martedì 16 agosto 2016

Urano

Sono passati più di quattro mesi dall'ultimo post sul Sistema Solare, e i tempi sono ormai maturi per un articolo su Urano. Si tratta del terzo pianeta più grande tra quelli che ci circondano, ed è stato il primo ad essere scoperto per mezzo di un telescopio. Per questo motivo l'identificazione di Urano diede inizio a una nuova era dell'esplorazione spaziale. Inoltre questo gigante ghiacciato - nominativo che condivide con Nettuno - si muove in maniera piuttosto bizzarra attorno al Sole, e il suo clima risulta quindi altrettanto stravagante. Continuate a leggere per saperne di più!




La scoperta di Urano

Per migliaia di anni la nostra conoscenza del Sistema Solare è stata limitata ai cosiddetti Pianeti Interni: Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove e Saturno. Non a caso tuttora assegniamo ai giorni della settimana i nomi di questi corpi celesti (tenendo presente che il Lunedì corrisponde alla Luna anziché alla Terra). Tuttavia sembra che nel corso del tempo nessuno abbia preso seriamente in considerazione l'esistenza di altri pianeti in orbita attorno al Sole troppo piccoli o distanti per essere visibili.

 La comune credenza che i pianeti del Sistema Solare fossero solo sei non fu scossa nemmeno quando Galileo Galilei constatò l'esistenza di numerose stelle avvistabili solo con l'ausilio di un telescopio. 

William Herschel
 Si dovette aspettare il 31 Marzo 1781 perché William Herschel, un astronomo e fisico di origini tedesche, notasse qualcosa di strano in cielo. Lo scienziato era alla ricerca di sistemi formati da due stelle in orbita l'una attorno all'altra, quando si imbatté in quella che aveva tutta l'aria di essere una cometa: un oggetto luminoso non puntiforme, molto simile a un disco. In effetti all'epoca i pianeti e le comete erano gli unici oggetti che non apparivano puntiformi al telescopio. Herschel produsse così il saggio Account of a Comet.

 Tuttavia l'oggetto osservato da Herschel presentava un contorno ben distinto, a differenza dei bordi sfocati tipici delle comete. Insomma, dopo migliaia di anni era giunto il momento di introdurre un nuovo membro nella lista dei mondi del Sistema Solare: il pianeta Urano. Il suo diametro doveva essere all'incirca pari al quadruplo di quello terrestre, e la sua massa almeno 15 volte maggiore.

 Il nuovo arrivato però si muoveva in maniera estremamente lenta, molto più di Saturno - all'epoca considerato il pianeta più lontano dal Sole. Urano doveva quindi essere estremamente distante dalla nostra stella: quasi 3000 chilometri. Forse fu proprio grazie all'aver infranto il record di distanza di Saturno che il nuovo pianeta venne battezzato col nome di Ouranos, divinità primordiale della mitologia greca, personificazione dell'intero cielo e soprattutto padre di Crono - equivalente greco del dio romano Saturno. 

 Tuttavia, per quanto sia debolmente luminoso, non è del tutto corretto affermare che Urano non sia visibile ad occhio nudo. In condizioni particolarmente propizie questo ha le sembianze di un corpo celeste di luminosità eccezionalmente debole. In definitiva Urano è visibile anche senza telescopio - a malapena, ma visibile. In effetti Urano venne osservato in più di un'occasione anche prima di essere identificato da Herschel, ma per un motivo o per l'altro nessuno riconobbe la sua natura.

La posizione di 34 Tauri secondo Flamsteed
 Nel 1690, ad esempio, l'astronomo John Flamsteed identificò una stella nella costellazione del Toro, e la catalogò col nome di 34 Tauri. Tuttavia, per molti anni a seguire diversi astronomi tentarono di replicare l'osservazione di Flamsteed senza nessun successo. 34 Tauri sembrava essere svanita all'improvviso! Fu solo dopo aver identificato l'orbita di Urano che si capì che l'astronomo inglese aveva semplicemente confuso il pianeta con una stella. Ovviamente Urano - per quanto lento - è in continuo movimento rispetto alle stelle fisse, per cui nessuno era stato in grado di ritrovare 34 Tauri nella posizione indicata da Flamsteed.

