Il NUOVO SISTEMA SOLARE
di Marco Marchetti

Casey Uhrig, planet, 2004

Introduzione

24 Agosto 2006. Da un convegno dell’Unione Astronomica Internazionale (UAI), che si sta svolgendo e concludendo a Praga, filtra una notizia destinata a suscitare un coro internazionale di proteste: Plutone, da settantasei anni considerato il nono pianeta del sistema solare, viene declassato al rango di pianeta nano.

In altre parole Plutone non è più un pianeta! Al popolo degli astrofili non furono subito chiari i motivi di questo accanimento nei confronti del piccolo ex-pianeta scoperto nel 1930, ma, obbiettivamente, i tempi per una rivisitazione e ristrutturazione del sistema solare erano ormai maturi. Vediamo perché.

I motivi della ristrutturazione

In una notte limpida, serena, senza Luna e soprattutto senza inquinamento luminoso, sono visibili ad occhio nudo circa seimila stelle; metà delle quali visibili dall’emisfero nord e metà visibili dall’emisfero sud del pianeta.
Gli astronomi dell’antichità le avevano chiamate ‘stelle fisse’ poichè le loro posizioni relative non cambiano al passare del tempo; a questi acuti osservatori non era peraltro sfuggito il fatto che vi erano cinque vistose eccezioni, cinque luminosissime stelle che si muovono, più o meno velocemente, sullo sfondo delle stelle fisse.
Questi cinque oggetti furono chiamati pianeti che, dal greco, significa ‘stelle erranti’; i loro nomi moderni sono Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno.

Per alcune migliaia di anni Saturno rappresentò il confine estremo del sistema solare, una sorta di Colonne d’Ercole del cosmo. Questo stato di cose durò fino al 1781 quando William Herschel (1738 - 1822), considerato il più grande osservatore visuale di tutti i tempi, scoprì casualmente il settimo pianeta che fu battezzato con il nome di Urano.
Fu subito evidente, però, che il movimento del nuovo pianeta non è regolare ma presenta delle anomalie come se fosse disturbato da uno sconosciuto pianeta che si dovrebbe trovare ancora più lontano.

Sulla base delle irregolarità del movimento di Urano, Jean Joseph Le Verrier (1811 - 1877), un abile matematico francese, calcolò la massa e l’orbita che questo ulteriore pianeta deve possedere per influenzare in quel modo il movimento di Urano e indicò agli astronomi il punto esatto in cielo dove andarlo a cercare.
Il nuovo pianeta, l’ottavo del sistema solare, fu scoperto al primo colpo in un punto molto vicino a quello che aveva calcolato Le Verrier e fu chiamato Nettuno. E siamo nel 1846.

In meno di settanta anni la famiglia del Sole era aumentata di due unità ma, nonostante ciò, non era ancora completa.

La presenza di Nettuno non sembrava sufficiente per spiegare le anomalie del movimento di Urano; inoltre anche il moto di Nettuno sembrava presentare delle irregolarità. A questo punto fu logico supporre l’esistenza di un ulteriore pianeta, il nono, che si doveva trovare oltre l’orbita di Nettuno.

Questo pianeta fu cercato a lungo ma venne individuato solamente nel 1930 da Clyde Tombaugh (1906 - 1997); anch’esso fu trovato in un punto vicino a quello indicato dai calcoli effettuati in base alle anomalie dei movimenti di Urano e Nettuno. Fu chiamato Plutone (in inglese Pluto) perché le prime due lettere corrispondono alle iniziali di Percival Lowell (1855 -1916), più noto per le vicende legate ai canali di Marte, che fu colui che più si impegnò per la ricerca di questo pianeta.

A causa dell’elevata distanza dal Sole (compresa fra quattro miliardi e 400 milioni e sette miliardi e 300 milioni di chilometri) e dell’inadeguatezza degli strumenti, negli anni successivi alla scoperta di Plutone non fu possibile calcolarne massa e dimensioni; era comunque opinione largamente diffusa che il nuovo pianeta doveva essere molto grande e massiccio principalmente per due motivi: in primo luogo Plutone si trova nella regione del sistema solare occupata dai pianeti giganti (Giove, Saturno, Urano e Nettuno) e in secondo luogo perché la sua massa deve essere in grado di influenzare i movimenti di Urano e Nettuno.

Queste convinzioni crollarono miseramente nel 1965; il 28 aprile di quell’anno Plutone avrebbe dovuto occultare una stella della costellazione del Leone.
Questo fenomeno fu la prima vera ghiotta occasione per misurare con precisione le dimensioni del pianeta; infatti, a differenza di una stella che è praticamente puntiforme, un pianeta presenta un diametro ben definito. È quindi sufficiente misurare l’intervallo di tempo fra la scomparsa della stella e la sua successiva apparizione per calcolare con precisione la dimensione del pianeta.
Purtroppo quest’evento così atteso non si verificò; l’unica spiegazione possibile per la mancata occultazione è che Plutone è un pianeta molto piccolo, addiritura più piccolo di Mercurio.

