi. L'analisi conferma infatti tre sottoclassi di secondo o terzo livello di fissione rotazionale nella famiglia di Jones, due nella famiglia di 2001 GB11 e due nella famiglia di Lorre. Per ammasso di secondo livello si intende un sottoinsieme della famiglia creata dalla collisione primaria, compreso il corpo di origine, mentre per gruppo di terzo livello si intende un sottoinsieme della famiglia primaria creato dalle collisioni seguenti, con esclusione del corpo originario.
Gli ammassi da fissione nei gruppi secondari e terziari non superano mai il 5% della popolazione totale della famiglia originaria quando la famiglia stessa ha più di cento milioni di anni di età, il che può essere legato al meccanismo di formazione della famiglia primaria. 
In pratica, quando si forma una famiglia di asteroidi questa comprende uno stream di frammenti la cui elevata velocità di rotazione può essere legata alla collisione stessa oppure a effetti termici come l'effetto Yarkovsky-O'Keefe-Radzievskii-Paddack (YORP). I frammenti possono ammassarsi in gruppi di fissione, visibili per un po' di tempo. Dopo un periodo tra 5 e 10 milioni di anni i gruppi di disperdono e non possono essere più scoperti (V. Carruba et al, The population of rotational fission clusters inside asteroid collisional families, Nature Astronomy - 2019).

Il limite superiore alla dimensione è legato al processo di formazione: sappiamo - dalla formazione planetaria - che la gravità inizia a essere dominante oltre i mille chilometri di diametro e proprio l'innescarsi degli effetti gravitazionali dona al corpo celeste in formazione un aspetto sferico. Il fatto che gli asteroidi abbiano una forma irregolare implica il mancato raggiungimento di una dimensione tale da attivare la gravità nel processo di acquisizione di massa , cioè di accrescimento.

I pianeti nani sono corpi minori di un sistema planetario originati dallo stesso processo di formazione dei pianeti ma che, pur riuscendo ad aver massa tale da donare forma sferica, non sono riusciti a ripulire la propria orbita da oggetti comparabili per massa e dimensione. 

La definizione di pianeta nano può sembrare decisamente più arbitraria e in effetti lo è, essendo nata essenzialmente per limitare il numero di pianeti nel Sistema Solare. Con la scoperta di tanti corpi celesti simili a Plutone, dapprima considerato pianeta , i corpi planetari del nostro sistema rischiavano di divenire migliaia e non più nove. La soluzione della IAU (International Astronomical Union), basata comunque su differenze orbitali notevoli tra Plutone e il resto dei pianeti, è stata introdurre il concetto di "orbita pulita", con la conseguente declassazione di Plutone al rango di nanopianeta e il ripristino di un sistema a otto pianeti. Difficilmente sentirete parlare di eso-nanopianeti mentre sentirete parlare di eso-asteroidi o eso-comete.

La struttura interna di Cerere, pianeta nano del Sistema Solare. Crediti NASA
La struttura interna di Cerere, pianeta nano del Sistema Solare. Crediti NASA

A differenziare pianeti nani e asteroidi è quindi la pulizia dell'orbita, in termini di definizione, ma la maggior massa acquisita dai pianeti nani, che si esterna come forma sferica, può comportare anche una stratificazione delle zone più interne come appare nel disegno in alto relativamente alla sezione di Cerere. Un processo visibile nei pianeti e dipendente, appunto, dalla massa, con gli elementi più pesanti che sprofondano verso il centro del corpo celeste lasciando gli elementi più volatili in superficie.

Tornando alla formazione, quindi, si può fare riferimento alla formazione planetaria avendo cura di fermarsi prima della fusione di planetoidi in pianeti: tutto sta a comprendere come mai questo processo di formazione non venga portato a termine per tutti gli embrioni planetari. Il motivo può essere senz'altro statistico ma anche legato alla dinamica di un sistema planetario .

  • Statisticamente, con milioni di oggetti in formazione con la "pretesa" di divenire pianeti è facile pensare come alcuni possano accrescersi prima di altri, per una distribuzione asimmetrica di materiale che tende a favorirli per posizione, e iniziare a giocare un ruolo di dominanza in un sistema, acquisendo una maggior quantità di materiale e - di conseguenza - sottraendola agli altri.
  • Anche la dinamica però, come detto, gioca un ruolo fondamentale: inizialmente esistono milioni di planetoidi e questi, in un sistema planetario del tutto instabile come quello in formazione, entrano in collisione. Le collisioni possono resettare le dimensioni dei corpi, frantumandoli di nuovo, e costringendoli a ricominciare il processo di formazione oppure a rimanere polvere interplanetaria o quasi. Oppure, ancora, catapultandoli fuori dal sistema planetario, cosa che potrebbe essere accaduta a 1I'Oumuamua ma anche a corpi nati nel Sistema Solare e oggi persi chissà dove.

Nel Sistema Solare, il limite ai mille chilometri potrebbe essere stato imposto (anche) dalla presenza dei giganti gassosi più esterni e delle risonanze gravitazionali con la massa di Giove: la maggior parte degli asteroidi si trova tra l'orbita di Marte e quella di Giove, nella così detta Fascia Principale degli Asteroidi , in un punto in cui un eventuale pianeta in formazione avrebbe risentito da un lato della gravità solare e dall'altra di quella di Giove, con il risultato di non riuscire più nella fase di accrescimento. Mentre la questione statistica, essendo tale, può essere ipotizzata in "media" per ciascun sistema planetario, ognuno di questi sistemi può invece avere le proprie dinamiche, i propri pianeti, e quindi andare a collocare i propri asteroidi dove meglio crede. L'unico vincolo è dato dalla distanza dalla stella , visto che oltre la linea della neve i corpi minori perdono la dominanza rocciosa a vantaggio di quella ghiacciata, risultando come comete. 

Ultimo aggiornamento del: 10/02/2020 23:45:13

Le comete

Quando i corpi minori si formano oltre la linea della neve il ghiaccio diventa lo stato dominante nella superficie. Nuclei cometari sono presenti ai confini di ogni sistema planetario, con la possibilità di essere deviati verso la stella centrale.

Un nucleo cometario è una tipologia di corpo minore di un sistema planetario , caratterizzato da una distanza notevole dalla stella centrale e, conseguentemente, da un involucro ghiacciato. Solitamente si parla di cometa nel momento in cui questo nucleo viene spinto da qualche evento verso le zone più interne del sistema planetario, con conseguente sublimazione del ghiaccio all'approssimarsi alla zona occupata dalla stella e formazione della tipica coda.

La cometa C/2006 P1 McNaught ripresa dall'emisfero australe a Gennaio 2007
La cometa C/2006 P1 McNaught ripresa dall'emisfero australe a Gennaio 2007

 

I nuclei cometari sono corpi celesti di diametro variabile da qualche chilometro a decine di chilometri, formati principalmente da ghiaccio, silicati e grafite. Il ghiaccio è dovuto proprio al fatto che questi oggetti abbiano origine in zone molto remote dalla stella centrale, zone molto fredde. Sappiamo come nel nostro Sistema Solare esistano miliardi di nuclei cometari i quali si mantengono a distanze elevatissime, tanto che i "serbatoi" di comete sono a oggi soltanto ipotizzati. Una conferma, tuttavia, viene da alcune esocomete già osservate, in particolare intorno alla stella beta Pictoris. Le righe spettrali di stelle distanti mostrano, a volte, i segni del passaggio di sciami cometari e quanto visto su beta Pictoris è stato osservato poi nella luce della stella KIC 3542116. 

