Gli oggetti transnettuniani alla periferia del sistema solare

Rubrica del weekend a spasso nell’eliosfera – Episodio 14

Con la scorsa puntata della rubrica A spasso nell’eliosfera, dedicata a Plutone, abbiamo concluso ufficialmente la rassegna dei principali pianeti del sistema solare, mettendo già piede nella regione degli oggetti transnettuniani. Non solo: i più attenti sapranno che già quest’ultimo corpo deve accontentarsi della definizione di pianeta nano.

Muovendoci al di là dell’orbita di Nettuno, l’ultimo dei quattro giganti del sistema solare esterno, abbiamo infatti già fatto un piccolo passo al di fuori di quella che può essere considerata la parte più importante della nostra giostra planetaria. Tanto più se consideriamo che Plutone, come abbiamo già detto, da alcuni anni non è più considerato un vero e proprio pianeta.

Di cosa stiamo parlando quindi? Quale parte del sistema solare stiamo esplorando? Come si definiscono i corpi che vagano solitari in questa zona tanto lontana dal nostro caldo Sole?

Oggi vi portiamo alla scoperta dei principali oggetti transnettuniani – ecco, è così che si chiamano – della fascia di Kuiper e dell’ancor più esteso disco diffuso, a cui avevamo già accennato anche nella prima puntata di questa rubrica.

Rileggi le puntate precedenti di questa rubrica:
Plutone, il nono… nano – 28 maggio, episodio 13
Nettuno, l’ultimo dei giganti – 14 maggio, episodio 12
Urano, nn gigante… ribaltato! – 7 maggio, episodio 11
Il signore degli anelli – 23 aprile, episodio 10
I satelliti di Giove – 16 aprile, episodio 9

Una stella mancata – 9 aprile, episodio 8
Il pianeta mancante – 2 aprile, episodio 7
Marziani, rover e droni – 19 marzo, episodio 6
Di passaggio sulla Terra: perché esistono le stagioni? – 12 marzo, episodio 5
Venere, pianeta infernale – 5 marzo, episodio 4
Mercurio, dove i giorni durano più degli anni – 19 febbraio, episodio 3
Un sabato al Sole – 12 febbraio, episodio 2
Prendiamo le misure: quando siamo piccoli? – 5 febbraio, episodio 1

Nettuno detta le regole

Come risulta già chiaro dal nome oggetto transnettuniano, è Nettuno a dettare le regole del gioco per gran parte di ciò che muove oltre la sua orbita, data la probabile inesistenza di altri corpi di massa paragonabile nelle regioni più lontane del sistema solare. Un fantomatico Pianeta X, tanto ricercato fino agli anni Ottanta, sarebbe in grado di influenzare tangibilmente con la sua massa il comportamento della maggior parte dei corpi di cui parleremo oggi, ma i nuovi calcoli resi possibili dalle misurazioni della sonda Voyager 2 hanno escluso quasi completamente questa possibilità.

Oggetti cisnettuniani

Nella puntata dedicata all’ottavo pianeta del sistema solare, avevamo già parlato della presenza di asteroidi troiani posizionati sull’orbita nettuniana. Come nel caso di Giove, infatti, anche l’ultimo dei giganti ruota attorno al Sole in compagnia di due nubi di asteroidi, posizionati nei punti di Lagrange L4 e L5 della sua orbita: in questi, viene garantito l’equilibrio gravitazionale del sistema, ed è quindi possibile la presenza di corpi che altrimenti disturberebbero – finendo per essere spazzati via – il moto del pianeta.

Gli asteroidi troiani, accompagnando il pianeta intorno al Sole con i suoi stessi ritmi, si trovano ovviamente in risonanza orbitale 1:1: questo significa, banalmente, che compiono una rivoluzione nello stesso tempo impiegato da Nettuno. Questo vale loro la classificazione come oggetti cisnettuniani.

Oggetti transnettuniani – TNO

Ogni corpo che si trova per l’intera durata della sua orbita, o per la maggior parte di essa, oltre quella di Nettuno viene definito oggetto transnettuniano, in inglese Trans-Neptunian Object, abbreviato con TNO. Il requisito fondamentale, dunque, è quello di muoversi intorno al Sole ad una distanza prevalentemente non inferiore a circa 30 au (unità astronomiche, ovvero la distanza Terra-Sole), pari al semiasse maggiore dell’orbita nettuniana.