 Ma la vicenda di 34 Tauri non è nulla rispetto alla gaffe commessa dall'astronomo francese Pierre Charles Lemmonier appena cinquant'anni più tardi. Questi fu in grado di identificare, osservare e catalogare Urano per ben 13 volte senza accorgersi della sua natura planetaria!

Il bizzarro moto di Urano

 Urano impiega ben 84 anni per compiere un giro completo attorno al Sole e appena 17 ore e 12 minuti per ruotare attorno al proprio asse.

 La cosa più sorprendente però è il modo in cui Urano orbita attorno al Sole. Come abbiamo visto in questo articolo, i pianeti del Sistema Solare sono accomunati da numerosissime caratteristiche (non a caso). Tra le somiglianze che possiamo riscontrare nel loro moto sta l'inclinazione dell'asse di rotazione rispetto al piano dell'orbita. Prendiamo in considerazione il moto della Terra: questa orbita nel piano equatoriale del Sole e al contempo ruota su se stessa attorno a un asse inclinato di circa 67° rispetto a questo piano. Tale angolo permette tra le altre cose di determinare la posizione dei Circoli Polari: linee che delimitano le zone in cui almeno una volta all'anno il Sole non sorge o non cala la notte.

 Gli altri pianeti del Sistema Solare non si comportano in maniera sostanzialmente diversa dalla Terra, ma Urano fa eccezione. Il suo asse di rotazione forma infatti un angolo di appena 2° rispetto al piano equatoriale del Sole, cosicché Urano finisce per rotolare lungo la sua orbita. Questo fatto ha numerose conseguenze, a cominciare dalle caratteristiche climatiche del pianeta.

Schema del moto di Urano

 Proprio a causa della sua rotazione bizzarra Urano finisce per mostrare la stessa faccia al Sole per ben 42 anni! Dopodiché questa stessa faccia è destinata a trascorrere lo stesso tempo in una condizione di notte perpetua. Se ci ritrovassimo a dover tracciare dei Circoli Polari anche su Urano saremmo costretti a disegnare due linee estremamente vicine all'equatore, un po' come se il nostro Circolo Polare Artico attraversasse il Kenya. Ad ogni modo, a causa della sua notevole distanza dal Sole, la temperatura tra la faccia illuminata di Urano è sostanzialmente uguale a quella della metà in ombra.

Il gigante ghiacciato presenta anche alcuni satelliti. Fu lo stesso Herschel, che non smise mai di monitorare la sua scoperta, a identificare i primi due: Titania e Oberon. Altri astronomi ne identificarono altri 3 negli anni seguenti: Ariel, Umbriel e Miranda. Oggi sappiamo che Urano vanta almeno 27 satelliti, molti dei quali finiscono per scontrarsi ogni pochi milioni di anni. Ora, a dispetto di quanto si possa pensare, un milione di anni è una misura temporale estremamente breve se confrontata con gli altri tempi di evoluzione caratteristici del Sistema Solare. Proprio a causa della sua instabilità il sistema di Urano è considerato molto giovane, ed è attualmente utilizzato per verificare la consistenza di modelli che descrivono la formazione di un sistema planetario.

 Un'altra caratteristica insolita di Urano riguarda il moto dei suoi satelliti, tutti eccezionalmente vicini ad esso e in orbita attorno al suo piano equatoriale. Concretamente questo significa che il piano  dell'orbita di Urano è continuamente attraversato dalle sue lune, e che l'intero sistema di satelliti appare rovesciato su un fianco come il pianeta stesso.