La storia delle comete, quindi, parte dalla loro osservazione e riporta ai nuclei cometari soltanto come conseguente interrogazione circa la loro origine. Note fin dai tempi antichi, le comete venivano viste come presagio di sventura: apparivano all'improvviso e spesso erano visibili anche di giorno. Per di più, andavano a intaccare la perfetta staticità del cielo. Soltanto più recentemente gli studi effettuati e gli strumenti più evoluti hanno consentito alle comete di assumere una dignità di corpo celeste , tra l'altro molto importante visto che potrebbe fornire molte risposte alle domande sull'origine dei sistemi planetari. Il motivo di questa importanza risiede nel fatto che le comete sono residui della nube protoplanetaria (o disco protoplanetario ). A volte, il disturbo gravitazionale di stelle di passaggio o altri eventi comunque esterni possono alterare l'orbita dei nuclei cometari esterni può indurli a uscire definitivamente dal sistema planetario di appartenenza oppure a dirigersi verso il suo interno, catturata dalla gravità stellare e influenzata, nel moto, dalla presenza degli altri pianeti. Nell'ultimo caso il nucleo cometario, all'approssimarsi alla stella centrale, assume l'aspetto che siamo soliti indicare come cometa. Le comete, avvicinandosi alla stella, iniziano a surriscaldarsi e quando arrivano a una determinata distanza dalla stella, dipendente dalla radiazione stellare (per il Sole è tipicamente seicento milioni di chilometri) iniziano a liberare dei gas e delle polveri in rapida espansione assumendo una nebulosità diffusa formata da plasma e polvere. Si tratta della coma o chioma. Gli ioni della chioma vengono peraltro spinti in direzione opposta a quella del vento stellare, dando luogo alle splendide e lunghissime code (code di gas ionizzato). Anche le polveri espulse dal nucleo danno luogo ad una seconda coda, di polveri e tipicamente giallastra.

Una volta entrate nel sistema planetario interno, le comete diventano periodiche, con tempi tra un passaggio all'altro che possono essere molto brevi o molto lunghi tanto da apparire a orbita aperta (e quindi non periodiche). Nel nostro Sistema Solare la cometa di Hale Bopp, ad esempio, ha un periodo di oltre duemila anni con l'ultimo passaggio effettuato nel 1997. Il periodo orbitale più o meno lungo dipende dalla zona di origine: i nuclei cometari posti a maggior distanza dalla stella centrale saranno le comete di lungo periodo mentre i nuclei più prossimi alla stella avranno periodi più brevi. La periodicità delle comete fu scoperta grazie ad Edmund Halley: fu lui a capire che gli scritti riguardanti una cometa e risalenti a differenti anni erano tra loro legati dal fatto che riguardavano tutti la stessa cometa. Halley allora riuscì a predire l'anno in cui questa cometa sarebbe passata di nuovo, ma non visse talmente a lungo da verificare che la sua predizione era esatta. Le comete non periodiche, invece, sono quelle la cui orbita non è ellittica, e dopo un passaggio al perielio si perdono all'esterno del Sistema Solare non tornando più , seguendo una orbita parabolica.

Sembra possibile calcolare da quanto tempo una cometa sia presente nella zona interna di un sistema planetario a partire dalla quantità di carbonio. Lo studio ha avuto per oggetto la cometa C/2019 Y4 (ATLAS), apparsa a Maggio 2020 e disintegrata troppo presto mostrando, tuttavia, una buona quantità di particelle carbonacee. Secondo le deduzioni, più carbonio è contenuto nella chioma di una cometa e minore è il tempo speso nei pressi del Sole. La C/2019 Y4 ha un periodo che si aggira sui 5476 anni, quindi la vicinanza al Sole è cosa ben rara e i livelli registrati somigliano a quelli della cometa Hale-Bopp del 1997 e della C/1995 O1, altra cometa di lungo periodo (Evgenij Zubko et al, Polarization of disintegrating Comet C/2019 Y4 (ATLAS)Monthly Notices of the Royal Astronomical Society - 2020). 

Anche le comete muoiono: solitamente, la sublimazione del nucleo implica un dato oggettivo: ad ogni passaggio della cometa al periastro, il nucleo diventa più piccolo visto che perde alcuni metri di diametro e circa un millesimo della propria massa. Le comete dunque non sono infinite, ma sono destinate a morire anche se in tempi molto lunghi. Del resto è proprio la perdita di materiale sublimato che consente, in caso di intersezione con l'orbita terrestre, di vedere dal nostro pianeta lo spettacolo degli sciami di meteore. Ad esempio, l'accattivante sciame delle Perseidi che tiene con il naso all'insù tutti gli italiani le notti tra il 10 ed il 13 agosto di ogni anno sono i frammenti della cometa Swift-Tuttle. Ci sono comunque morti più drastiche: una cometa può essere spezzata dall'attrazione gravitazionale di pianeti ai quali viene a trovarsi troppo vicini (superamento del Limite di Roche). E' il caso del 1994, quando la cometa Shoemaker-Levy andò a morire contro Giove in una serie numerosa di frammenti. Quell'evento fece rendere conto di una cosa: le serie di piccoli crateri consecutivi presenti sulla Luna sono probabilmente dovuti ad impatti con frammenti di una cometa passata troppo vicino alla Terra.

Le comete sono composte da un nucleo, da una chioma e da due code.

Il nucleo cometario

Il nucleo cometario rappresenta il corpo celeste stesso, al netto della sua attività di sublimazione. Indicato da sempre come una palla di neve sporca ad indicare la sua natura di ghiaccio e roccia, le foto della cometa di Halley prima e soprattutto le straordinarie immagini della missione Cassini intorno alla cometa 67P/Churyuomov-Gerasimenko hanno evidenziato un colore molto scuro a indicare una prevalenza di materiale roccioso rispetto al ghiaccio. Il nucleo riflette poco la luce solare, assorbendone più del 97% nel caso della cometa di Halley. Le immagini del nucleo della cometa 67P in particolare mostrano paesaggi che ricordano molto da vicino quelli terrestri, fatti di vallate, rilievi e fratture.

La dimensione del nucleo cometario varia da qualche chilometro a decine di chilometri, anche se la densità è molto bassa, oscillando tra 0,2 e 1,2 volte la densità dell'acqua. Come tutti i pianetini, anche il nucleo della cometa ruota intorno ad un asse.

Il nucleo si compone di sostanze organiche e ghiacci volatili. Questi ultimi sono costituiti prevalentemente da acqua, mentre ossido e biossido di carbonio seguono con quote che arrivano a volte ad un quinto della massa cometaria. Altre sostanze sono state individuate, quali ammoniaca, metano e alcol metilico. 

