livello elementare
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ARGOMENTO: ASTRONOMIA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: Plutone, fascia di Kuiper
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Nel nostro lungo viaggio nel sistema solare siamo finalmente arrivati a Plutone, un pianetino ghiacciato nella cintura di Kuiper, un anello di corpi celesti oltre l’orbita di Nettuno.
Molti di noi ricorderanno dai libri di scuola che un tempo Plutone era considerato il nono pianeta del sistema solare. Dopo il 1992, il suo status di pianeta fu messo in discussione a seguito della scoperta di diversi oggetti di dimensioni simili posti nella regione più esterna del sistema chiamata cintura di Kuiper. Nacquero molti dibattiti tra gli astronomi ma, a seguito della scoperta in quella regione di un corpo celeste, Eris, più massiccio di Plutone l’Unione Astronomica Internazionale (IAU) fu forzata a definire, nel 2006, formalmente il termine “pianeta” ed escludere di fatto Plutone dalla lista dei pianeti.
Qualche dato per iniziare
Plutone è il nono oggetto più grande e il decimo più massiccio in orbita diretta attorno al Sole, nonché il più grande oggetto trans-nettuniano. Un corpo celeste composto di ghiaccio e roccia, relativamente piccolo, con circa un sesto della massa della Luna ed un terzo del suo volume. Tanto lontano che la luce del sole impiega circa 5,5 ore per raggiungere Plutone alla sua distanza media (39,5 UA).
La sua scoperta
Nel 1906, Percival Lowell, l’astronomo statunitense che aveva fondato nel 1894 l’Osservatorio Lowell a Flagstaff, Arizona, iniziò un vasto progetto alla ricerca di un possibile nono pianeta, che chiamò il “Pianeta X“. Nel 1909, Lowell e William H. Pickering, nella primavera del 1915, catturarono due deboli immagini di Plutone, ma non furono riconosciute.
Clyde W. Tombaugh
Dopo la morte di Lowell le ricerche del nono pianeta continuarono e, nel 1930, l’astronomo Clyde W. Tombaugh scoprì un possibile oggetto su delle lastre fotografiche, segnalandone la notizia all’Osservatorio del Collegio di Harvard il 13 marzo 1930.
Una curiosità: l’Osservatorio Lowell, che avendolo scoperto aveva il diritto di dargli il nome, ricevette più di mille suggerimenti da tutto il mondo e il nome Plutone fu proposto da Venetia Burney, una studentessa di undici anni di Oxford, Inghilterra. Il nome Plutone fu prescelto e fu assegnato come ricompensa alla giovane Venetia un premio di 5 sterline, equivalente a 450 USD del 2014.
Un pianeta nano
Prima di scoprire le sue caratteristiche vale la pena di chiarire perché Plutone fu declassato dal rango di pianeta a pianeta nano. Dal 1992 in poi, grazie allo sviluppo dei sistemi di osservazione, furono scoperti molti corpi in una zona lontana dello spazio in seguito denominata cintura di Kuiper. Essendo Plutone nelle loro “vicinanze” si aprì un dibattito se dovesse essere considerato parte della popolazione celeste circostante o un pianeta a sé stante. Il dibattito terminò nell’agosto 2006, con una nuova definizione ufficiale per il termine “pianeta”.
Secondo l’Unione Astronomica Internazionale (IAU), ci sono tre condizioni affinché un oggetto del Sistema Solare possa essere considerato un pianeta:
– deve essere in orbita intorno al Sole;
– deve avere una massa sufficiente affinché la sua gravità possa vincere le forze di corpo rigido, cosicché assume una forma di equilibrio idrostatico (quasi sferica);
– non deve avere altri corpi intorno alla sua orbita.
Nel giugno 2008, fu annunciato che il termine “plutoide” sarebbe stato d’ora in poi usato per riferirsi a Plutone e ad altri oggetti con un asse semi-maggiore orbitale maggiore di quello di Nettuno ed una massa sufficiente per avere una forma quasi sferica. Di conseguenza Plutone fu declassato a pianeta nano.
Dopo queste premesse, eccoci finalmente arrivati nelle sue vicinanze.
Innanzitutto come si formò? Come altri oggetti della fascia di Kuiper, Plutone è considerato un residuo planetario, un componente del disco proto-planetario originale che non riuscì a fondersi completamente in un pianeta; è collocato a circa sei miliardi di chilometri dal sole. Il suo periodo orbitale è attualmente di circa 248 anni con un’orbita ellittica di moderatamente inclinata rispetto all’eclittica (oltre 17°). Un giorno di Plutone è pari a 6,387 giorni terrestri. Come Urano, Plutone ruota sul suo “lato” nel suo piano orbitale, con un’inclinazione assiale di 120°, e quindi la sua variazione stagionale è estrema; nei suoi solstizi, un quarto della sua superficie è in continua luce diurna, mentre un altro quarto è in continua oscurità. All’equatore le temperature possono scendere a -240 ° C, causando il congelamento dell’azoto che compone in gran parte la sua superficie.