 Un'ultima caratteristica sorprendente di Urano fu scoperta per puro caso. Era il 1973 quando ci si accorse che di lì a poco Urano sarebbe passato davanti a una stella. Eventi di questo tipo sono particolarmente interessanti in astronomia dal momento che consentono di osservare in che modo la luce della stella oscurata viene distorta quando attraversa l'atmosfera del pianeta in questione. In ultima analisi, quest'informazione permette di ricavare informazioni sulla composizione, sulla pressione e sulla temperatura dell'atmosfera del pianeta.

 L'occultamento era previsto per la notte del 19 Marzo 1977. Per scongiurare il rischio che una nuvola attraversasse il cielo proprio nel momento fatidico e per ridurre il disturbo causato dall'atmosfera terrestre, l'astronomo americano James Elliot decise di osservare il fenomeno da un aeroplano. Le cose però non andarono come previsto...

 Urano non aveva ancora raggiunto la stella quando improvvisamente la luce di quest'ultima divenne estremamente fioca per 7 secondi. Dopo questo brevissimo intervallo la stella ritorno luminosa, ma era presto per tirare un sospiro di sollievo. Prima che il pianeta la coprisse del tutto la stella lampeggiò altre tre volte, ottenebrandosi per un secondo, dopodiché l'oscuramento procedette come previsto. Tuttavia, non appena il corpo celeste riemerse dall'oscurità venne osservato di nuovo il lampeggìo, e quindi di nuovo l'oscuramento di 7 secondi.

Gli anelli di Urano
 Questo comportamento poteva essere spiegato solo assumendo che Urano fosse circondato da un certo numero di anelli di materia, sottili e sostanzialmente invisibili dalla Terra. Oggi sappiamo che questa spiegazione è quella esatta: attorno a Urano orbitano ben 13 anelli!

 Nonostante le difficoltà osservative, ad oggi è stata destinata un'unica sonda all'esplorazione di Urano: la Voyager 2. I problemi da affrontare in quest'ambito riguardano essenzialmente il notevole dispendio di carburante necessario a portare un oggetto vicino al pianeta. Nella maggior parte delle missioni spaziali è infatti possibile ricavare energia dal Sole mediante dei panelli fotovoltaici. Tuttavia, dal momento che Urano si trova a distanza considerevole dalla nostra stella, un simile sistema di approvvigionamento di energia non potrebbe funzionare.

 Insomma, non posso riproporvi delle immagini della superficie del pianeta come per Venere. Per questa volta dovremo accontentarci degli scatti di Urano inviati da Voyager 2. Eccoli qui:

La sonda Voyager 2
Urano
La superficie della luna Miranda
Gli anelli di Urano

Conclusioni

  In questo articolo ci siamo occupati di Urano, uno dei pianeti esterni del Sistema Solare. Dopo aver ripercorso le tappe che hanno portato William Herschel a identificare il corpo celeste, abbiamo analizzato le caratteristiche del suo moto di rotazione e rivoluzione. Si tratta di un movimento estremamente bizzarro, che consiste in una specie di "rotolamento" del pianeta lungo la sua orbita. Questo fenomeno, unitamente al lungo periodo di rivoluzione, causa delle notti e dei periodi di luce lunghi fino a 42 anni. Infine abbiamo descritto i satelliti principali di Urano e gli eventi che hanno portato alla scoperta dei suoi anelli.



Giulio

Immagini tratte da:
http://alesbatti.altervista.org/urano/?doing_wp_cron=1471353315.7659978866577148437500
http://alchetron.com/William-Herschel-1091856-W
http://pages.uoregon.edu/jimbrau/astr121-2005/Notes/Chapter6.html
https://www.reddit.com/r/science/comments/2ybgx8/giant_methane_storms_on_uranus/?st=irxovk37&sh=d43eb47d
https://it.wikipedia.org/wiki/Anelli_di_Urano
https://en.wikipedia.org/wiki/Voyager_2

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