La chioma o coma

La chioma (o coma) è l'atmosfera della cometa, un alone di gas che circonda il nucleo nel momento in cui la cometa stessa viene a trovarsi più vicina alla stella, iniziando a sublimare. A temperature più basse, la chioma è formata da monossido di carbonio ed anidride carbonica, che si volatilizzano. Avvicinandosi alla stella la temperatura sale, ed anche il ghiaccio inizia la fase di sublimazione. I gas che ne derivano, comprensivi di formaldeide e metano, formano lunghissimi getti che raggiungono le centinaia di migliaia di chilometri. Ogni getto ha la sua direzione, ovviamente, ma l'esposizione alla radiazione stellare e, soprattutto, ai venti stellari fa sì che tutti i getti vengano indirizzati in una sola direzione. 

La natura dei getti di gas e polvere su una cometa e la loro origine non è un fenomeno compreso in termini di processi superficiali coinvolti e così possono venire incontro le simulazioni al computer accompagnate dalle immagini scattate dalla sonda Rosetta sulla cometa 67P Churyumov-Gerasimenko, in grado di assistere al processo completo tramite più di settantamila immagini. Una fauna di getti ampissima, da getti rapidi e inattesi a strutture durature. Al sorgere del Sole su una zona superficiale si verifica una attività cometaria quasi istantanea al terminatore e mattina dopo mattina cometaria sono stati spesso osservati sempre gli stessi getti prendere forma. Le esplosioni in genere fanno riferimento a una piccola area superficiale nella quale esiste una quantità di acqua congelata, magari accumulatasi in seguito a una frana. Il fatto che vengano prodotti getti anziché una emissione più ampia è da spiegare con la forma più o meno frastagliata della cometa.

Non solo sublimazione, comunque, ma anche frane e valanghe che si verificano in superficie possono giocare un ruolo fondamentale per il mantenimento dell'attività cometaria, anche al termine dell'esaurimento del ghiaccio superficiale. Questi fenomeni sollevano la polvere cometaria creando nuvole visibili da Terra e possono anche generare variazioni nello stato di rotazione del corpo celeste. La distruzione di massa, che indica proprio i movimenti della superficie, può continuare a scavare e a esporre strati di ghiaccio che altrimenti sarebbero confinati sotto uno strato di polvere, prolungando l'attività delle comete. La perdita di massa, d'altro lato, comporta un appiattimento delle caratteristiche superficiali della cometa il che va a ridurre, nel tempo, la frequenza di questi eventi. In tal caso, però, la variazione nella rotazione della cometa può portare nuove esposizioni alla radiazione solare riattivando la cometa il che potrebbe anche spiegare il fatto che la 2P/Encke, ad esempio, sia ancora attiva sebbene la vita sublimativa fosse stimata in 200 anni. Probabilmente la 2P è rimasta dormiente a lungo fino a che un evento di perdita di massa ha provveduto alla riattivazione.

Un mistero relativo alla chioma cometaria ha riguardato a lungo la presenza di azoto in misura molto inferiore alle aspettative ma tale scarsità può essere ricondotta alla combinazione in legami con i sali di ammonio. L'ammoniaca si compone di un atomo di azoto e tre di idrogeno ed è tra i maggiori portatori di azoto volatile. E' molto presente nello spazio interstellare ma anche nei ghiacci delle comete, dove forma sali che potrebbero essere alla base di urea e glicina (Kathrin Altwegg et al. Evidence of ammonium salts in comet 67P as explanation for the nitrogen depletion in cometary comaeNature Astronomy - 2020). 

Le code delle comete

La coda è formata dai gas della chioma che si dispongono in un'unica direzione. Questa direzione, come detto, è stabilita dai venti stellari con la conseguenza che la coda della cometa va sempre in direzione opposta al stella, anche quando la cometa è in fase di allontanamento. Nonostante la coda sia lunga centinaia di migliaia di chilometri, la sua massa è veramente misera al punto che se la Terra entrasse nell'orbita della coda non ne risentirebbe minimamente. In effetti questo è già accaduto, quando la Terra si è venuta a trovare nella scia della cometa di Halley nel 1910, oppure quando Marte è stato investito dalla coda della cometa C/2013 A1 (Siding Spring).

Oltre alla coda di gas ionizzato (plasma) di colore bluastro, esiste anche un'altra coda formata da polvere e che solitamente è giallastra.

A volte le code si spezzano e si staccano dal nucleo: il 20 aprile del 2007 una espulsione di massa coronale di una certa entità, da parte del Sole, ha investito la cometa Encke provocandone il distaccamento della coda. Il campo magnetico del vento solare, in questi casi, si stringe intorno alla coda per riconnettersi ad una certa distanza oltre il suo nucleo. L'effetto è proprio la perdita di coda da parte della cometa, comunque temporaneo.

Ultimo aggiornamento del: 14/07/2020 17:56:13

I satelliti naturali

Corpi celesti minori che non orbitano intorno a una stella e la cui forma può essere sia sferica sia casuale. La storia dei satelliti è molto diversificata in base alla modalità con la quale questi corpi si sono ritrovati a orbitare intorno a pianeti

I satelliti naturali sono i corpi celesti non stellari che orbitano intorno ad un altro corpo celeste che non sia una stella .

Impropriamente sono detti anche lune con l'iniziale minuscola, per distinguerli dalla Luna che è il satellite della Terra, un po' come la Galassia è considerata la nostra tra le galassie in generale.

I satelliti non sono caratteristici dei soli pianeti, dal momento che anche i pianeti nani e gli asteroidi possono averne e che molte galassie sono in possesso di galassie satellite: dal momento che la definizione non pone vincoli sulla natura del corpo madre né su quello in orbita - se non la mancanza di natura stellare - qualsiasi corpo celeste che orbita intorno a una "non stella" viene considerato satellite. Facendo riferimento ai satelliti più comuni, quelli intorno a pianeti, a oggi siamo di fronte a corpi studiabili nel solo ambito del nostro Sistema Solare , almeno fino a quando i nostri strumenti tecnologici ci consentiranno di approfondire la conoscenza degli esopianeti e di avere una sensibilità tale da individuare le prime lune al di fuori del Sistema Solare (così dette esolune).

Satelliti di Saturno. Crediti NASA/JPL/Cassini
Satelliti di Saturno. Crediti NASA/JPL/Cassini

Come si diventa satellite

Ciò che principalmente affascina dei satelliti è senza ombra di dubbio la genesi, il cui studio può spiegare molte delle caratteristiche differenti che questi corpi celesti posseggono e che li rendono a volte unici. 