La prima occasione per misurare la massa di Plutone arrivò, invece, nel 1978 quando fu scoperto il suo primo satellite, denominato Caronte. La presenza di un qualsiasi satellite, anche artificiale, attorno ad un pianeta rende molto semplice calcolare la massa di quest’ultimo. Per Plutone i calcoli indicarono un valore molto piccolo, pari ad un sesto della massa della Luna.

Abbiamo quindi a che fare con un pianeta microscopico, più piccolo del più piccolo dei pianeti (Mercurio) e più grande del più grande degli asteroidi (Cerere); anche le caratteristiche orbitali (un’alta eccentricità e una forte inclinazione sul piano dell’eclittica) fanno di Plutone un corpo decisamente anomalo. Molti astronomi cominciarono a chiedersi se era il caso di considerare Plutone ancora un pianeta; Isaac Asimov (1920 - 1992), noto scrittore di fantascienza e grandissimo divulgatore scientifico, propose per Plutone il nome di mesopianeta proprio per indicare una via di mezzo fra pianeta e asteroide.

Finchè Plutone rimase l’unico corpo con queste caratteristiche, anche per rispetto allo scopritore deceduto solo pochi anni fa, non se ne fece nulla ma verso la fine del secolo le cose cambiarono radicalmente.

Nel 2000 nelle remote profondità del sistema solare, oltre l’orbita di Nettuno, fu scoperto Varuna, poi fu la volta di Quaoar (2002), poi arrivò Sedna (2003) seguito da Eris (2005); questi corpi hanno tutti dimensioni paragonabili a quelle di Plutone e sono i più massici di una intera categoria di oggetti, il primo dei quali fu scoperto nel 1992, denominati transnettuniani poiché le loro orbite si trovano interamente o quasi al di là dell’orbita di Nettuno.
Addiritura Eris è più grande di Plutone e, per un certo periodo di tempo, è stato considerato il decimo pianeta del sistema solare.

Arrivati a questo punto occorreva fare un po’ di ordine altrimenti il numero di potenziali pianeti del sistema solare poteva aumentare in maniera incontrollata. Infatti se Plutone viene considerato un pianeta non si capisce perché non lo siano anche Eris, Sedna, Quaoar, Varuna e le decine e decine di corpi con diametri al di sotto dei mille chilometri presenti nel sistema solare.

Che cosa è un pianeta ?

Può sembrare strano ma, nonostante gli astronomi parlino e discutano di pianeti da migliaia di anni, fino all’agosto del 2006 non esisteva alcuna definizione ufficiale precisa del termine pianeta; per pianeta si intendeva un qualsiasi corpo, dotato di massa significativa, che si muove su un’orbita fissa.

Di conseguenza nel 2003 è stato istituito da parte dell’UAI il Comitato per la Definizione di Pianeta (PDC), composto da sette illustri astronomi provenienti da tutto il mondo, il cui compito era di definire in maniera precisa che cosa si intende con la parola pianeta. La proposta del comitato è stata discussa, modificata e ufficializzata durante la ventiseiesima assemblea generale dell'UAI che si è tenuta dal 14 al 25 agosto 2006 nella capitale della Repubblica Ceca.

Secondo la definizione ufficiale un pianeta è un corpo celeste che orbita attorno ad una stella (senza essere a sua volta una stella) che possiede una massa sufficientemente elevata da fargli assumere una forma sferoidale e la cui fascia orbitale non contiene altri corpi di dimensioni paragonabili.

Abbiamo così tre condizioni che devono essere rispettate:

1. un pianeta ruota attorno ad una stella ma non è una stella, cioè non produce energia attraverso reazioni di fusione termonucleare. Quest’ultima precisazione è necessaria poiché sono molti i casi di stelle che ruotano attorno ad altre stelle (stelle doppie e multiple);
2. un pianeta possiede una massa sufficientemente elevata per far sì che la gravità gli faccia assumere uns forma sferoidale. Molti asteroidi hanno masse molto piccole e possiedono forme irregolari;
3. un pianeta è riuscito a ripulire la propria orbita da altri corpi di massa confrontabile.

Viene inoltre introdotta una nuova figura che è quella di pianeta nano (dwarf planet); un pianeta nano è un corpo celeste che soddisfa solamente i primi due requisiti e che non è un satellite. La prima (e unica per ora) vittima illustre di questa ristrutturazione è Plutone; il piccolo pianeta viene retrocesso al rango di pianeta nano poiché non soddisfa la terza condizione.

Alla luce di queste novità, il nuovo sistema solare comprende otto pianeti (Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano e Nettuno) e tre pianeti nani (Eris, Plutone e Cerere).

I pianeti nani

Come abbiamo visto la famiglia dei pianeti nani attualmente (aprile 2007) comprende tre unità. Diamone una breve descrizione in ordine decrescente di grandezza.

Eris. Noto per diverso tempo con la sigla della scoperta 2003UB313 e poi con il nome informale di Xena, Eris è il più grande pianeta nano del sistema solare; ha un diametro intorno ai 2400 chilometri, una distanza dal Sole che oscilla fra dieci miliardi e cinque miliardi e mezzo di chilometri e una superficie che presenta tracce di metano ghiacciato.

