Il sistema solare parte settima

Venetia Burney, nata l’11 luglio 1918, era la figlia del reverendo Charles Fox Burney, professore di “Interpretazione della Sacra Scrittura” a Oxford. Suo nonno si chiamava Falconer Madan; il fratello di questo, Henry Madan (1838-1901), scienzato a Eton, aveva nel 1878 suggerito i nomi di Phobos e Deimos per le lune di Marte.

Come ogni altro giorno, la mattina del 14 marzo del 1930 Venetia stava facendo colazione nella sala da pranzo della casa in cui viveva a Oxford, mentre il nonno sfogliava il Times. A pagina 14 del quotidiano, veniva data la notizia della scoperta di un nuovo pianeta ai confini del sistema solare. Madan lesse l’articolo ad alta voce.

Venetia, che aveva studiato astronomia a scuola e costruito modelli del sistema solare nel parco dell’università, e amava molto la mitologia, pensò al nome giusto quando il nonno si chiese ad alta voce come sarebbe stato nominato il nuovo corpo celeste. “Perché non chiamarlo Plutone?”, disse la piccola Venetia.

Falconer Madan, che prima di andare in pensione era stato il direttore della Bodleian (la terza biblioteca più antica dei tempi moderni, dopo la Malatestiana di Cesena e quella dei Girolamini di Napoli) parlò dell’idea della nipote a un amico astronomo che subito telegrafò, poiché all’epoca non era ancora stata inventata la posta elettronica, l’idea ai suoi colleghi dell’osservatorio dell’Arizona in cui era stata fatta la scoperta e che votarono all’unanimità in favore del nome scelto da Venetia, che il nonno premiò con cinque sterline.

Come avevo detto in “Il sistema solare parte sesta“, spiegati tutti i pianeti, passerò proprio a Plutone, che, al tempo in cui mi approcciavo all’astronomia, era un pianeta in tutto e per tutto.

La massa e la posizione di Nettuno spiegavano gran parte delle anomalie del moto di Urano. Ma per spiegare quelle rimanenti, alcuni astronomi pensarono che si dovesse ricercare un altro pianeta, ancora più distante di Nettuno; il più assiduo nei suoi calcoli e nella sua ricerca fu Lowell (che era diventato famoso per le sue idee sui canali di Marte).

La ricerca non fu facile. Qualsiasi pianeta al di là di Nettuno sarebbe stato così poco luminoso da confondersi nella folla delle stelle più fioche. Inoltre, si sarebbe mosso tanto lentamente da rendere difficilmente osservabile il suo cambiamento di posizione.

Lowell morì, nel 1916, senza averlo ancora trovato.

Tuttavia, gli astronomi dell’osservatorio Lowell, in California, continuarono la ricerca anche dopo la sua morte. Nel 1929 un giovane astronomo, Clyde William Tombaugh, riprese tale ricerca usando un nuovo telescopio, capace di fotografare con grande risoluzione regioni relativamente ampie del cielo.

Tombaugh fece anche uso del cosiddetto “blink comparator” (comparatore a visione intermittente), uno strumento che proiettava la luce attraverso una lastra fotografica impressionata in un certo giorno e poi attraverso un’altra lastra della stessa regione del cielo impressionata alcuni giorni dopo, e così via in rapida alternanza. Le lastre erano disposte in modo che le immagini di una stessa stella nelle due lastre venissero proiettate nello stesso punto. Le vere stelle sarebbero rimaste perfettamente immobili mentre la luce passava alternativamente attraverso l’una o l’altra lastra. Qualsiasi eventuale pianeta, per quanto oscuro, avrebbe invece cambiato la sua posizione, comparendo ora qui, ora li, alternativamente, a somiglianza di un lampeggiatore (“blink”).

Anche con tale strumento la scoperta non fu semplice, perché ogni lastra conteneva molte decine di migliaia di stelle, ed era necessario esaminare attentamente ogni angolo della lastra per vedere se, in questa miriade, ve n’era una che lampeggiava.

Ma alle 4 pomeridiane del 18 febbraio 1930 Tombaugh, mentre stava studiando una regione nella costellazione dei Gemelli, trovò un “blink”. Seguì il suo oggetto per circa un mese e, il 13 marzo 1930, annunciò di aver trovato il nuovo pianeta; esso venne chiamato col nome del dio degli inferi, Plutone, come ho detto prima; in più, le prime due lettere del nome erano le iniziali di Percival Lowell (il cui anniversario della nascita era proprio il 13 marzo: anche gli scienziati sono dei sentimentali, in fondo).

Il calcolo dell’orbita di Plutone diede molte sorprese. Non era così lontano dal Sole, quanto avevano pensato Lowell e altri astronomi; la sua distanza media risultò di circa 6 miliardi di chilometri, superiore solo del 30 per cento alla distanza di Nettuno.