Varie ipotesi di formazione di un satellite. Crediti Wikipedia
Varie ipotesi di formazione di un satellite. Crediti Wikipedia

a. Scissione

Una possibilità vede la creazione di un satellite a partire dal corpo planetario intorno al quale orbita, come conseguenza di una velocità di rotazione molto alta per il pianeta. Questa modalità può essere tipica delle prime fasi di formazione planetaria, quando il pianeta è ancora una massa incandescente di materiale fluido. L'elevata velocità di rotazione crea una ovalizzazione, un rigonfiamento equatoriale e infine - nei casi più estremi - il distaccamento dal pianeta di una massa che resta in orbita a vivere di vita propria intorno al pianeta. Una nascita di questo tipo può essere rivelata da un'orbita del satellite a inclinazione zero rispetto all'equatore del pianeta e da un moto costante di allontanamento. Chimicamente, i due corpi dovrebbero presentare una uguale composizione, almeno relativamente alla crosta e al primo mantello del pianeta.

b. Impatti minori

Un'altra possibile genesi di alcuni satelliti è dovuta ad impatti che avrebbero lasciato dei corpi più piccoli ad orbitare intorno al pianeta di origine. In tal caso, gli impatti avrebbero creato numerosi corpi più piccoli a partire da corpi più grandi, alcuni dei quali potrebbero essersi amalgamati in corpi maggiori. In questo caso le orbite definitive dei satelliti non avrebbero una inclinazione prevedibile, dipendendo dalla geometria degli impatti, ma la composizione potrebbe rispecchiare quella della crosta del pianeta di origine. 

c. Cattura gravitazionale

Nel Sistema Solare ad oggi sono stimati circa 200 satelliti e la maggior parte è disseminata intorno ai pianeti di tipo gigante gassoso. Basti pensare che per i pianeti terrestri del Sistema Solare i satelliti sono soltanto tre: uno per la [V]Terra[/V], due per Marte e nessuno per Mercurio e Venere . Questo farebbe pensare ad una regola generale legata proprio alla genesi dei satelliti stessi: innanzitutto, il fatto che la prevalenza sia a favore dei pianeti più grandi lascia pensare che i satelliti non siano nati insieme a questi ma che siano stati attratti in seguito dalla forza gravitazionale di questi giganti e quindi catturati. Una testimonianza può essere senza dubbio l'estrema diversità di caratteristiche che questi satelliti presentano gli uni dagli altri. Addirittura, si ritiene con provata certezza che su alcuni satelliti dei giganti gassosi esistano addirittura oceani di acqua allo stato liquido sub-superficiale, il che li potrebbe far inquadrare tra le possibili culle di forme di vita. Esempi evidenti di cattura gravitazionale sono presenti intorno a Giove e sono evidenziati da composizioni chimiche decisamente differenziate da satellite a satellite e da orbite molto diverse, a testimonianza di catture avvenute in diverse condizioni orbitali dei corpi di partenza. Non è un caso che proprio Giove sia il pianeta che maggiormente riesce ad attrarre corpi minori, essendo il più massiccio, e proprio questa caratteristica riesce anche a salvaguardare il Sistema Solare interno da un maggior numero di pericoli. Basti osservare la storia di Giove per vedere, soltanto negli ultimi pochi anni, una serie di impatti dovuti a corpi di passaggio attratti dal gigante: esempi ne sono la cometa Shoemaker-Leavy 9 e le cicatrici sull'atmosfera osservate recentemente.

d. Impatto gigante

Un'altra possibilità (nessuna esclude le altre, sono tutte valide per satelliti differenti) prevede un impatto colossale tra un asteroide ed un pianeta : dall'impatto si sarebbe alzato un anello di polveri che - raffreddando e collassando - avrebbe dato vita al satellite. Questa tesi è la più accreditata per la nascita della nostra Luna, la quale deriverebbe dall'impatto di un asteroide delle dimensioni di Marte - chiamato Teia - con la nostra Terra. Da quanto detto è anche lecito chiedersi se gli anelli planetari che circondano i giganti gassosi, primo tra tutti Saturno, possano essere composti da frammenti di ex-satelliti che si stanno ricostruendo o da materiale che si sta formando per diventare una nuova "luna". Indizi di una simile formazione possono essere le dimensioni elevate del satellite rispetto al corpo planetario, una composizione chimica che rispecchia quella di crosta e mantello del pianeta, con contaminazioni derivanti dal corpo impattante, e una orbita inclinata rispetto alla perpendicolare all'asse di rotazione del pianeta stesso.

I satelliti naturali dei giganti gassosi

Polvere in disco circumplanetario, rappresentazione
Polvere in disco circumplanetario, rappresentazione

Uno dei problemi principali per la formazione di satelliti naturali intorno a giganti gassosi riguarda la fornitura di materiale: ogni pianeta gigante in formazione crea un vuoto all'interno del disco protoplanetario, con gas che continua a fluire trovando un canale attraverso i poli del pianeta mentre le polveri, più concentrata nel piano mediano, non riescono più ad alimentare il disco circumplanetario. Eppure sappiamo - ad esempio dal sistema di Giove - che le lune si formano quindi in qualche modo questa polvere deve arrivare.

La teoria prevalente sostiene che il disco circumplanetario venga alimentato di continuo da gas e polveri, ma in realtà il rapporto vede molto più gas che polvere e di questo occorre tener conto. Il tutto avverrebbe poi in concomitanza con la formazione del pianeta prima di migrare verso di esso, ma questo si scontra con la presenza di cavità magnetiche a ridosso del pianeta stesso. Un altro modello propone come alcuni planetesimi possano formarsi nel disco protoplanetario e possano avere incontri molto ravvicinati con il pianeta: attraversandone il disco circumplanetario, vengono inglobati per attrito prima di essere distrutti rilasciando materiale a disposizione dei satelliti. 

Un terzo modello, che appare più maturo, vede la polvere giungere poco a poco insieme al gas, limitando il discorso alla sola polvere più sottile, che può stare nelle regioni superficiali del disco protoplanetario. Le polveri ruotano intorno al pianeta più lentamente del gas il che frena le polveri e tende a spingerle verso il pianeta. Al tempo stesso c'è una forza contraria poiché il disco di gas è in espansione intorno al pianeta. Il disco circumplanetario, infatti, tende a muoversi verso l'esterno fino a uscire dalla Sfera di Hill e rientrare nel disco protoplanetario . Due forze contrapposte, quindi, tra le quali si muove la polvere: il gas in espansione tende a portare con sé la polvere verso l'esterno mentre l'attrito tende a spingerla all'interno, ma tra le due forze esiste una fascia di stabilità che dipende dalla dimensione della polvere: polveri con una dimensione ben precisa riescono a mantenersi stabili sul disco a una certa distanza dal pianeta (meccanismo di dust trap) e il disco stesso si arricchisce di polvere innescando un processo di aggregazione per gravità di tipo bottom-up. Raggiunta una certa dimensione, il satellite nascente interagisce con il disco circumplanetario e inizia a migrare verso l'interno, fermandosi al bordo interno del disco a causa della presenza di una cavità magnetica presente intorno a tutti i dischi di oggetti magnetizzati. Se si forma un secondo satellite, questo migra fino alla risonanza con il primo e così via. L'ultimo satellite può crearsi dai detriti rimasti, come nel sistema di Giove relativamente a Callisto (che infatti non è differenziato) (The Astrophysical Journal - “Formation of Giant Planet Satellites” - Konstantin Batygin et al.).

Le orbite - sincronia, risonanza e allargamento

Un altro argomento molto interessante che riguarda i satelliti è rappresentato dalle loro orbite. Molti satelliti, quasi tutti, presentano un fenomeno di rotazione sincrona: completano una rotazione sul proprio asse per ciascuna rivoluzione intorno al pianeta e questo comporta il mostrare sempre la stessa faccia al pianeta stesso. L'esempio più classico per noi è proprio la Luna: vediamo sempre la stessa faccia, con qualche piccolissima eccezione che ci porta a vedere il 56% della superficie lunare (fenomeni di librazione dovuti a un allineamento ancora non perfetto dei tempi). Un esempio inverso è Iperione, satellite saturniano che possiede una rotazione completamente affidata alla teoria del caos. 

