Le fasce di asteroidi del Sistema Solare

Tutti conosciamo, più o meno, il Sistema Solare e i pianeti di cui è costituito. Vederli uno per uno, pian pianino, sarà uno dei compiti di questo blog, ma ora l'attenzione la dedico ad un argomento di cui ogni tanto si parla ma che resta più spesso in disparte e di cui alla fine si sa e si capisce ben poco: le fasce di asteroidi del nostro Sistema Solare.

Prima di passare a conoscere meglio tali fasce, diamo una brevissima panoramica di presentazione dei pianeti che costituiscono il nostro sistema. della loro posizione, grandezza e distanza (in molte foto troverete anche Plutone che però è stato declassato a pianeta nano).

Iniziamo con uno schema che mostra in modo simpatico i pianeti e le loro posizioni rispetto al Sole, senza le fasce di asteroidi.

Ecco qui una bella immagine dei nostri 8 protagonisti, in posa tale da dimostrare la loro grandezza a confronto.

Se li prendiamo e li mettiamo nello spazio affiancati, possiamo cogliere ancora meglio la differenza di grandezza.

A questo punto li poniamo nelle loro orbite intorno alla nostra stella, anche se ancora non si capisce la loro reale posizione e distanza dal Sole.

Qui cominciamo invece ad avere una prima idea dell'ordine di posizione: vediamo i primi 4 pianeti sulla destra, quelli più interni al Sistema Solare (Mercurio, Venere, Terra e Marte), circondati da una fascia di asteroidi (quella specie di "sassolini" che formano un anello). Subito dopo, sulla sinistra in alto nell'immagine, vediamo gli altri 4 pianeti, i cosiddetti giganti Giove, Saturno, Urano e Nettuno e si distingue pure il declassato Plutone. Da notare anche il particolare di una cometa che proviene da chissà dove sulla sinistra, capiremo poi da dove viene. Tenete però presente che le distanze non sono assolutamente in scala.


Prima di continuare, un'immagine che però ci aiuta a capire quali sono le reali dimensioni del Sole rispetto a tutti i pianeti che gli orbitano intorno, veramente gigantesche.

Ora torniamo alla fascia di asteroidi che avevamo visto prima. L'immagine a destra è una rappresentazione artistica di quella fascia; vicini al Sole i pianeti più interni, mentre al di qua della fascia i pianeti giganti; in più si vede sullo sfondo la meravigliosa Via Lattea.







Per avere un'idea concreta della vastità delle distanze tra questi pianeti del nostro Sistema Solare, andate a vedere il video nel post L'emozione del Viaggio nel Vuoto Cosmico infinito, una simulazione del viaggio del fotone a partire dalla superficie del Sole.
Per aiutarvi invece a comprendere meglio le cifre di cui stiamo parlando, potete andare al post TABELLE: quanto è "vicino" l'Anno Luce?

A questo punto siamo arrivati alle fasce di cui parlavamo, vediamo ora esattamente quante sono, dove si trovano e quanto sono ampie.

1^ FASCIA DI ASTEROIDI

Nell'immagine sottostante, abbiamo indicato con una freccia la posizione della Terra, come riferimento per nostra comodità, l'altra freccia indica la 1^ fascia di asteroidi, che si trova tra Marte e Giove e separa i primi quattro pianeti, interni, dagli altri giganti e più esterni del sistema solare.

La maggior parte degli asteroidi orbita appunto tra Marte e Giove, ad una distanza compresa tra 2 e 4 UA dal Sole (per le UA vedi più avanti il link al post sulle distanze), in una regione conosciuta come Fascia principale.

Vediamo la Fascia principale più in dettaglio.
In questa rappresentazione si distinguono bene i pianeti interni e la fascia di asteroidi. Un numeroso gruppo di asteroidi, oltre un migliaio, è costituito dai cosiddetti Troiani.
Questi asteroidi hanno orbite molto simili a quella di Giove. Sono suddivisi in due gruppi: uno precede Giove di 60 gradi nella sua orbita e l'altro lo segue ad una medesima distanza angolare (nell'immagine denominati Greci).




Gli asteroidi di questa fascia si pensa siano residui della formazione del sistema solare, questi oggetti non poterono riunirsi a formare un pianeta, a causa delle forti perturbazioni gravitazionali del vicino pianeta Giove; queste stesse perturbazioni sono all'origine delle cosiddette lacune di Kirkwood, zone vuote dalla fascia dove gli asteroidi non possono orbitare, in quanto si troverebbero in risonanza orbitale con Giove e ne verrebbero presto espulsi.

La fascia degli asteroidi contiene decine di migliaia, forse milioni, di oggetti sopra il km di diametro. Nonostante ciò, la massa totale di tutti gli asteroidi della fascia principale difficilmente arriverebbe a più di 1/1000 della massa delle Terra.
Curiosità: 
una cosa interessante da sapere è che la fascia principale è scarsamente popolata, sonde spaziali passano continuamente attraverso di essa senza incorrere in incidenti di alcun tipo, quindi dobbiamo immaginarcela con grandi distanze tra i vari corpi orbitanti.

Gli asteroidi con diametri compresi tra 10 e 10−4 m sono chiamati meteoroidi.
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In questa utilissima immagine abbiamo un elemento in più che ci aiuta ad avere un'idea delle distanze e delle ampiezze. Nella riga in basso abbiamo due unità di misura a disposizione; a sinistra i Minuti Luce (da 0 a 43), a destra le Unità Astronomiche (da 0 a 5,2), di cui abbiamo parlato nel post sulle distanze.
Potete vedere da voi che la 1^ fascia di asteroidi ha un'ampiezza di circa 2 UA.