Inoltre l’orbita era più eccentrica di quella di tutti gli altri pianeti; nel punto di maggior distanza dal Sole, Plutone distava 7,4 miliardi di chilometri, mentre nel punto opposto della sua orbita, cioè in perielio, tale distanza si riduceva a 4,3 miliardi di chilometri.

Quando è alla minima distanza dal Sole, Plutone gli è addirittura più vicino di Nettuno di circa 160 milioni di chilometri. Plutone percorre la sua orbita intorno al Sole in 247,7 anni, ma durante ciascuna di tali rivoluzioni c’è un periodo di venti anni in cui esso si trova più vicino al Sole di Nettuno, così che non è il pianeta più lontano. Uno di questi periodi è caduto negli ultimi due decenni del ventesimo secolo.

Plutone, però, non incrocia effettivamente l’orbita di di Nettuno, perché la propria è fortemente inclinata rispetto a quella degli altri pianeti. Rispetto all’orbita della Terra è inclinata di circa 17,2 gradi, mentre quella di Nettuno ha solo una leggera inclinazione. Pertanto, quando le orbite di Nettuno e di Plutone si incrociano, una di esse si trova molto al di sotto dell’altra.

La cosa più problematica di Plutone era comunque la sua luminosità molto inferiore alle aspettative, che subito lo escludeva dal novero dei giganti gassosi. Se infatti Plutone avesse avuto dimensioni comparabili a quelle di Urano o di Nettuno, sarebbe stato considerevolmente più luminoso.

Nel 1950 Kuiper riuscì a vedere Plutone come un piccolo disco, e, quando ne misurò l’ampiezza, ebbe l’impressione che esso potesse avere un diametro di soli 5.800 chilometri, ancor meno di quello di Marte. Alcuni astronomi erano riluttanti ad accettare tale stima; ma il 28 aprile 1965 Plutone passò molto vicino a una piccola stella senza sovrapporsi ad essa; se Plutone avesse avuto dimensioni maggiori di quelle stimate da Kuiper, l’avrebbe occultata.

Era perciò chiaro che Plutone aveva dimensioni troppo piccole per esercitare un’azione sensibile sull’orbita di Urano. Se le anomalie residue nell’orbita di Urano erano dovute all’esistenza di un pianeta distante, questo pianeta non era Plutone. La questione fu risolta solo nel 1989, quando l’analisi dei dati della sonda Voyager 2 rivelò che le misure della massa di Urano e Nettuno comunemente accettate in precedenza erano lievemente sbagliate. Le orbite calcolate con le nuove masse non mostravano alcuna anomalia, il che escludeva categoricamente la presenza di qualunque pianeta più esterno di Nettuno con una massa elevata.

Nel 1955 si notò che la luminosità di Plutone variava in modo regolare, con un ciclo di 6,4 giorni. Si suppose allora che tale fosse il periodo di rotazione di Plutone, ma sembrava troppo lungo.

Poi, il 22 giugno 1978 sopraggiunse una scoperta che sembrò fornire una spiegazione. Quel giorno l’astronomo americano James W. Christy, analizzando alcune fotografie di Plutone, notò un marcato rigonfiamento da una parte. Esaminò altre fotografie e giunse alla conclusione che Plutone aveva un satellite. Un satellite molto vicino, tanto che la distanza da centro a centro era solo di 20 mila chilometri. La scoperta era giunta così tardi perché, alla distanza a cui si trova Plutone dalla Terra, è assai difficile distinguere due oggetti così vicini. Christy diede al satellite il nome di Caronte, il barcaiolo che nella mitologia greca fa attraversare alle ombre dei morti il fiume Stige, al di là del quale inizia il regno di Plutone, l’Ade.

Caronte compie una rivoluzione intorno a Plutone in 6,4 giorni, che è esattamente il tempo impiegato dal pianeta per ruotare sul proprio asse. Non si tratta di una coincidenza. I due corpi devono essersi rallentati a vicenda tramite gli effetti di marea, fino ad arrivare a presentarsi reciprocamente sempre una stessa faccia; ora essi ruotano intorno al comune centro di gravità, come le due estremità di un manubrio da ginnastica tenute insieme dall’attrazione gravitazionale.

In base alla distanza fra loro e al tempo di rivoluzione si può calcolare la massa totale dei due corpi, che risulta solo un ottavo circa della massa della Luna. Plutone è ancora più piccolo di quanto fosse stato stimato dai più pessimisti.

Plutone ha un diametro di soli 2.370 chilometri, meno di Europa, il più piccolo dei sette satelliti maggiori. Caronte ha un diametro di 1.200 chilometri, poco più di Dione, il satellite di Saturno.

