Brevissima storia del sistema solare

Scienza

Si pensa che i sistemi planetari nascano da nubi di gas e polvere in rotazione: i gas si addensano al centro formando un corpo via via più grande e pesante che, raggiunta una massa e una temperatura tali da innescare reazioni nucleari, si trasforma nella stella del sistema. Nelle regioni esterne si formano agglomerati di ghiaccio, polvere e gas ( i cosiddetti planetesimi ) che nel loro moto di rotazione raccolgono i detriti lungo la loro orbita aumentando in volume e massa fino a trasformarsi in pianeti. I pianeti più interni, posti nella zona calda vicino alla stella, non sono in grado di conservare gli elementi più leggeri della loro atmosfera (idrogeno ed elio); quindi nelle regioni interne  si hanno pianeti (e relative lune) prevalentemente rocciosi mentre nelle zone più esterne e più fredde avremo prevalentemente pianeti gassosi.

Le famose tre leggi di Keplero ci dicono che le orbite dei pianeti intorno alla stella (e dei satelliti intorno ai pianeti) sono delle ellissi (con la stella in uno dei due fuochi), che la velocità areolare è costante (e quindi il pianeta sarà più veloce quanto più è vicino alla stella) e che il cubo della distanza del pianeta dalla stella (semiasse maggiore dell'ellissi) è proporzionale al quadrato del periodo di rivoluzione ("anno" del pianeta) e la costante di proporzionalità è tanto più grande quanto più grande è la massa della stella. Quindi, a parità di distanza dalla stella, i pianeti saranno tanto più veloci (i loro "annni" più brevi) quanto più è massiccia la stella, mentre per la stessa stella i pianeti avranno "anni" più lunghi quanto più sono lontani dalla stella stessa.   La meccanica celeste non ci dice nulla su come dovrebbero essere le distanze dei pianeti da una stella (cioè non vi è alcuna ragione per cui un pianeta dovrebbe compiere una determinata orbita invece che un'altra). Tuttavia, riguardo all'unico sistema planetario che conosciamo in dettaglio, cioè il nostro sistema solare, nel '700 fu trovata da Titius e Bode   una interessante legge empirica che collega in modo semplice le distanze dei vari pianeti dal sole. La legge di Titius-Bode dice che la distanza  d(n) dell'ennesimo pianeta dal sole (in Unità Astronomiche, UA, pari circa a 150 milioni di chilometri) è data da:

d(n) = d(1) + 0.3 * 2 ^ (n-2)

Sapendo che per la Terra (terzo pianeta, n=3) la distanza dal sole è , per definizione di unità astronomica, pari a uno, si ricava per Mercurio (primo pianeta, n=1)

d(1) = d(3) - 0,3*2^( 3-2)=1 - 0,3*2= 0,4 UA

(in buon accordo con la distanza vera che è di 0.387 UA).

Per Venere (secondo pianeta, n=2) abbiamo

d(2)=d(1)+ 0,3*2^( 2-2)= 0,4 + 0,3 = 0,7 UA

(distanza vera = 0.723).

Per Marte (quarto pianeta, n=4) abbiamo

d(4) = d(1) + 0,3*2 ^(4-2) = 0,4 + 0,3*4= 1,6 UA

di nuovo in buon accordo con la distanza vera che è pari a 1.524 UA.

Applicando però la formula al quinto pianeta (Giove, distanza=5.203 UA), si trova

d(5) =d(1) + 0,3*2^( 5-2) = 0,4 + 0,3*8 = 2,8 UA

mentre la giusta distanza si ottiene, sorprendentemente, per n=6

d(6) = d(1) + 0,3*2^( 6-2) = 0,4 + 0,3*16 = 5,2 UA

Sembra quindi che Giove sia in realtà il sesto pianeta e non il quinto (*); epperò, ai tempi di Bode, nessun pianeta era stato osservato tra Marte e Giove... Tuttavia, nel 1801, l'astronomo italiano Piazzi individuò a 2.767 UA un pianetino che chiamò Cerere e  presto si scoprì che Cerere era solo il più grande di uno sciame di asteroidi in orbita tra Marte e Giove proprio alla distanza prevista dalla legge di Titius-Bode! quindi il fantasmatico quinto pianeta era stato effettivamente trovato (anche se piuttosto ...malridotto). D'altronde, considerando Giove come sesto pianeta, Saturno avrebbe n=7 e quindi

d(7) = d(1) + 0,3 * 2^( 7-2) = 0,4 + 0,3*32 = 10 UA

ancora in accordo con la distanza vera che è di 9,555 UA.

