Plutone, il nono… nano

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Rubrica del weekend a spasso nell’eliosfera – Episodio 13

Siamo giunti ai confini del sistema solare più conosciuto, quello che si studia anche sui libri di scienze nelle scuole, e dopo una carrellata di giganti gassosi torniamo con i piedi su un solido suolo di ghiaccio e rocce: siamo arrivati su Plutone! Osservato per la prima volta solo nel 1930, per anni è stato considerato il nono pianeta del sistema solare, finché alcune nuove scoperte non hanno messo in dubbio il suo status…

Rileggi le puntate precedenti di questa rubrica:
Nettuno, l’ultimo dei giganti – 14 maggio, episodio 12
Un 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

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Massa

1.303×10²² kg, ovvero 13.03 milioni di milioni di miliardi di kg

Appena lo 0.22% della massa della Terra (5.973×10²⁴ kg)

Il pianeta più piccolo che avevamo incontrato finora era Mercurio, con una massa pari al 5.5% di quella terrestre ma, a quanto pare, Plutone lo batte di gran lunga. 

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Diametro medio⁽¹⁾

2.377×10⁶ m, ovvero 2377 km

Meno di un quinto del diametro medio della Terra (1.275×10⁷ m) e appena il 68% del diametro della Luna (3.475×10⁶ m)

Ma quindi… questo pianeta è addirittura più piccolo di un satellite? Perché, allora, la Luna non viene considerata anch’essa un pianeta? Per quest’ultima domanda la risposta è piuttosto semplice: la Luna è un corpo che ruota attorno alla Terra, e non direttamente intorno al Sole. Quindi, la Terra è un pianeta in quanto satellite del Sole, mentre la Luna si potrebbe considerare “satellite di secondo grado”, quindi un satellite a tutti gli effetti di un corpo principale del sistema solare. Con questa spiegazione, speriamo di non aver generato troppa confusione.
Allo stesso modo, anche i ben più grandi satelliti medicei di Giove, nonché Titano e Tritone, sono considerati satelliti. Alla luce di questi fatti e della scoperta di altri corpi di dimensioni simili – primo fra tutti, Eris – su orbite ancora più lontane dal Sole, Plutone ha dovuto accettare un ridimensionamento del suo status: nel 2006, a 76 anni dalla sua scoperta, viene etichettato ufficialmente come pianeta nano.

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Superficie

1.779×10¹³ m², ovvero 17.79 milioni di km²

Pari a 3.5% della superficie della Terra (5.095×10¹⁴ m²)

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Volume

6.390×10¹⁸ m³, ovvero 6.39 miliardi di km³

Pari allo 0.6% del volume della Terra (1.083×10²¹ m³)

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Densità media

2500 kg/m³

Si tratta di poco meno della metà della densità media della Terra (5514 kg/m³)

Nonostante la sua densità sia piuttosto bassa se rapportata a quella della Terra, Plutone è il più denso tra i pianeti del sistema solare esterno. Questo primato è garantito dalla sua struttura prevalentemente composta da ghiacci e rocce, anziché da gas.

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Accelerazione di gravità in superficie

0.62 m/s²

Pari al 6.3% dell’accelerazione di gravità in superficie sulla Terra (9.81 m/s²)

Con il solito giochino, un uomo di 70 kg su Urano leggerebbe sulla bilancia 4.4 kg: quasi un fantasma!

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Velocità di fuga⁽²⁾

1230 m/s

Pari all’11% della velocità di fuga sulla Terra (11186 m/s)

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Periodo di rotazione all’equatore

6 giorni, 9 ore, 17 minuti e 36 secondi

Periodo di rivoluzione o periodo orbitale

247 anni terrestri e 329 giorni circa

Come abbiamo imparando nel corso delle puntate di questa rubrica, la velocità con cui i pianeti compiono il loro moto di rivoluzione è inversamente proporzionale alla distanza dal Sole. Più ci allontaniamo dalla nostra stella, e più piano si muoveranno intorno ad essa i pianeti che incontriamo. Il fenomeno è piuttosto simile al comportamento di un pendolo…

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Velocità di rotazione all’equatore

13 m/s, ovvero 47 km/h

Contro i 465 m/s (1674 km/h) della Terra

Soltanto Mercurio è più pigro di Plutone, ruotando su se stesso ad appena 11 km/h.