Eris possiede un satellite, già noto con il nome informale di Gabrielle, ufficialmente battezzato Disnomia.

Plutone. La vicenda dell’ex nono pianeta del sistema solare è già stata raccontata. Il curioso epilogo di questa storia è che Plutone è troppo piccolo per perturbare le orbite di Urano e di Nettuno; di conseguenza Plutone non è stato scoperto grazie ai calcoli ma per una fortunata coincidenza. Ciò vuol dire che, al momento della scoperta, Plutone si trovava vicino al punto calcolato per puro caso.

Non essendo Plutone il responsabile delle anomalie dei movimenti di Urano e Nettuno, nella seconda metà del secolo scorso si scatenò la ricerca di colui che ne doveva essere la causa: il decimo pianeta del sistema solare battezzato come pianeta X. Nel 1989, grazie ai dati della sonda Voyager II, le masse di Urano e Nettuno vennero ricalcolate con maggiore precisione e gli astronomi si accorsero che, con questi nuovi valori, le anomalie dei loro movimenti sparirono. In altre la parole la presenza di un grosso pianeta al di là dell’orbita di Plutone non è più necessaria.

Il sistema di Plutone è l’unico che non è mai stato visitato da alcuna sonda spaziale. Se tutto andrà per il verso giusto questo primato cadrà nel 2015; infatti per quell’anno è previsto l’arrivo della sonda New Horizons lanciata il 19 gennaio 2006. Per ora le conoscenze sono alquanto limitate: Plutone ha un diametro di 2300 chilometri, una superficie ricoperta di acqua e metano ghiacciati e una debole atmosfera composta principalmente da metano e tracce di argon, azoto, monossido di carbonio e ossigeno.

Nel giugno del 2005, grazie al telescopio spaziale Hubble, sono stati individuati altri due satelliti di Plutone denominati Notte e Idra.

Cerere. Verso la fine del 1700 la convinzione che dovesse esistere un pianeta fra le orbite di Marte e Giove era largamente diffusa; la presenza di un siffatto pianeta era prevista dalla legge di Titius-Bode, una relazione empirica (che oggi sappiamo essere priva di fondamento) che fornisce le distanze dei pianeti dal Sole al variare progressivo di un indice.

Così la scoperta di Cerere, avvenuta casualmente il primo gennaio 1801 da parte del direttore dell’osservatorio di Palermo Giuseppe Piazzi (1746, 1826), suscitò grande entusiasmo ma non particolare sorpresa fra gli astronomi. Con una distanza dal Sole di poco più di quattrocento milioni di chilometri, Cerere sembrava fatto apposta per colmare il presunto vuoto del sistema solare. Tuttavia gli astronomi rimasero un pò turbati quando, nella stessa zona di spazio, nel 1802 fu scoperto Pallade; poi fu la volta di Giunone (1804) e di Vesta (1807). Oggi noi sappiamo che questi quattro corpi sono gli elementi più massicci di una sterminata famiglia di piccoli corpi che occupano più o meno stabilmente una regione di spazio compresa fra le orbite di Marte e di Giove denominata fascia degli asteroidi.

Cerere ha un diametro che si aggira intorno ai 930 chilometri e, data la sua piccolezza, è completamente privo di atmosfera.

Il gruppo dei pianeti nani è sicuramente destinato ad aumentare di numero; le caratteristiche di Varuna, Quaoar, Sedna, Vesta, Pallade e altri sono al vaglio dell’UAI la quale si è riservata di decidere quali di questi aspiranti pianeti nani andrà a far parte di questa nuova famiglia del sistema solare.

APPENDICE A – La legge di Titius-Bode

La legge di Titius-Bode è una relazione empirica che definisce le distanze medie dei pianeti dal Sole al variare di un indice che varia progressivamente. Questa relazione, scoperta dall’astronomo tedesco Wolf nel 1741, riscoperta nel 1772 da Johann Titius e divulgata da Johann Bode nel 1778, ha la seguente forma:

d = 0.4 + 0.3*2ⁿ

dove d è la distanza del pianeta espressa in unità astronomiche e n è un indice che puo’ assumere i valori –infinito, 0, 1, 2, 3 ….

Ricordiamo che l’unità astronomica (UA) è una unità di misura di lunghezza pari a circa 150 milioni di chilometri (la distanza media Terra-Sole).

La tabella seguente mostra i risultati ottenuti dall’applicazione della legge di Titius-Bode:

La tabella evidenzia il buco corrispondente a n=3 che aveva fatto sospettare l’esistenza di un pianeta fra Marte e Giove.

Un’analisi più approfondita dei dati riportati in tabella mostra inoltre che la legge funziona abbastanza bene per le distanza dei pianeti fino ad Urano dopo di che i valori predetti sono completamente sballati.

Oggi noi sappiamo che la legge di Titius-Bode non ha alcun fondamento scientifico; l’accordo dei valori delle distanze dei primi sette pianeti con quelle reali è frutto del caso.

APPENDICE B – Aspiranti pianeti nani

Monografia n.109-2007/2

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