Geologia
Le pianure sulla superficie di Plutone sono composte da oltre il 98 % di ghiaccio di azoto, con tracce di metano e monossido di carbonio. Di fatto un pianeta gelido con montagne di ghiaccio d’acqua.
close up New Horizons, notare le notevoli differenze morfologiche – Credit NASA – Hopkins
La superficie di Plutone è piuttosto varia, con grandi differenze sia nella luminosità che nel colore che varia dal nero carbone, all’arancio scuro e al bianco. Sembra quasi che riassuma tutti i colori dei corpi celesti che abbiamo incontrato nel nostro viaggio.
mappa geologica del grande bacino ghiacciato di Sputnik Planitia – Credits: NASA / JHUAPL / SwRI
Su Plutone scopriamo lo Sputnik Planitia, un bacino largo 1.000 km di ghiacci di azoto e monossido di carbonio, diviso in celle poligonali, che vengono interpretate come cellule di convezione che trasportano blocchi galleggianti di crosta di ghiaccio d’acqua. Sono presenti pozzi di sublimazione verso i margini che mostrano segni evidenti di flussi glaciali dentro e fuori dal bacino. Nelle parti occidentali di Sputnik Planitia ci sono formazioni di dune trasversali generate dai venti che soffiano dal centro del bacino in direzione delle montagne circostanti. La superficie non mostra crateri visibili il che indica che Sputnik Planitia possa avere meno di dieci milioni di anni (stimata circa 200000 anni).
una bella immagine di Plutone – link credit NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory /Southwest Research Institute
Ma le sorprese non sono finite
Plutone mostra una varietà sorprendentemente ampia di morfologie geologiche, risultanti da interazioni glaciologiche e di superficie-atmosfera, nonché da impatti di corpi celesti, movimenti tettonici, processi violenti crio-vulcanici. Affascinante ma le sorprese nascono nel suo interno. Come abbiamo visto in altri corpi celesti, a causa del decadimento degli elementi radioattivi interni, i ghiacci sono riscaldati e si separano dalla roccia, a volte entrando in uno stato liquido.
Questo spaccato di Plutone mostra una sezione attraverso l’area di Sputnik Planitia, con il blu scuro che rappresenta l’oceano sotterraneo e il blu chiaro per la crosta ghiacciata. Artwork by Pam Engebretson
Questo comporta che la struttura interna di Plutone si è nel tempo differenziata, con il materiale roccioso depositato in un nucleo di 1700 km circondato da un mantello di ghiacci. Fra di essi si è formato un oceano sotterraneo di acqua allo stato liquido, spesso da 100 a 180 km. Nel settembre 2016, gli scienziati della Brown University, analizzandole immagini di New Horizons, hanno ipotizzato che il grande bacino di Sputnik Planitia potrebbe essere stato il risultato di una risalita di acqua liquida dal basso dopo la collisione di un corpo estraneo sul pianeta.
Atmosfera
Plutone ha un’atmosfera tenue costituita da azoto (N2), metano (CH4) e monossido di carbonio (CO), che sono in equilibrio con i loro ghiacci sulla superficie di Plutone con una pressione superficiale è di circa 1 Pa (10 μbar), circa da un milione a 100.000 volte inferiore alla pressione atmosferica terrestre. La presenza di gas atmosferici è stata rintracciata fino a 1670 chilometri di altezza, sebbene non sembra esserci un limite superiore netto.
I Norgay Montes, in primo piano, e gli Hillary Montes sullo sfondo, lungo l’orizzonte, le cui altezze stimate sono, rispettivamente, di 3.500 e 1.500 metri. A destra, il grande bacino Spuntik Planitia. | NASA/JHUAPL/SwRI
Una curiosità: l’atmosfera di Plutone è divisa in circa venti strati di nuvole regolarmente distanziati fino a 150 km di altezza, forse il risultato delle onde di pressione create dal flusso d’aria attraverso le sue montagne.
Le lune di Plutone
Anche Plutone ha le sue lune che, si ipotizza, si siano formate dalla collisione con un corpo di dimensioni simili, all’inizio della storia del Sistema Solare. La terribile collisione rilasciò del materiale che si consolidò poi nelle lune intorno a Plutone.