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Velocità orbitale

Media: 4.669 km/s

Minima: 3.676 km/s (Δ^– = -0.993 km/s)

Massima: 6.112 km/s (Δ⁺ = +1.443 km/s)

Contro i (29.789±~0.5) km/s della Terra

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Distanza dal Sole

Media: 5.906×10⁹ km, ovvero 5.906 miliardi di km o 39.482 au

Contro i 1.496×10⁸ km (149,597,870,700 m, pari per definizione ad una au, unità astronomica) della Terra.

Perielio (minima): 4.437×10⁹ km, ovvero 4.437 miliardi di km o 29.658 au

Un attimo: chi si ricorda il perielio di Nettuno? L’ottavo pianeta del sistema solare, di cui abbiamo parlato nella puntata precedente di questa rubrica, non si avvicinava mai a meno di 29.811 au dal Sole. Alla luce di questo dato, significa che per una parte della sua orbita Plutone, nono pianeta del sistema solare, viene a trovarsi più vicino al Sole di Nettuno.
Continuando il ragionamento, sembra scontato che le orbite di questi due pianeti debbano incrociarsi. Ma non è pericoloso che Plutone attraversi il percorso di Nettuno? Non rischiano di scontrarsi? Fortunatamente no.
Innanzitutto, le orbite di questi due corpi sono in risonanza 2:3: significa che mentre Plutone compie due rivoluzioni, Nettuno ne compie tre, in un perfetto equilibrio di tempi e posizioni tali da garantire la giusta distanza di sicurezza tra i due.
Inoltre, come accade per la quasi totalità dei corpi delle regioni più lontane del sistema solare, l’orbita su cui si muove Plutone è molto eccentrica (si notava già dai valori della velocità orbitale, ancor più dal divario tra perielio e afelio) e molto inclinata, cosicché esso non interseca mai il percorso di Nettuno per venire a trovarsi più vicino al Sole, ma transita al di sotto o al di sopra di esso.
Per assurdo, invece, Nettuno non è nemmeno il pianeta ad avvicinarsi di più a Plutone. I due, infatti, possono trovarsi ad una distanza minima di circa 17 au, mentre Urano transita periodicamente fino a 11 au dal pianeta nano. 

Afelio (massima): 7.376×10⁹ km, ovvero 7.376 miliardi di km o 49.305 au

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Eccentricità dell’orbita

0.2488

Contro lo 0.0167 della Terra.

Anche in questo caso, il piccolo Plutone ruba il primato a Mercurio: sembra proprio che questo comportamento da yo-yo sia tipico dei corpi dalle dimensioni più contenute!

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Inclinazione dell’asse sull’eclittica⁽³⁾

122° 31’ 48”

Con un’inclinazione dell’asse superiore a 90° la rotazione del pianeta diventa tecnicamente retrograda, permettendo quindi di osservare il sole sorgere ad ovest e tramontare ad est. Essendo un valore più vicino all’orizzontale che alla verticale sul piano dell’eclittica, come nel caso di Urano, che abbiamo definito simpaticamente gigante ribaltato, anche Plutone riceve un irraggiamento considerevole ai poli. Questo porta ad una concettuale estremizzazione delle stagioni, sebbene nella pratica non vi siano effetti particolari a causa della lontananza dalla nostra stella, con la conseguente drastica riduzione dell’intensità dell’irraggiamento.  

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Inclinazione orbitale⁽⁴⁾

17° 8’ 17.74”

Non ci eravamo mai spinti oltre i 7° della Terra e di Mercurio. Questo valore così accentuato è tipico dei corpi delle regioni più lontane del sistema solare, come comete, asteroidi e pianeti nani della fascia di Kuiper, che si estende oltre l’orbita di Nettuno. 