Il primo corpo con queste caratteristiche ad essere scoperto è stato Plutone, nel 1930: come abbiamo avuto modo di scoprire la scorsa settimana, esso viene a trovarsi più vicino al Sole di Nettuno per una piccola parte della sua eccentrica ed inclinata orbita, ma per buona parte del suo restante percorso si muove ben al di là dell’ottavo pianeta.

Tra gli ultimi anni del Novecento e i primi 2000, invece, si sono susseguite a ritmo piuttosto serrato le scoperte di altri pianeti di dimensioni paragonabili, primo fra tutti Eris: con il suo diametro di poco inferiore a quello di Plutone ma una massa superiore del 27%, è responsabile del declassamento dello stesso a pianeta nano.

Ma Eris è ufficialmente un corpo del disco diffuso, mentre Plutone fa parte della fascia di Kuiper… qui le cose iniziano a farsi caotiche: meglio fare un po’ di ordine!

La fascia di Kuiper e i KBO

Talvolta indicata anche con il nome di fascia di Edgeworth-Kuiper, in onore degli astronomi Kenneth Edgeworth (1880 – 1972) e Gerard Peter Kuiper (1905 – 1973), si estende indicativamente tra le 30 e le 50 au dal Sole, a partire dall’orbita di Nettuno. Concettualmente affine alla fascia principale degli asteroidi, dominata dall’influsso gravitazionale di Giove, questa seconda cintura è nettamente più estesa massiccia, raccogliendo al suo interno una massa da 20 a 200 volte maggiore. Inoltre, a differenza della prima, composta principalmente da asteroidi rocciosi, la fascia di Kuiper ospita oggetti ghiacciati, costituiti prevalentemente da ammoniaca, metano e acqua.

Gli oggetti della fascia di Kuiper vengono indicati con la sigla KBO, dall’inglese Kuiper Belt Objects, e sono suddivisi in grandi famiglie in base al loro comportamento orbitale, spesso e volentieri determinato dall’influsso gravitazionale di Nettuno.

KBO classici o “cubewani”

Il pianeta nano Plutone, in risonanza 2:3 con Nettuno, non solo da il nome a tutti gli oggetti transnettuniani con queste caratteristiche orbitali (plutini) come Issione (28978 Ixion) e Orco (90482 Orcus), ma delimita anche l’inizio di una zona popolata da corpi con orbite stabili, poco eccentriche e non troppo inclinate. Da 42 a 48 au circa dal Sole troviamo dunque i KBO classici, delimitati all’esterno dalle orbite in risonanza 1:2 con Nettuno. Questa è tipica degli oggetti detti twotini, con un periodo di rivoluzione di circa 330 anni.

Il primo KBO classico ad essere scoperto, il 30 agosto 1992, fu 15760 Albion: la sua designazione provvisoria, (15760) 1992 QB1, da il nome, per un curioso gioco di trascrizione fonetica dall’inglese degli ultimi tre caratteri alfanumerici, ai corpi cubewani (QB1-os, cubewanos) dalle caratteristiche orbitali affini.

Questa famiglia di corpi si può dividere a sua volta in due categorie: quella dinamicamente fredda, con corpi dal colore tendente al rosso, forse tendenzialmente sferiche e orbite più regolari, e quella dinamicamente calda, formata da oggetti dalla composizione – e colorazione – molto diversa e orbite nettamente più inclinate ed eccentriche. La spiegazione di questo grande divario è forse da ricercare nell’origine dei corpi della second categoria, probabilmente formatisi in zone molto più interne del sistema solare e successivamente spinti lontano dall’interazione gravitazionale con i giganti gassosi, primo fra tutti Giove.

Altri oggetti cubewani – o KBO classici – rilevanti, oltre al Albion, sono:

  • Varuna, la cui scoperta risale al 2000;
  • Quaoar, che si muove su un’orbita quasi circolare, scoperto nel 2002;
  • Haumea, pianeta nano con due satelliti noti, scoperto nel 2003;
  • Makemake, terzo pianeta nano del sistema solare per dimensioni, scoperto nel 2005.

KBO risonanti: plutini, twotini e molto altro

Abbiamo già citato, nella sezione precedente, i plutini e i twotini, che delimitano la popolazione di oggetti transnettuniani cubewani rispettivamente verso l’interno e verso l’esterno del sistema solare, in risonanza orbitale 2:3 e 1:2 con Nettuno.