Caronte. Notate la grande area scura, Mordor Macula, delle dimensioni di circa 475 km di diametro in prossimità del polo nord caroniano near – photo credit NASA
Plutone ha cinque satelliti naturali conosciuti. Il più vicino a Plutone è Caronte, l’unica luna che può trovarsi in equilibrio idrostatico, ed è responsabile della sua forma sferoidale ovviamente al netto di trascurabili imperfezioni come sistemi montuosi e depressioni geologiche. La somiglianza delle dimensioni di Caronte e Plutone ha spinto alcuni astronomi a chiamarlo un doppio pianeta nano. Un sistema insolito in cui Plutone e Caronte hanno sempre lo stesso emisfero uno di fronte all’altro ed il periodo di rotazione di ciascuno è uguale al tempo impiegato dall’intero sistema per ruotare attorno al suo baricentro. Nel 2007, le osservazioni di chiazze di idrati di ammoniaca e cristalli d’acqua sulla superficie di Caronte hanno suggerito vi sia la presenza di crio-geyser attivi.
le altre quattro lune di Plutone – immagini non in scala – NASA
Oltre a Caronte ci sono quattro lune molto più piccole: Styx, Nix, Kerberos e Hydra che ruotano intorno a Plutone con orbite prograde, circolari ed inclinate di circa 120° rispetto a Plutone.
Osservazione ed esplorazione
Le prime mappe di Plutone furono realizzate alla fine degli anni ’80, create da osservazioni ravvicinate di eclissi dalla sua luna più grande, Caronte. La distanza di Plutone dalla Terra rende difficile il suo studio. Il 14 luglio 2015, la sonda spaziale New Horizons della NASA ha attraversato il sistema di Plutone, fornendo molte informazioni al riguardo.
Un’immagine computerizzata di Plutone, creata da osservazioni del telescopio spaziale Hubble tra il 2002 e il 2003. da wikipedia
Le prime mappe furono prodotte da immagini riprese dal telescopio spaziale Hubble (HST), che offriva una risoluzione più elevata e mostrava molti più dettagli dei normali telescopi, risolvendo variazioni di diverse centinaia di chilometri, comprese regioni polari e grandi punti luminosi. Queste rimasero le mappe più dettagliate di Plutone fino al sorvolo di New Horizons nel luglio 2015. La navicella spaziale fu la prima e unica sonda umana ad avvicinarsi a Plutone. Lanciata nel 2006, dopo un viaggio di 3.462 giorni, eseguì un sorvolo di Plutone il 14 luglio 2015, effettuando misurazioni dettagliate di Plutone e delle sue lune. Tra le sue scoperte più importanti, a settembre 2016, il cappuccio bruno-rossastro del polo nord di Caronte, Mordor Macula, composto da macromolecole organiche che sono considerati ingredienti per lo sviluppo della vita, prodotti da metano, azoto e altri gas forse rilasciati dall’atmosfera di Plutone. Le osservazioni furono condotte utilizzando un pacchetto di telerilevamento che includeva strumenti di imaging e spettroscopici per caratterizzare la geologia e la morfologia di Plutone e della sua luna Caronte, mappare la loro composizione superficiale e analizzare l’atmosfera di Plutone. Una scoperta straordinaria che, per comprendere meglio, dovremo ritornarci.
il viaggio di New Horizons – il 1 gennaio 2019, alle 06:33 ora italiana, la sonda ha sorvolato Arrokoth (soprannominato Ultima Thule) nella cintura di Kuiper (KBO), il corpo più lontano e mai esplorato dall’Umanità, distante oltre 6,4 miliardi di chilometri dalla Terra. La sua missione dovrebbe terminare nel 2026 al di fuori del nostro sistema solare. image credit NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
Dopo il sorvolo dei New Horizons, gli scienziati hanno progettato nuove missioni per ottenere una mappatura dettagliata della superficie del pianeta e dei suoi satelliti più piccoli, utilizzando impulsi laser per generare una mappa topografica completa. Il ricercatore principale di New Horizons, Alan Stern, ha ipotizzato una nuova missione intorno al 2030. La nuova sonda potrebbe usare la gravità di Caronte e lanciarsi all’esplorazione degli altri corpi celesti della fascia di Kuiper. Ma di questo ne parleremo presto in un nuovo articolo.
Quindi troppo presto per capire come potremmo sfruttare il pianeta e il suo satellite per futuri viaggi verso lo spazio profondo.
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ammiraglio della Marina Militare Italiana (riserva), è laureato in Scienze Marittime della Difesa presso l’Università di Pisa ed in Scienze Politiche cum laude all’Università di Trieste. Analista di Maritime Security, collabora con numerosi Centri di studi e analisi geopolitici italiani ed internazionali. È docente di cartografia e geodesia applicata ai rilievi in mare presso l’I.S.S.D.. Nel 2019, ha ricevuto il Tridente d’oro dell’Accademia delle Scienze e Tecniche Subacquee per la divulgazione della cultura del mare. Fa parte del Comitato scientifico della Fondazione Atlantide e della Scuola internazionale Subacquei scientifici (ISSD – AIOSS).
 (see also PIA19952}, Pubblico dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=41837276){kind=link}