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Temperatura superficiale

Media: 45 K, ovvero -228 °C

Valore impressionante, se paragonato alla temperatura superficiale media della Terra, pari a 288 K o 15 °C

Minima: 40 K, ovvero -233 °C

E noi che pensavamo di avere freddo con 187 K (-86 °C)…

Massima: 50 K, ovvero -223 °C

Possiamo parlare di un’escursione termica pressoché irrilevante.

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Satelliti

5

Di questi satelliti, solo il più grande, Caronte, era conosciuto già nel secolo scorso, sebbene per la sua scoperta si sia dovuto aspettare fino al 1978. Gli altri satelliti minori sono Notte, Idra, Cerbero e Stige, scoperti molto di recente, tra il 2005 e il 2012. I calcoli escludono, inoltre, l’esistenza di altri satelliti di dimensioni superiori a 20 chilometri.
La vera particolarità di cui vale la pena di parlare riguarda il rapporto tra Plutone e il suo satellite maggiore. Caronte, infatti, ha un diametro di 1207±3 chilometri, pari al 51% delle dimensioni di Plutone stesso. Considerando anche le loro masse, risulta piuttosto immediato che il baricentro tra questi due corpi si trovi da qualche parte nello spazio tra di essi, quindi nettamente al di fuori del volume di entrambi. Questo rende, di fatto, Plutone e Caronte un sistema binario, anche detto pianeta doppio.
In tale configurazione, dunque, non vedremo un satellite in moto intorno ad un pianeta quasi immobile (nel sistema di riferimento dei due corpi), ma due corpi che si muovo in una sorta di girotondo intorno ad un punto comune fissato nello spazio tra di loro. Per la precisione, in virtù di semplici considerazioni sull’equilibrio delle masse, tale punto (detto baricentro) sarà più vicino al centro di massa di Plutone (il più massiccio dei due) che a quello di Caronte.
Le particolarità, però, non sono finite qui. Il periodo di rotazione e di rivoluzione di Caronte, ovvero il tempo che impiega a fare un giro su sé stesso e un giro intorno al pianeta, è di 6 giorni, 9 ore, 17 minuti e 37 secondi, esattamente lo stesso (periodo di rotazione, ndr) di Plutone. Di conseguenza, Caronte mostra a Plutone sempre la stessa faccia, e viceversa anche il pianeta mostra sempre la stessa faccia al satellite, in una rotazione sincrona perfetta.
La rotazione sincrona di un satellite non è una novità nel sistema solare, basti pensare che anche noi vediamo sempre la stessa faccia della Luna, che ruota intorno alla Terra nello stesso tempo che impiega a compiere una rotazione su se stessa. Diversamente da quanto accade nel sistema Plutone-Caronte, però, il periodo di rotazione della Terra e di rivoluzione della Luna sono diversi, permettendoci di vedere sorgere, transitare in cielo e tramontare il nostro satellite da qualsiasi punto del pianeta. Su Plutone, invece, da un emisfero vedremo sempre Caronte fisso nello stesso punto del cielo, e dall’altro non lo vedremo mai.

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Anelli 

Assenti

Approfondiamo… a caccia di fantasmi, con un cane speciale

Come accadde già per la scoperta di Nettuno, anche quella di Plutone avvenne in seguito a calcoli accuratissimi volti alla ricerca di un ipotetico pianeta esterno, responsabile di alcune anomalie osservate nelle orbite degli ultimi pianeti conosciuti. Questa indagine arrivò ad una svolta nel 1930, con la scoperta del nostro caro Plutone, ma subito ci si accorse che qualcosa, ancora, non tornava: la massa di questo corpo era infatti troppo contenuta, affinché potesse avere qualche seria influenza sul moto di altri corpi ben più massicci, come i giganti gassosi. La ricerca del cosiddetto Pianeta X riprese subito, quindi, e continuò per alcuni decenni.
La soluzione del problema, arrivata solo nel 1989, si deve alla missione spaziale Voyager 2: durante le sue accurate osservazioni, permise di stabilire con maggiore precisione le masse reali di Urano e Nettuno, lievemente diverse da quelle fino ad allora comunemente accettate. Alla luce di questi nuovi dati, il ricalcolo delle orbite dei due pianeti restituì un modello in perfetto accordo con le osservazioni del loro moto nei decenni precedenti. Questo escluse definitivamente, al contrario di quanto pensato per lungo tempo, l’esistenza del fantomatico Pianeta X. 