Anche per Urano (n=8), scoperto solo nel 1781 da W. Herschel, la legge tiene, predicendo una distanza di 19,6 UA a confronto della distanza misurata (media) di 19.19 UA.

Agli inizi del 1800 Urano era l'ultimo pianeta (conosciuto) del sistema solare ,  non aveva dunque senso applicare la legge a n>8; ma, proprio agli inizi del 1800, J.C. Adams e J.J. Le Verrier , analizzando il moto di Urano, scoprirono che non seguiva esattamente le leggi di Newton (e Keplero) e, con considerevole sforzo fisico-matematico, riuscirono a predire l'esistenza e l'orbita di uno sconosciuto pianeta più lontano di Urano stesso. Tale pianeta fu poi effettivamente osservato per la prima volta nel 1846 dall'astronomo tedesco J.G. Galle e in seguito fu 'battezzato' col nome di Nettuno. Successivamente, analizzando le piccole perturbazioni dell'orbita dello stesso Nettuno, si dedusse che doveva esserci ancora un  (piccolo) pianeta sconosciuto: tale pianeta - Plutone - fu effettivamente avvistato solo nel 1930 da C. W. Tombaugh. La previsione teorica e la effettiva scoperta di tali pianeti resta una delle più belle perfomance della Meccanica Classica! Ma come si comporta la legge di Titius-Bode rispetto questi nuovi e imprevisti inquilini del nostro sistema (il nono e il decimo, secondo la nostra numerazione)? In apparenza non bene: infatti la formula prevede

d(9) = 38,8 UA ; d(10) = 77,2 UA

mentre in realtà Nettuno è più vicino (a 30,06 UA) e Plutone MOLTO più vicino a sole (si fa per dire...) a 39,53 UA. Tuttavia molti astronomi, notando le anomalie dell'orbita di Plutone che è molto più eccentrica e inclinata rispetto all'eclittica delle orbite degli altri pianeti, hanno ipotizzato che in realtà Plutone fosse un tempo una delle lune di Nettuno, scagliata via lontano per qualche sconosciuta catastrofe cosmica (o addirittura si ipotizza che fosse un pianetino vagabondo catturato dal nostro Sole). Quindi, tutto sommato, la Legge di Titius-Bode potrebbe ancora valere... Allora cosa c'è a 77,2 UA? Non lo sappiamo: d'altronde non si può certo estrapolare questa legge per un numero infinito di pianeti, anche considerando che l'attrazione gravitazionale del sole decresce con (il quadrato del)la distanza e ad un certo punto è equilibrata da quella delle stelle vicine. Gli oggetti più lontani ipotizzati del nostro sistema  sono le cosiddette fasce cometarie: 'nuvole' di comete da cui ogni tanto qualcuna si distacca per farci visita... La più lontana di tali fasce dovrebbe essere la Nube di Oort (a circa 50000 UA), la più vicina la Fascia di Kuiper , forse proprio alla distanza prevista dalla legge di Titius-Bode. Ovviamente, quando (e se) riusciremo a conoscere in dettaglio altri sistemi planetari scopriremo se questa legge empirica è solo una curiosità legata al sistema solare o se nasconde qualcosa di ben più profondo. Infatti, se essa dovesse essere confermata anche in sistemi extra-solari, dovremmo dedurre che c'è qualche ragione teorica per la sua validità, ragione che non riusciamo a vedere alla luce della Meccanica attuale. Così, come le leggi empiriche spettrografiche portarono alla rivoluzione della Meccanica Quantistica, una eventuale conferma della Legge di Titius-Bode potrebbe portare a una nuova Meccanica Celeste.

FONTI e LINKS

http://astron.berkeley.edu/~gmarcy/hd/press_release.html

http://astron.berkeley.edu/~gmarcy/transit.html

http://schwab.tsuniv.edu/t8/hd209458/transit.html

http://astron.berkeley.edu/~gmarcy/hd/iau.html

http://cannon.sfsu.edu/~gmarcy/planetsearch/planetsearch.html

http://obswww.unige.ch/~udry/planet/planet.html

http://obswww.unige.ch/~udry/planet/planet.html

http://cfa-www.harvard.edu/planets/

http://sim.jpl.nasa.gov

http://www.astro.su.se/~pawel/blois/blois.html

http://www.jtwinc.com/Extrasolar/

http://www.stellarlink.com/Space.Resources/

http://www.kepler.arc.nasa.gov

http://www.discovery.com/DCO/doc/1012/world/science/planethunters2/planets1.html

http://www.kalmbach.com/astro/astronomy.html