martedì 1 marzo 2016

La Fascia degli Asteroidi

Sono passate alcune settimane dagli articoli sulle Comete, sulle Stelle Cadenti e sul Pianeta Venere e i tempi sono ormai maturi per un nuovo post per astronomi. Oggi ci occupiamo infatti della Fascia degli Asteroidi, una regione intermedia del Sistema Solare popolata da un'infinità di oggetti di tutte le dimensioni. Come sono stati scoperti? Quanti ce ne sono? Come si sono formati? Perché non sono collassati su se stessi per formare un pianeta, come invece è accaduto a tutti gli altri durante la formazione del Sistema Solare?


Manca un Pianeta?

 Sul finire del Diciottesimo Secolo un fatto curioso occupava le menti degli astronomi. Il problema nasceva dalle distanze dei pianeti dal Sole, che potete trovare qui sotto:
  • Mercurio dista circa 57 milioni di kilometri dal Sole
  • Venere 100 milioni di kilometri
  • la Terra 150 milioni di kilometri
  • Marte 230 milioni di kilometri
  • Giove 780 milioni di kilometri
  • Saturno 1426 milioni di kilometri
  • Urano 2870 milioni di kilometri
  • Nettuno 4500 milioni di kilometri
 D'accordo, Nettuno non era ancora stato scoperto a quel tempo, ma inseriamolo comunque nella nostra trattazione. Plutone invece è un pianeta nano, quindi non lo considereremo.

 Da quest'elenco non traspare granché, ma proviamo a calcolare i rapporti tra la distanza di ogni pianeta e quella del pianeta immediatamente più vicino al Sole. Ecco cosa troviamo:
  • Nettuno è 1,56 volte più lontano dal Sole di Urano
  • Urano è  2,02 volte più lontano dal Sole di Saturno
  • Saturno è 1,83 volte più lontano dal Sole di Giove
  • Giove è 3,39 volte più lontano dal Sole di Marte
  • Marte è 1,53 volte più lontano dal Sole della Terra
  • la Terra è 1,50 volte più lontana dal Sole di Venere
  • Venere è 1,75 volte più lontano dal Sole di Mercurio
  Qualcosa non va nella distanza di Giove. Notiamo subito che ogni pianeta è più lontano dal Sole da 1,5 a 2 volte del pianeta precedente, mentre Giove viola notevolmente questa regolarità. Basterebbe però trovare un nuovo pianeta tra Marte e Giove per ripristinare l'ordine che abbiamo individuato.  

Giuseppe Piazzi
 Ad alcuni questo potrebbe sembrare un po' poco per ipotizzare l'esistenza di un nuovo pianeta, ma bastò a indurre un gruppo di astronomi a cercare il corpo celeste mancante. Tuttavia, questi non ebbero nemmeno il tempo di ultimare i preparativi che la presenza di un nuovo pianeta venne annunciata da un astronomo italiano.

 Giuseppe Piazzi, un prete con la passione per l'astronomia, stava studiando il cielo notturno con un telescopio, e per puro caso si ritrovò a scrutare proprio la porzione di cielo che interessava al gruppo di astronomi di cui abbiamo parlato poco fa. Non ci volle molto perché questi individuasse un corpo che si spostava di giorno in giorno allo stesso modo dei pianeti. Perché non supporre quindi che l'oggetto stesso fosse un pianeta? Dalla sua velocità si poteva dedurre che fosse localizzato tra Marte e Giove, e la sua scarsa luminosità portava a concludere che fosse molto piccolo.

 Dopo una serie di analisi, Piazzi si decise ad annunciare la scoperta: era l'1 Gennaio 1800, il primo giorno del nuovo secolo!


Cerere e la Fascia degli Asteroidi

 La conferma delle ipotesi di Piazzi giunse da nientemeno che Carl Friedrich Gauss, uno dei più grandi matematici di tutti i tempi. Questi si servì dei dati ottenuti dall'astronomo per calcolare l'orbita del nuovo oggetto, che si rivelò essere proprio un nuovo pianeta! Piazzi battezzò l'oggetto da lui scoperto col nome di Cerere, in onore della dea romana della fertilità.
Foto di Cerere scattata dalla sonda Dawn il 6 Marzo 2015

 Tuttavia, Cerere era davvero molto piccolo *(al punto che oggi non è nemmeno considerato un pianeta) . Il suo diametro non raggiunge i 1000 kilometri (per fare un confronto, quello della Terra è di quasi 13000 kilometri), e la sua massa è poco più di un decimo di millesimo di quella del nostro pianeta. Insomma, non sembrava possibile che un oggetto così piccolo potesse essere l'unico pianeta compreso tra Marte e Giove. In effetti, non ci volle molto perché nuovi piccoli oggetti facessero la loro comparsa nella stessa regione del Sistema Solare. Ben tre pianeti furono identificati negli anni successivi, tutti ancora più piccoli di Cerere, e rispettando la tradizione ricevettero i nomi di divinità: Pallade, Giunone e Vesta.

