Paolo Paolicchi, Univ. Di Pisa Aprile 2009, Milano, Merate Il Sistema Solare oggi Paolo Paolicchi, Univ. Di Pisa Aprile 2009, Milano, Merate

Introduzione Le conoscenze relative al Sistema Solare stanno rapidamente crescendo, sia per il progresso delle tecniche di osservazione da Terra, sia per l’effetto delle missioni spaziali, sia per il progresso delle relative teorie, dovuto ai nuovi dati e alla possibilita’ di usare mezzi di calcolo sempre piu’ potenti. In qualche modo si puo' parlare di un nuovo scenario!

Introduzione - 2 Scoperta di nuovi corpi planetari Conseguenza: ridefinizione di pianeta e della geometria del Sistema Nuove conoscenze su pianeti, anelli planetari, satelliti, corpi minori Nuove idee sulle superfici e sugli interni di pianeti e satelliti Nuove ipotesi sulla storia del Sistema e sui processi evolutivi

Nuovi corpi planetari Come si può scoprire un corpo planetario? Un pianeta è definito come un corpo che riceve e riemette la luce solare. E' un corpo luminoso in orbita intorno al Sole, a distanze piccole rispetto alle distanze stellari. E’ caratterizzato da un moto sulla sfera celeste molto più veloce di quello (eventuale) delle stelle.

Nuovi corpi planetari - 2 Il pianeta orbita ad una certa distanza dal Sole. Ne riceve una quantità di luce che dipende dalla distanza (al quadrato) e anche dalle dimensioni del pianeta. La luce del pianeta viene poi attenuata dalla sua distanza dalla Terra (ancora con una dipendenza al quadrato). Un pianeta nella zona esterna del Sistema Solare è lontano dal Sole e dalla Terra: la sua luminosità decresce approssimativamente con la QUARTA potenza della sua distanza da noi.

Nuovi corpi planetari - 3 Un corpo come la Terra a 100 A.U. sarebbe, visto dal Sole, cento milioni di volte meno luminoso (in gergo, 20 magnitudini). Questo rende molto difficile studiare il S.S. nella zona esterna (TNO, comete). Non e' facile accorgersi che un certo oggetto (debole e non risolto) è un corpo planetario,e non una delle tante stelle: l’unica possibilità è di vederne il moto sulla sfera celeste. Esso e' tanto piu' lento quanto piu' il pianeta e' lontano dal Sole.

Nuovi corpi planetari - 4 Il moto viene rivelato confrontando (con il metodo del “blinking”) due o più immagini della stessa zona di cielo prese a distanza di tempo. Per distanze fino ad alcune decine di A.U. più immagini prese nella stessa notte sono sufficienti a scoprire un corpo planetario. Per distanze più grandi ( p.es. 100 A.U.) il moto apparente nell’arco di una notte diventa difficilmente rilevabile. La scoperta avviene confrontando immagini prese in notti diverse, e viene a volte confermata dopo mesi.

Nuovi corpi planetari -5 In generale il moto apparente dell’astro permette, con tecniche complesse ma ben conosciute, di ricostruirne l’orbita, e quindi di valutarne correttamente distanza e, sulla base della luminosità apparente, le dimensioni. Negli ultimi anni sono stati scoperti numerosi corpi nella zona esterna a Nettuno. Fino a qualche anno fa si parlava in generale di corpi minori, come gli asteroidi. Ma poi sono stati scoperti oggetti sempre piu' grandi, fino ad un gigante più grande di Plutone.

Erinni (ex 2003 UB313)‏ Scopritori Brown, Trujillo, Rabinowitz, data della scoperta 21/10/2003 ma orbita confermata all’inizio del 2005. Dimensioni circa 3000 km Periodo orbitale di circa 560 anni. Distanza media dal Sole circa 100 AU Ha una luna di circa 200km.

Erinni - 2 Il nome non e’ un caso: la scoperta di questo corpo ha aperto un lungo dibattito sulla definizione di pianeta: questo corpo e’ piu’ grande di Plutone; altri grossi oggetti sono presenti nella stessa regione “transnettuniana” . Dobbiamo prepararci ad aumentare il numero dei pianeti all’infinito?

Che cosa e’ un pianeta? Decisione presa dall’IAU nell’agosto 2006, a maggioranza: Un pianeta e’ un corpo celeste in orbita intorno ad una stella (nel nostro caso il Sole)‏ E’ tenuto insieme dalla gravitazione (massiccio, forma regolare)‏ Ha sostanzialmente “ripulito” la zona intorno alla sua orbita: non ci sono altri corpi di dimensioni paragonabili nella stessa regione di spazio.

Quanti sono i pianeti? Con questa definizione i pianeti ritornano al numero di otto: Plutone, che sta in una regione molto popolata (TNO, in particolare i “Plutini”) non soddisfa al terzo requisito. E’ stata introdotta la nuova definizione di “pianeta nano” che al momento comprende Cerere, Plutone, Erinni e altre due “new entries”: Makemake e Haumea. Elenco destinato probabilmente ad ampliarsi nel prossimo futuro.

Pianeti nani e “Plutoids” Quattro di questi cinque sono anche definiti come “Plutoidi” essendo nella stessa zona di Plutone. Makemake e' un po' piu' piccolo (circa 1500 chilometri) mentre Haumea ha una forma allungata e ruota in circa quattro ore. Da notare che tutti questi oggetti hanno un'orbita abbastanza inclinata, dai 17 gradi di Plutone, ai 23 29 e 44 di Haumea, Makemake e Eris.