In realtà, già tra i plutini e l’ottavo pianeta del sistema solare esiste una zona di risonanza, con corpi che si muovono in rapporto 3:4 con Nettuno, così come ne esistono in risonanza 2:5 a poco più di 55 au dal Sole, quindi al di là dei twotini.

Anche all’interno della regione occupata dai cubewani, comunque, è possibile trovare alcune famiglie piuttosto nutrite di oggetti risonanti, in particolare quelle con rapporto 3:5 (periodo di rivoluzione di circa 275 anni) e 4:7 (circa 290 anni). Ci fermiamo qui per evitare di finire troppo nel tecnico parlando di risonanze poco popolate e altrettanto poco conosciute al giorno d’oggi.

Il disco diffuso e gli SDO

Sebbene da una certa distanza dal sole la densità di corpi in orbita cali drasticamente rispetto a quanto osservabile nella fascia di Kuiper, lo spazio lì fuori rimane piuttosto affollato. Considerata anche l’esistenza di molti corpi che, a causa di elevate eccentricità orbitali, si trovano a transitare temporaneamente nella fascia di Kuiper per poi viaggiare lontani fino a parecchi decine di unità astronomiche, la regione che si estende fino a circa 100 au dal sole viene definita disco diffuso.

Se il confine esterno viene indicato con questo numero tondo, l’interfaccia interna di questa regione non è chiaramente delimitata, tanto che il suo inizio viene considerato sovrapposto in qualche modo alla fascia di Kuiper. In alcuni casi, questa fascia viene addirittura considerata una regione del più ampio disco diffuso, facendo quindi partire quest’ultimo direttamente dall’orbita di Nettuno.

Così facendo, è anche possibile dare una definizione all’intero spazio in cui si trovano ad orbitare corpi come Eris (136199 Eris), il più massiccio e secondo più grande pianeta nano nel sistema solare. Scoperto il 5 gennaio 2005, si muove su un’orbita fortemente eccentrica che lo porta a muoversi in quasi tutto il disco diffuso, dal perielio posto a 37.77 au dal Sole fino all’afelio ad addirittura 97.53 au.

Il primo oggetto ad essere riconosciuto come appartenente al disco diffuso è l’asteroide 1996 TL66, mentre un altro corpo degno di nota è il pianeta nano Gonggong (225088 Gonggong).

Altri oggetti del disco diffuso degni di nota sono 1999 TD10, con un’elevatissima eccentricità, prossima a 0.9, che lo porta al perielio fino in prossimità dell’orbita di Saturno, mentre 2002 XU93 vanta la più alta inclinazione orbitale mai osservata, pari a circa 78° sull’eclittica. Anche nel disco diffuso sono presenti oggetti risonanti, ma di scarsa importanza rispetto a quelli finora presentati.

Ancora più lontano: la nube di Oort

L’osservazione, risalente al 2003, di Sedna (90377 Sedna), oggetto transnettuniano di dimensioni comparabili – seppur minori – a quelle di Plutone, ha aperto un dibattito anche sulla validità della definizione di disco diffuso. Sedna, infatti, con un perielio di ben 76.1 unità astronomiche, transita troppo lontano dal Sole e anche da Nettuno per poter essere considerato un corpo della fascia di Kuiper. Prendendo in considerazione anche l’afelio, posto all’impressionante distanza di 892 au da Sole, risulta forse inappropriato anche definire Sedna un oggetto del disco diffuso.

Gli studiosi ritengono quindi che Sedna sia il primo oggetto massiccio osservato della nube di Oort sebbene – storia infinita – il suo perielio sia eccessivamente vicino al Sole. Una definizione più morbida lo fa appartenere ad una cosiddetta nube di Oort interna. Altri corpi rilevanti di questa regione del sistema solare sono 2012 VP113 e (148209) 2000 CR105. I corpi di questa famiglia vengono indicati anche con la sigla OCO, abbreviazione del termine inglese Oort Cloud Objects.

FONTI

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Credits: Photo by NASA/JPL-Caltech on images.nasa.gov
Eris and Dysnomia Artist Concept. An artist concept of the dwarf planet Eris and its moon Dysnomia. The sun is the smaller star in the distance.

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