 I nuovi oggetti erano così piccoli che neanche il miglior astronomo, armato col miglior telescopio del tempo, avrebbe potuto vedere più di un semplice puntino luminoso se li avesse osservati direttamente. Effettivamente, agli astronomi questi corpi sembravano così simili alle lontanissime stelle che si decise di chiamarli Asteroidi, ovvero "oggetti simili alle stelle".

 Per quasi quarant'anni Cerere, Pallade, Giunone e Vesta rimasero gli unici asteroidi conosciuti, ma con la comparsa di telescopi sempre più avanzati fu possibile individuarne molti altri. Oggi sappiamo che circa un milione di asteroidi con diametro maggiore di un kilometro popolano lo spazio compreso tra Marte e Giove, al punto che a questa regione viene dato il nome di Fascia degli Asteroidi o Fascia Principale. Tuttavia, solo qualche centinaio di essi supera i 100 kilometri di diametro.

L'Origine della Fascia degli Asteroidi

L'Origine della Fascia degli Asteroidi secondo Olbers
 Una prima ipotesi che spiegasse la formazione della Fascia venne formulata da Heinrich Wilhelm Olbers, un medico tedesco appassionato di astronomia. Questi suppose che in antichità al posto della Fascia degli Asteroidi orbitasse un pianeta di dimensioni paragonabili a quelle di tutti gli altri. In seguito il pianeta di Olbers sarebbe dovuto esplodere in seguito all'impatto con una cometa, lasciando dietro di sè una scia di frammenti che avrebbe costituito la Fascia Principale.

 Questa spiegazione non convinse però il mondo scientifico. In particolare, non era necessario supporre l'esistenza di un pianeta in epoche passate per giustificare la presenza di un così gran numero di asteroidi, senza contare che la loro diversa composizione chimica rendeva poco plausibile l'ipotesi di un origine comune. Gli astronomi proposero quindi un'altra soluzione.

 Per capire appieno quanto segue vi suggerisco di dare un'occhiata all'articolo sull'Origine del Sistema Solare, ma per quelli di voi che non hanno il tempo o la voglia di farlo riassumerò qui sotto quello che occorre.
Ricordate quando abbiamo spiegato come si formano i pianeti? Per farla breve il processo avviene in 4 punti:
  1. Una nube di polvere collassa sotto l'effetto della forza di gravità.
  2. Durante il collasso all'interno della nube si formano dei piccoli vortici, che tendono a collassare a loro volta.
  3. All'interno dei singoli vortici si formano degli altri piccoli vortici, e all'interno di essi degli altri ancora, e via dicendo.
  4. Il risultato di questo processo è un collasso che avviene su diverse scale: la nube più grande collassa, ad esempio, in una Galassia. I primi vortici diventano degli ammassi stellari. I vortici interni ai primi diventano le singole stelle. I vortici successivi diventano pianeti, e infine i vortici più piccoli collassano in satelliti.
 Può accadere però che un collasso non venga completato, ed è in questi casi che si formano le Fasce di Asteroidi. Ma cosa può impedire alla materia di collassare sotto la forza gravitazionale? La risposta varia da caso a caso, ma per quanto riguarda la Fascia Principale si pensa che il pianeta Giove abbia avuto un ruolo chiave. Ma vediamo come sono andate le cose...
 Nella seconda metà del 1800 la conoscenza della Fascia degli Asteroidi era ormai abbastanza approfondita, e fu possibile notare che la materia non era distribuita uniformemente al suo interno: alcune zone della regione erano attraversate da moltissimi asteroidi e altre da nessuno.

Rappresentazione delle lacune di Kirkwood
 Fu Daniel Kirkwood, un astronomo americano, a notare che un asteroide posto sulle orbite "vuote" avrebbe descritto un giro attorno al Sole in una frazione semplice del tempo che ci avrebbe impiegato Giove. Tale comportamento poteva essere spiegato solo accettando che il campo gravitazionale del pianeta perturbasse continuamente la Fascia degli Asteroidi, al punto da impedirne la condensazione. Kirkwood aveva spiegato perché gli asteroidi non erano collassati in un unico pianeta! Oggi  lo omaggiamo chiamando le orbite disabitate "lacune di Kirkwood".

Conclusioni

  In questo post abbiamo avuto ripercorso le tappe che hanno portato alla scoperta della Fascia degli Asteroidi: partendo dall'irregolarità nella distanza di Giove fino ad arrivare all'osservazione di milioni di oggetti in orbita. Infine ci siamo occupati di spiegare la formazione di questa Fascia, chiarendo anche perché questa non è collassata su se stessa come tutti gli altri pianeti. Spero che l'articolo ti sia piaciuto.
Grazie per aver letto fin qui,

Giulio



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