I due oggetti non hanno dunque dimensioni molto diverse. Plutone ha una massa che è solo dieci volte quella di Caronte, mentre la Terra ha una massa che è 81 volte quella della Luna. Questa differenza nelle rispettive dimensioni spiega perché Plutone e Caronte ruotano l’uno intorno all’altro presentandosi sempre la stessa faccia, mentre la Terra e la Luna non fanno altrettanto. Per quanto ne sappiamo, è questo il caso nel sistema solare che più si avvicina a un “pianeta doppio”.

Fin dalle prime analisi di Plutone emerse che si trattava di un pianeta anomalo, in quanto la sua orbita era molto diversa e la sua dimensione era modesta rapportata a quella degli altri pianeti. Tuttavia, dal momento della sua scoperta fino alla fine del XX secolo Plutone è sempre stato considerato come il nono pianeta del sistema solare. Quando si è scoperto che Plutone altro non era che uno degli oggetti più grandi della Fascia di Kuiper, alcuni astronomi cominciarono a dubitare del suo status di pianeta.

Il 29 luglio 2005, è stata annunciata la scoperta di un nuovo oggetto trans-nettuniano, Eris, avente le stesse dimensioni di Plutone. Scopritori e stampa inizialmente definirono Eris il decimo pianeta, ma nella comunità scientifica la scoperta di Eris fu l’argomento più menzionato per riconsiderare la classificazione di Plutone.

Il 24 agosto 2006 una risoluzione dell’Unione Astronomica Internazionale ha definito ufficialmente il termine “pianeta”, considerando tale un oggetto che soddisfi i seguenti 3 punti:

  • Deve essere in orbita attorno al Sole;
  • Ha una massa sufficiente affinché la sua gravità possa vincere le forze di corpo rigido, cosicché assume una forma di equilibrio idrostatico (quasi sferica);
  • Ha ripulito le vicinanze intorno alla sua orbita.

Plutone non soddisfa il terzo requisito, in quanto la sua massa è solo 0,07 volte quella degli altri oggetti della sua zona orbitale (in confronto, la Terra ha una massa 1,7 milioni di volte quella degli altri oggetti nella sua orbita).

Il 7 settembre 2006 l’UAI ha riclassificato Plutone inserendolo nel catalogo del Minor Planet Center con la designazione asteroidale di “(134340) Pluto”.

Aldilà della classificazione, io ho una teoria.

Sappiamo che ogni pianeta, con un’unica eccezione, ha una distanza dal Sole compresa tra 1,3 e 2,0 volte quella del pianeta precedente. L’unica eccezione è costituita da Giove, il quinto pianeta, che dista dal Sole 3,4 volte più di Marte, il quarto pianeta. Anzi, esiste una formula che semplifica quanto da me detto (l’ho spiegata in “Il decimo pianeta”).

Questo singolare intervallo suscitò la perplessità degli astronomi dopo la scoperta di Urano (a quell’epoca, infatti, si sviluppò un grande interesse per la possibile esistenza di altri pianeti). Poteva forse esserci un pianeta in tale intervallo? Un pianeta intermedio tra il quarto e il quinto poteva essere sfuggito a ogni osservazione fino ad allora? Un astronomo tedesco, Heinrich W. M. Olbers, organizzò un gruppo per intraprendere una ricerca sistematica di tale pianeta.

Stavano facendo i loro preparativi, quando un astronomo italiano, Giuseppe Piazzi, che stava osservando i cieli senza minimamente pensare a un nuovo pianeta, si imbatté in un oggetto che mutava posizione di giorno in giorno. Dalla velocità del suo moto sembrava situato in una zona compresa tra Marte e Giove; e, a giudicare dalla sua scarsa luminosità, doveva essere molto piccolo. La scoperta venne fatta il primo gennaio del 1801.

Le osservazioni di Piazzi permisero al matematico tedesco Johann K. F. Gauss di calcolare l’orbita dell’oggetto; si trattava effettivamente di un nuovo pianeta la cui orbita giaceva tra quelle di Marte e Giove, esattamente dove avrebbe dovuto trovarsi per rendere regolare la distribuzione dei pianeti. Piazzi, che lavorava in Sicilia, chiamò il pianeta Cerere, in onore della dea romana delle messi la cui storia mitica era intrecciata a quella dell’isola.

La distanza e la scarsa luminosità di Cerere davano un’idea delle sue dimensioni, che dovevano essere veramente piccole, molto minori di quelle di qualsiasi altro pianeta. I dati più recenti parlano di un diametro di circa 950 chilometri. Probabilmente la massa di Cerere è circa un cinquantesimo di quella della Luna, ed è molto minore di quella di tutti i maggiori satelliti.