Sistema Solare in 3D? La nuova categoria dei “pianeti nani” cambia anche un po' le idee sulla geometria del Sistema Solare. Finche' uno considera solo i pianeti principali il Sistema Solare e' quasi “piatto”; le orbite giacciono su piani molto vicini. Si sapeva gia' che questo non era vero per i corpi minori (asteroidi e soprattutto comete); ma ora sappiamo che anche oggetti relativamente grossi possono avere un'orbita molto inclinata.

Altre novita’ (dallo spazio)‏ Le missioni spaziali ci hanno permesso di ottenere informazioni di prima mano su molti corpi del Sistema Solare. Dei pianeti classici manca solo Plutone (e speriamo che la “retrocessione” non comporti la cancellazione di una prevista missione della NASA). Recentemente sono arrivate tra l'altro diverse immagini dal sistema di Giove e Saturno: alcune relative agli anelli, altre ai satelliti.

I satelliti Galileiani oggi

Io Io e' il piu' interno dei satelliti galileiani. Si noti la risonanza del suo moto orbitale con Europa e Ganimede

Io -2 La caratteristica piu' eclatante di questo satellite e' la presenza di vulcani attivi sulla sua superficie. Ecco a proposito una entusiasmante immagine dovuta alla Sonda Galileo (attiva dal 1995 ai primi anni di questo secolo). Su Io sono presenti anche spettacolari montagne, come quelle della immagine successiva (il Monte “Mongibello”)‏

Io -3

Io -4

Europa Il secondo (dall'interno) dei satelliti galileiani mostra interessanti caratteristiche superficiali. Venature o “scheggiature” della superficie, strutture simili a falesie ecc..... Al di la' degli aspetti particolari, tutto sembra suggerire che sotto la superficie di Europa ci possa essere dell'acqua anche allo stato liquido: un corpo su cui cercare tracce di vita?

Europa - 2 Anche recenti studi sul cambiamento dell'asse di rotazione (di 80 gradi!) sono a favore dell'ipotesi dell'oceano sotterraneo. E' probabile che in un prossimo futuro ad Europa venga dedicato uno studio dettagliato, simile a quello fatto recentemente su Titano (vedi dopo). Di seguito alcune immagini.

Europa - 3

Europa - 4

Europa - 5

Europa - 6

Europa - 7

Ganimede Il piu' grande dei satelliti galileiani, e il piu' grande satellite in assoluto, e' Ganimede. E' piu' grande anche di Mercurio, anche se molto meno denso. Anche Ganimede sembra poter avere un oceano sotterraneo, ma non e' solo un corpo fatto di ghiaccio. Ci sono anche silicati e la presenza di un campo magnetico sta a testimoniare l'esistenza di un probabile nucleo metallico.

Ganimede - 2 Struttura interna di Ganimede: nucleo metallico, mantello roccioso, esterno di ghiaccio.

Ganimede - 3

Ganimede - 4 Il cratere Khensu mostra una strana macchia scura, che potrebbe essere legata a materia interna proiettata fuori dall'impatto.

Callisto Il piu' esterno dei satelliti galileiani, con molti crateri (e' forse la superficie planetaria piu' craterizzata del Sistema Solare), e nessun rilevante fenomeno di rinnovamento della superficie (pioggia, vento, vulcani ecc.): una superficie scura con macchie piu' chiare. Ma ci sono anche le “guglie” a correggere le nostre idee!

Callisto -2

Callisto - 3

Callisto -4 Anche Callisto (altro grande satellite, di dimensioni simili a quelle di Mercurio) potrebbe ospitare un oceano sotto la superficie.

Anelli di Saturno (Huygens)‏

Anelli piu’ esterni

Satelliti: Iperione

Satelliti: getti di particelle di ghiaccio, vapor acqueo e tracce di composti organici su Encelado

Satelliti: Titano (immagine “fisheye”)‏

La missione Cassini scende su Titano (a 8km d’altezza)‏

Il suolo di Titano (cfr. Luna)‏

Canali (non d’acqua) e Titano

I laghi di metano e etano ( I laghi di metano e etano (?) su Titano (Huygens)‏ contengono molti piu' idrocarburi di tutta la Terra?

Ancora su Titano..... I dati sono ancora da analizzare. Ma sono rilevanti recenti studi che suggeriscono la presenza di un oceano di acqua e ammoniaca sotto la superficie del satellite.

Nuove idee.... Nei processi di formazione del Sistema Solare hanno avuto un ruolo importante i processi di migrazione planetaria (si e' affermato anche il cosiddetto “modello di Nizza”). Essi sono forse decisivi per capire i sistemi extrasolari. L’evoluzione dinamica e’ molto complessa, specie in presenza di “risonanze”.

Nuove idee - 2 La radiazione solare puo’ cambiare orbita e proprieta’ rotazionali di corpi fino a qualche decina di chilometri (effetti Yarkovsky e YORP). Radiazione e vento solare possono alterare le proprieta’ spettroscopiche delle superfici dei corpi minori (Space Weathering).

Nuove idee - 3 L’asse di rotazione dei pianeti cambia direzione nel tempo; poco per la Terra (stabilizzata dalla Luna), molto per Marte. Su Marte questo causa una violenta evoluzione climatica. Forse un tempo c’era acqua liquida in superficie. E la vita?

Nuove idee – 3 (piu' o meno serie)‏ Forse la vita puo’ svilupparsi solo su pianeti con un grosso satellite? Le comete possono spostarsi da un sistema stellare ad un altro. Potrebbero trasportare anche la vita?