Altri satelliti sono tali per cui i loro periodi di rivoluzione possono essere espressi come multipli o sottomultipli dei periodi orbitali degli altri. In tal caso si parla di risonanza orbitale e questo fenomeno consente ai satelliti di stabilizzare la propria orbita grazie alla reciproca influenza gravitazionale. Si parla di risonanza di Laplace quando i rapporti sono esprimibili in numeri interi anziché frazioni. Spesso i satelliti in risonanza vengono aggregati in famiglie, come i Plutini (in risonanza 3:2 con Nettuno) ed i Troiani (risonanza 1:1 con Giove). A volte la risonanza stessa fa si che una determinata fascia sia completamente sgombra di satelliti: un esempio è dato dalle lacune di Kirkwood, zone completamente prive di corpi in risonanza con l'orbita di Giove. Alcuni satelliti, infine, presentano compagni nei punti lagrangiani della propria orbita, come i satelliti saturniani Teti e Dione.

Molti satelliti sono in lento allontanamento dal proprio pianeta e la nostra Luna non fa eccezione. Per comprendere questa migrazione orbitale verso l'esterno è possibile osservare proprio il nostro satellite: la Luna esercita una piccola attrazione gravitazionale sulla Terra il che causa le maree, con rigonfiamento delle masse oceaniche durante l'intero percorso lunare. Processi di frizione all'interno della Terra convertono parte di questa energia in calore, distorcendo il campo gravitazionale tanto da spingere lentamente verso l'esterno. Questo causa un guadagno di energia per la Luna, la quale - gradualmente - si sposta sempre più lontano al tasso di circa 3.8 centimetri all'anno in un processo che, comunque, non vedrà il nostro satellite perdersi prima che l'intero sistema Terra-Luna non sia inglobato nel Sole in fase di gigante rossa . La stessa cosa accade per le altre lune del Sistema Solare e conferme arrivano a mano a mano che le sonde consentono una misurazione sempre più precisa tramite radioscienza. Ad esempio, anche Saturno esercita su Titano lo stesso effetto legato ai processi di frizione interna e, sebbene a lungo si sia creduto che questi processi fossero meno energetici a causa della natura gassosa del pianeta, i dati della missione Cassini mostrano come il tasso di allontanamento di Titano - stimato sempre in 0.1 centimetri all'anno, sia invece pari a 11 centimetri all'anno (cento volte superiore, quindi). Il dato - ipotizzato già nel 2016 - è stato confermato anche tramite astrometria, verificando in dieci anni lo spostamento di Titano rispetto alle stelle fisse di background. In questo caso, l'effetto di amplificazione rispetto a quanto atteso dalle frizioni interne, verrebbe da una risonanza tra i corpi in grado di aumentare le oscillazioni di Saturno, oscillazioni che si traformerebbero in una maggiore energia verso Titano (Valéry Lainey et al. Resonance locking in giant planets indicated by the rapid orbital expansion of TitanNature Astronomy - 2020).

Le "esolune"

Per ulteriori dettagli sulla scoperta di esolune si può fare riferimento a questa sezione del sito.

Ultimo aggiornamento del: 28/08/2020 13:40:59

Meteoroidi, meteore e meteoriti

Dietro le affascinanti "stelle cadenti" si nascondono corpi celesti di dimensioni ridottissime che possono entrare in collisione con il nostro pianeta, bruciando in atmosfera creando l'effetto spettacolare che siamo soliti osservare.

"Stelle cadenti"
"Stelle cadenti"

Termine fanciullesco quello di "stella cadente", ma in effetti alcuni pensano davvero che la sera del 12 agosto a cadere sulla Terra siano vere e proprie stelle. Se una stella cadesse sulla Terra non staremmo qui a raccontarcelo, e tra l'altro la Gravitazione Universale scongiura questo pericolo visto che, in termini di "peso", sarebbe la Terra a cadere sulla stella e non il contrario. Magra consolazione, direte voi. Ma vi basti sapere che questo rischio non c'è e che la stella più vicina è il Sole. E dal Sole ci teniamo ben bene alla larga. 

E allora la vignetta di Snoopy, qui di fianco, resta solo simpatica ma astronomicamente parlando non veritiera. 

Allora cosa sono questi oggetti che sfrecciano nel cielo e che ci illudono di realizzare i nostri desideri? 

L'universo è pieno di polvere e il Sistema Solare è pieno di corpi più o meno piccoli che derivano da impatti passati tra asteroidi, pianeti e chi più ne ha più ne metta. Non sono corpi grandi, stiamo parlando proprio di frammenti perché altrimenti il discorso inizia ad andare sugli asteroidi e sui NEO (Near Earth Objects), e sui rischi che questi oggetti comportano. Ma noi stiamo parlando di oggetti piccoli che non comportano problemi, più o meno.  

Questi oggetti minuscoli che pullulano nel Sistema Solare e che possono entrare in collisione con la Terra vengono chiamati meteoroidi.

Un meteoroide è un corpo celeste di dimensioni minime suscettibile di entrare in collisione con la Terra 

Alcuni meteoroidi entrano realmente in contatto con il nostro pianeta , ed in tal caso l'attrito con l'atmosfera terrestre li fa bruciare. Il riscaldamento produce effetti anche sulla nostra atmosfera, visto che gli atomi che la compongono vengono caricati di energia e finiscono con il perdere elettroni. In termini tecnici si può dire che questo riscaldamento ionizza gli atomi atmosferici, li fa passare da una carica neutra ad una carica elettrica non nulla. Ancora non ci accorgeremmo di nulla, se tutto finisse qui. In realtà gli atomi ionizzati hanno una carica positiva mentre l'elettrone che si è staccato ha carica negativa. Due cariche diverse si attraggono, ed infatti atomo ed elettrone finiscono per rimettersi insieme rilasciando parte di quell'energia in eccesso che li ha fatti separare (processo di ricombinazione). Questa energia in eccesso, rilasciata, produce luce, che è proprio la "stella cadente" che vediamo solcare il cielo. Si parla in realtà di meteora

Le meteore sono il fenomeno visivo dell'ingresso di un meteoroide nell'atmosfera terrestre, fenomeno dovuto a ionizzazione e ricombinazione

Spesso questi frammenti di Sistema Solare sono piccoli e bruciano completamente in atmosfera. Altre volte sono un po' più grandi e nonostante l'attrito riescono parzialmente a raggiungere il suolo. In tal caso si parla di meteorite

Una meteorite è il frammento di meteoroide che riesce a giungere sul suolo senza bruciare in atmosfera

La distruzione di un meteoroide che entra in atmosfera è provocata notoriamente dal rivestimento gassoso del nostro pianeta e il processo sembra legato essenzialmente all'alta pressione incontrata, in grado di filtrare nella porosità della roccia fino a spezzarla. Una differenza troppo forte tra il fronte d'aria che il meteoroide incontra davanti a sé rispetto al vuoto che lo segue: se l'aria riesce a penetrare allora l'esplosione diventa inevitabile.  Lo studio è stato portato avanti osservando l'evento di Chelyabinsk del 2013, che determinò una esplosione nei cieli della Russia. Il meteoroide pesava circa 10 mila tonnellate ma soltanto 2000 tonnellate sono state rinvenute, il che vuol dire che qualcosa è accaduto in atmosfera. Le simulazioni hanno così spiegato come mai gran parte del materiale non riesca neanche a giungere a Terra.  