Non appariva possibile che Cerere fosse l’unico corpo nell’intervallo tra Marte e Giove; pertanto Olbers continuò la ricerca anche dopo la scoperta di Piazzi. Entro il 1807 infatti vennero scoperti altri tre pianeti in quello stesso intervallo, e vennero dati loro i nomi di Pallade, Giunone e Vesta. Tutti e tre erano ancora più piccoli di Cerere: Giunone, il più piccolo di tutti, non raggiunge i 235 chilometri di diametro.

Questi nuovi pianeti sono talmente piccoli che neppure il miglior telescopio di quei tempi poteva farli apparire come dischetti; essi mantenevano l’aspetto di punti luminosi, come accade per le stelle.

Per questa ragione Herschel propose di chiamarli “asteroidi” (oggetti simili a stelle) e il suo suggerimento fu accolto.

Si dovette aspettare il 1845 perché un astronomo tedesco, Karl L. Hencke, scoprisse un quinto asteroide, che denominò Astrea; dopo di allora, però, le scoperte si susseguirono di continuo. Oggi sono stati individuati moltissimi asteroidi, tutti considerevolmente più piccoli di Cerere, il primo a esser stato scoperto. Essi si trovano quasi tutti nell’intervallo tra Marte e Giove, e tale intervallo oggi viene indicato con la denominazione di “fascia degli asteroidi”.

In base alle ipotesi più accreditate, in una prima fase i minuscoli corpi solidi si aggregarono per formare i mattoncini dei pianeti, ma nella zona oltre Marte, a causa degli effetti delle risonanze gravitazionali con la massa di Giove, furono impedite le formazioni di corpi con diametro superiore a 1000 chilometri.

I corpuscoli che non riuscirono ad essere inglobati all’interno dei pianeti in formazione divennero asteroidi, e tra essi i più grandi raggiunsero una temperatura sufficiente per consentire una differenziazione chimica; la conseguenza fu che in alcuni di essi si formò l’acqua, in altri fenomeni vulcanici.

Grazie all’interferenza di Giove sulle orbite primarie degli asteroidi aumentarono gradualmente le loro collisioni, che portarono a numerose distruzioni e mutilazioni dalle quali sopravvissero i corpi più grandi, mentre altri corpuscoli furono proiettati fuori dal sistema solare.

Quindi alcuni asteroidi, e anche i meteoriti, rappresentano i resti di questi protopianeti, mentre altri, come le comete, sono corpi ancora più primitivi, che non sono riusciti a differenziarsi e perciò sono testimonianze di un passato molto remoto, vicino alle origini del sistema solare.

Pertanto, assumendo la distanza Terra-Sole pari ad una unità astronomica, i semiassi maggiori (di) delle orbite di ciascun pianeta seguono approssimativamente la relazione: di=0,4+0,3*2i, con i valori di i=-∞, 0, 1, 2, …

Viene così fuori la tabella:

Pianeta 2i Distanza teorica Distanza osservata
Mercurio 0 0,4 UA 0,39 UA
Venere 1 0,7 UA 0,72 UA
Terra 2 1,0 UA 1,00 UA
Marte 4 1,6 UA 1,52 UA
Cerere 8 2,8 UA 2,77 UA
Giove 16 5,2 UA 5,20 UA
Saturno 32 10,0 UA 9,54 UA
Urano 64 19,6 UA 19,2 UA
Nettuno 128 38,8 UA 30,1 UA
Plutone 39,5 UA
Eris 256 77,2 UA 67,7 UA

Fra gli otto pianeti, Nettuno è l’unico a discostarsi in maniera rilevante dal valore teorico; esso corrisponde invece con migliore precisione al semiasse maggiore dell’orbita di Plutone. La spiegazione attualmente più accreditata è che la risonanza orbitale dei pianeti esterni crei regioni prive di orbite stabili.

Plutone, per me, comunque è e sarà sempre un pianeta. Ma non solo per me.

Nel marzo 2009, il Congresso dello Stato dell’Illinois ha votato una legge che ristabilisce lo status di pianeta per Plutone. L’Illinois è la patria natale di Clyde Tombaugh e quindi la perdita dello status di pianeta era stata vissuta in modo negativo nello Stato del suo scopritore.

La prossima volta, ultima puntata di questa serie sul sistema solare, parlerò della Terra e del destino ineluttabile che l’attende.

4 pensieri su “Il sistema solare parte settima

  1. Ci si è affezionati a Plutone da bambini, quando la maestra, ed i sussidiario, ti insegnavano che i pianeti sono 9, ed i relativi nomi.
    Conoscevo le caratteristiche di Plutone, ed avevo visto un documentario molto ben approfondito (Discovery Channel) dove si evidenziavano tutte le atipicità di Plutone per essere considerato pianeta a tutti gli effetti. Orbita, dimensioni, rapporti di massa con il satellite, distanze dagli altri pianeti…
    Io continuo a considerarlo come pianeta, tanto che male fa?

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