Ultima curiosità del giorno: il famoso cane di Topolino venne introdotto in alcuni cortometraggi per la prima volta nel 1930, ma senza un nome. La concomitanza con la scoperta del pianeta nano, fece in modo che il nuovo personaggio a quattro zampe, ideato da Walt Disney e animato da Norman Ferguson, venisse battezzato proprio con il nome inglese del pianeta: Pluto. 

⁽¹⁾ Nonostante le rappresentazioni che ne facciamo, e la forma comunque apprezzabilmente sferica all’occhio umano, i pianeti non sono sfere perfettamente regolari; la loro forma risulta invece leggermente schiacciata ai poli, presentando quindi generalmente un diametro maggiore – in misura più o meno rilevante a seconda dei casi – all’equatore e più ridotto ai poli.

⁽²⁾ La velocità di fuga indica la velocità che deve essere superata da un corpo affinché possa allontanarsi indefinitamente dal campo di gravità a cui è soggetto. Per la Terra, significa che un ipotetico mezzo lanciato a 11186 m/s (40270 km/h) ci permetterebbe di vincere la forza di gravità che lo riporterebbe al suolo con un moto parabolico, o che lo manterrebbe su un’orbita circolare o ellittica attorno al pianeta.

⁽³⁾ Indica l’inclinazione dell’asse di rotazione del pianeta nei confronti del piano orbitale sul quale lo stesso ruota intorno al Sole.

⁽⁴⁾ Indica l’inclinazione dell’orbita del pianeta rispetto all’equatore del Sole.

FONTI

Caronte. In Wikipedia. Ultima modifica 27 gennaio 2022, consultato il 16 maggio 2022, URL: https://it.wikipedia.org/wiki/Caronte_(astronomia)  

Horanyi, M. (2014). Charon: Overview. Pubblicato il 8 ottobre 2014, consultato il 16 maggio 2022, URL: https://web.archive.org/web/20141008221417/http://solarsystem.nasa.gov/planets/profile.cfm?Object=Plu_Charon 

Is Pluto a giant comet? (n.d.). International Comet Quarterly. Consultato il 16 maggio 2022, URL: http://www.icq.eps.harvard.edu/ICQPluto.html 

Plutone. In Wikipedia. Ultima modifica 14 aprile 2022, consultato il 16 maggio 2022, URL: https://it.wikipedia.org/wiki/Plutone_(astronomia)#Struttura_interna 

Rincon, P. (2005). Hubble reveals new map of Pluto. BBC News. Pubblicato il 12 settembre 2005, consultato il 16 maggio 2022, URL: http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/4230918.stm 

Williams, D. (2021). Pluto Fact Sheet. Ultima modifica 23 dicembre 2021, consultato il 16 maggio 2022, URL: https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/plutofact.html 

Wolter, A. (2019). Plutone e Caronte. Edu.inaf.it. Pubblicato il 14 dicembre 2019, consultato il 16 maggio 2022, URL: https://edu.inaf.it/astroschede/plutone-caronte/

Credits: Photo by NASA/JHUAPL/SwRI on nasa.gov
“Pluto’s Majestic Mountains, Frozen Plains and Foggy Hazes: Just 15 minutes after its closest approach to Pluto on July 14, 2015, NASA’s New Horizons spacecraft looked back toward the sun and captured this near-sunset view of the rugged, icy mountains and flat ice plains extending to Pluto’s horizon. The smooth expanse of the informally named icy plain Sputnik Planum (right) is flanked to the west (left) by rugged mountains up to 11,000 feet (3,500 meters) high, including the informally named Norgay Montes in the foreground and Hillary Montes on the skyline. To the right, east of Sputnik, rougher terrain is cut by apparent glaciers. So, the backlighting highlights over a dozen layers of haze in Pluto’s tenuous but distended atmosphere. The image was taken from a distance of 11,000 miles (18,000 kilometers) to Pluto; the scene is 780 miles (1,250 kilometers) wide.“

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