Diciamo la verità: non sempre si tratta di oggettini piccoli. A volte sono veri e propri macigni che arrivano a Terra ma si tratta di un fenomeno molto raro. Come capirete, non è neanche molto vero che le "stelle cadenti" e i danni alla Terra siano concetti separati: se il meteorite è grande possono esserci problemi a persone e cose visto che quel "sassolino" sta cadendo da miliardi di anni e la sua velocità è folle. In questi termini, anche un sassolino di mezzo centimetro può far malissimo, data la velocità posseduta. Un ingresso che crea anche un fronte d'urto al momento dell'esplosione in atmosfera. Oltre una certa soglia di dimensione si parla di bolide, un fenomeno in cui all'effetto ottico si accompagna spesso anche un effetto sonoro.

La statistica dice che la probabilità di morire colpiti direttamente da un meteorite è pari a 1 su 700.000, mentre altri arrivano addirittura a 1 su 1.600.000. A oggi migliaia di meteoriti sono cadute sulla Terra ma la storia sembra parlare di un solo, sfortunatissimo, morto. Attraverso i dati di impolverati archivi della Turchia è stato trovato un documento che attesta la morte di un uomo a causa di una meteorite caduta a Sulaymaniyah, nella regione dei Kurdistan, il 2 agosto 1888. Un altro uomo è rimasto invece paralizzato nello stesso evento. Soltanto nel 2020 il documento è stato tradotto dall'antico Ottomano, e questo spiega il ritardo: è servita una prima traduzione in turco e una successiva in inglese. Il documento, scritto dalle autorità locali e spedito al Governo, parla di una "intensa luce accompagnata da fumo che ha viaggiato verso il villaggio", il tutto in una pioggia meteoritica durata circa dieci minuti, come pioggia. "Un uomo è rimasto ucciso e un altro seriamente ferito." La meteorite è stata poi rinvenuta su una collina vicina al villaggio (O. Unsalan et al. Earliest evidence of a death and injury by a meteoriteMeteoritics & Planetary Science - 2020). 

La più alta temperatura mai registrata sulla Terra sembra essere dovuta proprio all'impatto di un meteorite, secondo uno studio apparso a settembre 2017 su Earth and Planetary Science Letters. Lo studio è basato su un cretere canadese chiamato Mistastin Lake: si trova in Labrador canadese e misura 228 chilometri di diametro, il che indica un impatto con un corpo molto grande, circa 38 milioni di anni fa. Il materiale in genere vaporizza subito ed è difficile ritrovare tracce di quel che fu, ma una cosa che si può stimare è il calore generato, l'energia. Sono state rinvenute tracce di zirconio, un minerale comune, modificato in una particolare combinazione che richiede, per la formazione, una temperatura di 2370°C. La temperatura minima sviluppata è quindi questa ed è la più alta mai registrata sulla Terra.

Bunburra Rockhole
Bunburra Rockhole

Meteoriti possono anche servire a scoprire asteroidi sconosciuti ed è il caso del meteorite chiamato Bunburra Rockhole: il corpo di origine era differenziato, il che vuol dire che era grande abbastanza da separarsi in nucleo, mantello e crosta e da acquisire forma sferica. Molti dei più grandi asteroidi della Fascia Principale sono noti quindi potremmo ben riconoscere un meteorite proveniente da oggetti già noti per composizione. Gli isotopi di ossigeno di una meteorite possono rappresentare una impronta digitale importante per identificare il corpo di origine e così le analisi su Bunburra Rockhole parlano di un asteroide differenziato ancora ignoto (Geochimica et Cosmochimica Acta - Novembre 2017) e a dirlo sono composizioni anomale di ossigeno, differenti da quelle di Vesta e da altri oggetti conosciuti. Per spiegare le anomalie sono stati previsti diversi scenari: il primo vede la roccia contaminata da altri materiali; il secondo vede una origine da una parte di Vesta ancora non campionata; il terzo vede un asteroide ancora sconosciuto come origine. La contaminazione però non sembra percorribile visto che sarebbero rimasti frammenti di corpi esterni, cosa che invece non è presente. Allo stesso modo non c'è evidenza di zone di Vesta diverse dalle altre: la composizione di ossigeno sembra invece molto omogenea sul nanopianeta . Resta la possibilità di un asteroide sconosciuto.

24/01/2018, Ontario, bolide tra Saint Joseph e Crediton. Crediti Western University
24/01/2018, Ontario, bolide tra Saint Joseph e Crediton. Crediti Western University

Uno stesso corpo celeste - si ritiene - non può dare vita a meteoriti non fuse (condriti) e a meteoriti fuse (acondriti) visto che i due stati derivano da processi di differenziazione e cristallizzazione diversi. Una famiglia di meteoriti, tuttavia, ha destato stupore fin dai primi ritrovamenti degli anni Sessanta del secolo scorso: si tratta delle meteoriti ferrose IIE e potrebbero, apparentemente, provenire tutte da uno stesso planetesimo molto particolare, un oggetto differenziato in strati diversi e dotato di un nucleo metallico fuso tanto grande da generare un campo magnetico di intensità pari a quello odierno terrestre. Una struttura simile può essere giustificata da un accrescimento durato oltre un milione di anni, il tempo di creare una differenziazione parziale e di far affondare il materiale pesante verso il centro dando vita a un nucleo metallico tale da generare un campo magnetico in grado da giustificare un allineamento di elettroni verso una direzione comune, come quanto rinvenuto nelle meteoriti Colomera e Techado (Science Advances - “Meteorite evidence for partial differentiation and protracted accretion of planetesimals” - Clara Maurel et al.). 

 Abbiamo visto che le "stelle cadenti" non esistono e che esistono, invece, le meteore. A volte capita di alzare la testa e vederne una singola, mentre altre volte capita di vederne molte in una notte. Sappiamo tutti che a metà agosto le "stelle cadenti" di San Lorenzo sono molto visibili e attraggono molta gente. Perché quella sera siamo sicuri di vedere meteore? E perché non una sola? Come è possibile che ogni anno, il 12 agosto, si verifichi questa pioggia di meteore?

Gli sciami meteorici

Ci chiedevamo per quale motivo la notte del 12 agosto tutti i meteoroidi dei dintorni decidano di entrare in atmosfera e bruciare dando vita a decine o centinaia di meteore. In realtà non è così e il fatto che questo accada ogni anno, ogni preciso anno, dovrebbe suggerire qualcosa. Un anno è il tempo che impiega la Terra a fare un giro intorno al Sole e se ogni anno, il 12 agosto, si verifica questa pioggia di meteore la spiegazione può essere solo una: i meteoroidi si trovano lungo l'orbita terrestre, in un preciso punto, e la Terra ogni anno ci si tuffa dentro. E' un cambio di punto di vista quindi: non sono i meteoroidi a colpire la Terra ma è la Terra che si tuffa tra di loro. 

E perché i meteoroidi si trovano proprio lì, tutti insieme? In realtà sono molto sparsi nel Sistema Solare ma in alcuni punti sono più concentrati e questo crea la differenza tra qualche sporadica meteora e un vero e proprio sciame meteorico. Quando la Terra si tuffa in uno di questi banchi di meteoroidi (non solo il 12 agosto quindi, ce ne sono tanti) si verifica uno sciame meteorico più o meno intenso. Se in alcuni punti la concentrazione è più alta, vuol dire che qualcosa in quel punto è accaduto e solitamente si tratta del passaggio di una cometa . Sappiamo che le comete sono oggetti ghiacciati che avvicinandosi al Sole sublimano, trasformando il ghiaccio in gas e rilasciando quindi gas e polveri. Proprio queste polveri vengono lasciate dalle comete lungo il loro tragitto, e questo tragitto può intersecare l'orbita terrestre. Ne risulta come l'orbita terrestre, laddove è passata la cometa, trovi i resti di questo passaggio e proprio da qui nascano gli sciami meteorici. 

Di comete ne passano tante e la conseguenza è che tanti sono anche gli sciami meteorici. Il vasto pubblico in genere conosce soltanto quello del 12 agosto visto che cade nella stagione più adatta a star fuori una sera a guardare il cielo, ma di sciami ce ne sono diversi ogni mese. 

La stima del numero di meteore visibili per un dato sciame è espresso dallo Zenithal Hourly Rate (ZHR), il numero di meteore che potrebbe essere osservato in una ora, sotto un cielo perfetto, in presenza di radiante allo zenit e quindi in condizione del tutto perfetta. Si tratta di condizioni a dir poco idilliache, quindi anche se leggete ZHR = 100 non aspettatevi minimamente di osservare cento meteore ogni ora, ma si tratta di un numero che fornisce comunque una buona possibilità di vederne parecchie.

Il radiante degli sciami meteorici

Il 12 agosto le Perseidi, ad aprile le Liridi e così via, ma Perseo e Lira sono due costellazioni: vuoi vedere che il nome delle costellazioni non è assegnato a caso? Dal momento che la cometa è passata in un punto dell'orbita, i suoi detriti (i nostri meteoroidi) sono stati rilasciati in un punto ben preciso. Quando la Terra si tuffa in questo banco di detriti, quindi, tutte le meteore sembrano provenire da questo punto nel cielo, chiamato radiante. Essendo un punto nel cielo, il radiante cade all'interno di una costellazione , vicino qualche stella . In genere allo sciame meteorico si dà il nome che prende come radice il nome della costellazione in cui cade il radiante: così le Perseidi hanno il radiante nel Perseo e le Liridi lo hanno nella Lira. 

Rappresentazione di radianti nel cielo. Software Perseus
Rappresentazione di radianti di Orionidi e Epsilon Geminidi nel cielo. Software Perseus

Una precisazione: il fatto che tutte le meteore "sembrano provenire dal radiante" non vuol dire che una meteora appartiene alle Perseidi se viene osservata in una costellazione vicina al Perseo: può trovarsi anche dalla parte opposta del cielo, ma ripercorrendo all'indietro il suo percorso, questo porta alla costellazione del Perseo.

Come osservare al meglio le meteore

Ci sono vari modi per osservare le piogge meteoriche, dall'occhio nudo alla registrazione dell'attività attraverso camere e sensori. Ci sono tuttavia diversi parametri dei quali va sempre tenuto conto e che vanno da un equipaggiamento alla scelta del momento migliore e del luogo più adatto.

L'osservazione delle piogge meteoriche non richiede, contrariamente a quanto necessario per altri oggetti celesti, un equipaggiamento costoso per poter essere proficuo. In realtà, l'unica cosa essenziale sono proprio i vostri occhi e sono lo strumento migliore visto che offrono un campo visivo molto ampio ed una sensibilità maggiore per la cattura delle meteore. Ovviamente gli occhi hanno anche uno svantaggio che gli strumenti ottici non hanno: si stancano. E visto che le piogge meteoriche hanno i loro picchi migliori dopo la mezzanotte, è chiaro che potrebbe venir meno l'attenzione, se non lo stato di "persona sveglia".

Agli occhi di chi le guarda, due meteore non saranno mai uguali: per provenienza, per brillantezza, per colore. Nessuna meteora è uguale alle altre. Possono essere brevi oppure spostarsi da un lato all'altro dell'orizzonte. Possono avere tutti i colori dell'arcobaleno oppure sembrare simili ad una stella, magari senza un apprezzabile moto proprio. Contrariamente a quanto accade per gli altri corpi celesti da osservare, chi esce a guardare uno sciame meteorico non sa cosa sta per vedere, non sa a quale spettacolo sta per assistere. Esistono, però, dei metodi per aumentare le probabilità di assistere ad un vero spettacolo pirotecnico.

Molte meteore sono visibili, sia in piogge sia sporadiche, durante le prime ore del mattino più di quanto non lo siano di sera quindi è preferibile limitare l'osservazione alle ore mattutine a meno che il radiante non sia ben sopra l'orizzonte durante le ore serali. Se avete poco tempo, scegliete le ultime ore di buio prima dell'alba nautica, anche se poi molto dipende dalla presenza o meno della Luna. All'inizio del crepuscolo astronomico, con il Sole a 18° sotto l'orizzonte, il cielo è ancora sufficientemente scuro per continuare l'osservazione, specialmente se si osserva l'orizzonte ovest.

Sebbene il cielo, raggiunto il crepuscolo nautico, possa sembrare ancora abbastanza scuro, la magnitudine limite peggiora rapidamente. Anche la Luna gioca un ruolo molto importante nell'osservazione meteorica visto che una luce lunare pesante rovina lo spettacolo. Soltanto gli spettacoli di Geminidi e Perseidi possono resistere - sebbene depauperati - alla luce della Luna Piena, mentre gli altri sciami vengono seriamente compromessi. Il periodo più favorevole vede una Luna crescente. Con età compresa tra 10 e 25 giorni il nostro satellite è troppo brillante e resta nel cielo per un tempo troppo ampio.

Il requisito principale è un cielo scuro, libero da ostacoli come alberi e costruzioni, con una magnitudine limite minima di 5. Se non si riescono a vedere stelle di magnitudine 5, è preferibile cambiare posto. Questo requisito taglia fuori molte località del nostro paese purtroppo. Tenete sempre in considerazione che gli occhi ci mettono un po' per adeguarsi al buio, quindi prima di giudicare un posto come scadente attendete una trentina di minuti e vedrete un cielo migliore.

Una osservazione di gruppo è senza dubbio preferibile, ma in tal caso è importante che ognuno effettui le proprie stime senza lasciarsi influenzare dagli altri, in modo che poi i risulati possano essere discussi e confrontati. Non è necessario un grande equipaggiamento per osservare le meteore: una sedia a sdraio, tipo mare, è molto utile per mantenere una posizione comoda. Un orologio per guardare il tempo è utile anche se distoglie lo sguardo dal cielo. Esistono orologi che dicono l'ora attraverso sintesi vocale alla pressione di un tasto, il che sarebbe un buon investimento. Per gli sciami invernali, un sacco a pelo è la cosa più indicata per poter guardare il cielo standosene comunque al caldo. Per la sicurezza, inoltre, occhio alla copertura del vostro cellulare.

L'osservazione meteorica è anche un percorso seguito, ovviamente, dai professionisti con mezzi sempre più avanzati. Circa mille chilogrammi di polvere interplanetaria cade sulla Terra ogni giorno e lo studio moderno si basa sulla combinazione tra osservazione visuale e radar, ciascuna - singolarmente - con vantaggi e svantaggi ma in grado di fornire un tandem molto efficiente. Il radar può coprire un'area molto ampia e fornire informazioni circa il moto delle meteore mentre i telescopi ottici possono essere sicuramente più dettagliati nelle informazioni riguardanti massa e composizione  ottenute dall'interazione con l'atmosfera. Nel 2009, 2010 e 2018 è stato utilizzato il Middle and Upper Atmosphere (MU) Radar Facility della Kyoto University e il Kiso Observatory della Univerità di Tokyo, distanti tra loro 173 chilometri, con il telescopio direzionato in modo da osservare 100 chilometri sopra il sito di MU: il bottino è stato di 228 meteore osservate congiuntamente (Ryou Ohsawa et al, Relationship between radar cross section and optical magnitude based on radar and optical simultaneous observations of faint meteorsPlanetary and Space Science - 2020).

Ultimo aggiornamento del: 11/11/2020 19:42:09

L'importanza dei corpi minori per lo studio del sistema planetario

Proprio nascosta all'interno dei corpi minori dei sistemi planetari resistono le tracce della formazione del sistema intero, la chimica della nebulosa primordiale e i segno del processo di formazione dei pianeti. Da questi corpi viene anche l'acqua.

L'origine dei sistemi planetari

Per scoprire le origini di un sistema planetario - a partire dal Sistema Solare - si potrebbe studiare il corpo celeste più comodo e maggiormente a portata di mano, quindi la Terra o al massimo la Luna. Invece ci sono missioni spaziali che vengono inviate verso zone più distanti proprio per studiare i corpi minori e ne sono esempi la New Horizons verso Plutone e Ultima Thule, la sonda Dawn verso Vesta e Cerere ma soprattutto le sonde destinate a perforare le superfici degli asteroidi al fine di prelevarne campioni sub-superficiali, come Hayabusa2 sull'asteroide Ryugu e OSIRIS-REx su Bennu. Per non parlare delle missioni destinate alle comete. Si cerca di scavare poiché i dati superficiali rispecchiano molto poco ciò che esisteva agli inizi del Sistema Solare e questo è dovuto all'azione della radiazione solare ma soprattutto all'azione di cancellazione degli impatti. Gli impatti, infatti, producono nuova regolite polverizzando la roccia ma causano anche eventi sismici tali da degradare e cancellare i piccoli crateri nonché di far scivolare la regolite più antica all'interno dei crateri stessi, riempiendoli e cancellandoli anche definitivamente. Queste informazioni vengono proprio dall'osservazione in loco di corpi come 433 Eros, 2867 Steins e 25143 Itokawa, sorvolati da sonde scientifiche, e da simulazioni numeriche a tre dimensioni basate sui dati ottenuti (James E. Richardson et al. Impact-produced seismic shaking and regolith growth on asteroids 433 Eros, 2867 Šteins, and 25143 ItokawaIcarus - 2020).

Se non studiamo la Luna per comprendere le origini del Sistema Solare è perché la teoria più accreditata vede la Luna nascere in un momento successivo rispetto all'inizio della formazione planetaria mentre se non studiamo i pianeti, come il nostro o come Marte, il motivo va ricercato nel fatto che i pianeti, a distanza di 4.5 miliardi di anni dalla formazione, hanno modificato notevolmente le proprie caratteristiche. La loro massa ha prodotto mutamenti interni, stratificazioni, che hanno alterato notevolmente la composizione pristina dovuta alla fusione di frammenti via via più grandi. Anche la superficie, sconvolta da movimenti tettonici, da agenti atmosferici o da impatti meteoritici, risulta a oggi non più rappresentativa dell'origine. Studiare corpi più piccoli, privi di qualsiasi atmosfera e di qualsiasi moto interno, vuol dire quindi andare a studiare gli elementi chimici primordiali, quelli presenti nel momento della formazione del sistema planetario intero.

Nei meteoriti, ad esempio, è stato rinvenuta la presenza di zuccheri, fattori essenziali per la vita come la conosciamo: in particolare sono stati isolati ribosio e altri zuccheri fondamentali alla vita tra i quali arabinosio e xilosio nelle meteoriti NWA 801 e Murchison. Il ribosio è un componente cruciale dell'RNA (acido ribonucleico), messaggero delle istruzioni genetiche dal DNA. Già in passato i meteoriti avevano aperto la strada a aminoacidi e nucleobasi, e gli zuccheri - rinvenuti a fine 2019 - vanno a completare il quadro tra i pezzi principali costitutivi della vita. Manca all'appello il desossiribosio, zucchero del DNA, il che potrebbe essere coerente con l'ipotesi che vede l'RNA precedere evolutivamente il DNA (Yoshihiro Furukawa et al. Extraterrestrial ribose and other sugars in primitive meteoritesProceedings of the National Academy of Sciences - 2019). Allo stesso modo sembra essere presente (ancora tutto da verificare), in una meteorite caduta in Algeria nel 1990 e battezzata Acfer 086, un abbozzo di proteina extraterrestre, precisamente l'emolitina, contenente ferro e litio (arXiv - “Hemolithin: a Meteoritic Protein containing Iron and Lithium” - Malcolm. W. McGeoch et al.).

L'acqua presente sui pianeti

Non è possibile pensare come l'acqua presente sulla superficie di alcuni pianeti, a partire dalla Terra ma finendo sui tantissimi pianeti come il nostro ancora da scoprire, sia "nata" insieme al pianeta . Il processo di formazione planetaria richiede temperature elevatissime e l'acqua eventualmente "piovuta" sul pianeta durante la fase di formazione deve essere sicuramente evaporata. Altra acqua, quella incastonata negli strati più interni del pianeta, dovrebbe invece essere ancora presente nel mantello planetario. Gli oceani terrestri, superficiali, sono dunque il risultato di un apporto successivo da parte di altri processi e l'idea dominante vede asteroidi e comete come traghettatori di questa fondamentale molecola. Molecola che sugli asteroidi, ad esempio, è in grado di rigenerarsi, come dimostra uno studio di Ottobre 2019 (Cheng Zhu et al.- "Regenerative water sources on surfaces of airless bodies"Nature Astronomy - 2019) basato su test di laboratorio sul meteorite Murchison caduto in Victoria cinquanta anni fa: bombardando parte del meteorite con elettroni energetici a simulare il vento stellare e laser per simulare impatti di meteoroidi, infatti, il team di ricerca ha potuto monitorare molecole di acqua superficiali osservando come gli impatti riescano ad avviare le reazioni lasciando al vento stellare il compito di liberare atomi di ossigeno e idrogeno. Questi elementi vanno poi a ricombinarsi creando acqua, rigenerata appunto. Altra prova del trasporto di acqua nel Sistema Solare viene da un meteorite originario di Vesta, in grado di evidenziare processi fondamentali per tutto il Sistema Solare.

In particolare, per la Terra i principali indiziati sono gli asteroidi anche se non mancano idee contrarie, ma per questo si rimanda alla trattazione più puntuale nell'area del Sistema Solare .

Rappresentazione artistica di un pianeta in formazione e della temperatura incompatibile con la persistenza di acqua
Rappresentazione artistica di un pianeta in formazione e della temperatura incompatibile con la persistenza di acqua

 

Ultimo aggiornamento del: 10/06/2020 11:38:58