2 UA: sappiamo che questa distanza corrisponde a circa 300 milioni di km, una cifra davvero difficile da immaginare. 1 UA corrisponde a circa 390 volte la distanza tra la Terra e la Luna, e anche provando a fare sforzi con l'immaginazione ci siamo già persi e ci è venuto un gran mal di testa. Qui abbiamo il doppio di tale distanza.

Consiglio a questo punto vivamente di andare a vedere, se avete un'oretta di tempo libero, il video nel post l'Emozione del Viaggio nel Vuoto Cosmico infinito, per avere un'idea concreta delle distanze di cui abbiamo parlato fino a qui.

Prima di procedere oltre l'orbita di Nettuno, per incontrare la 2^ fascia di asteroidi, dobbiamo però parlare dei Centauri, che si estendono in una fascia che va da 9 a 30 UA: sono dei corpi che orbitano nella regione compresa tra Giove e Nettuno. Il primo centauro scoperto, Chirone, è stato classificato come cometa (95P), in quanto si comporta come le comete quando si avvicinano al Sole. Alcuni astronomi classificano gli asteroidi centauri come degli oggetti della fascia di Kuiper distribuiti nelle regioni più interne assieme a degli altri oggetti dispersi nelle regioni esterne, che popolano il disco diffuso.

Ora andiamo a visitare le fasce che si trovano al di là di Nettuno. Grazie ai moderni telescopi possiamo oggi estendere le nostre conoscenze sugli oggetti trans-nettuniani (cioè oltre l'orbita di Nettuno): vengono comunemente riconosciute 3 grandi distribuzioni asteroidali, la fascia di Kuiper, il Disco Diffuso e la Nube di Oort. Vediamole una per una.

FASCIA DI KUIPER

La 2^ fascia di asteroidi, la cosiddetta fascia di Kuiper, si trova ai confini del Sistema Solare

Traggo da Wikipedia e dal web ulteriori informazioni a proposito delle prossime fasce.

La fascia di Kuiper o più precisamente di Edgeworth-Kuiper (dal nome dei due astronomi Kenneth Edgeworth e Gerard Kuiper) è una regione del Sistema Solare che si estende dall'orbita di Nettuno per circa 20 UA, quindi da 30 UA fino a 50 UA dal Sole.

Si tratta di una fascia costituita da corpi minori del sistema solare, esterna rispetto all'orbita dei pianeti maggiori, simile alla Fascia principale degli asteroidi ma 20 volte più estesa e da 20 a 200 volte più massiccia; inoltre, mentre la Fascia principale è costituita in gran parte da asteroidi di natura rocciosa, gli oggetti della Fascia di Kuiper sono composti principalmente da sostanze volatili congelate, come ammoniaca, metano e acqua.

Da questa 2^ fascia partono circa la metà delle comete che arrivano nel sistema interno. Si conosce molto poco degli asteroidi di tale fascia, che appaiono come minuscoli puntini anche nei telescopi più potenti. Alcuni di questi asteroidi si sono rivelati essere non molto più piccoli di Plutone o della sua luna Caronte. Nella fascia sono stati scoperti oltre 1.000 oggetti (Kuiper belt objects, o KBO), e si pensa che ne possano esistere oltre 100.000 con diametro superiore ai 100 km. 

È stata proprio la scoperta, negli ultimi anni, di oggetti di dimensioni sempre maggiori, Quaoar (con i suoi 1.200 km di diametro), Eris (con un diametro stimato di 2.400 km, appartenente alla regione del disco diffuso) che ha convinto l'Unione Astronomica Internazionale a promulgare definitivamente la definizione ufficiale di pianeta durante l'assemblea generale del 24 agosto 2006.

Nel 2008 è stata riconosciuta l'appartenenza di Plutone ed Eris alla nuova classe dei pianeti nani, anche se va detto che questa decisione ha provocato un vero e proprio movimento di opposizione al declassamento di Plutone.
Il più grande è Plutone e il più massiccio il pianeta nano Eris, anche se parte degli scienziati considerano Eris facente parte del disco diffuso piuttosto che della Fascia di Kuiper".

Ricapitoliamo dunque i dati di ampiezza per vederli rappresentati nella prossima immagine:

...si estende dall'orbita di Nettuno per circa 20 UA, quindi dalla distanza di 30 UA fino a 50 UA dal Sole
..simile alla Fascia principale degli asteroidi ma 20 volte più estesa e da 20 a 200 volte più massiccia...

se l'ampiezza della 1^ fascia era già difficile da immaginare, questa va veramente al di là dell'immaginazione, e non le abbiamo ancora viste tutte.

DISCO DIFFUSO

Il disco diffuso si sovrappone alla fascia di Kuiper, ma si estende di molto verso l'esterno del Sistema Solare. Si pensa che questa regione sia la fonte delle comete di breve periodo. Gli oggetti al suo interno hanno orbite molto irregolari. Alcuni astronomi ritengono il disco diffuso semplicemente un'altra regione della fascia di Kuiper, e descrivono questi corpi come "oggetti sparsi della fascia di Kuiper".

NUBE DI OORT

La nube di Oort è un residuo della nebulosa originale da cui si formarono il Sole e i pianeti 5 miliardi di anni fa ed è debolmente legata al Sistema Solare. Si ritiene sia composta di comete che sono state espulse dal Sistema Solare interno da interazioni gravitazionali con i pianeti esterni.

L'ipotetica nube di Oort è una grande massa sferica composta da miliardi di oggetti di ghiaccio che si credono essere la fonte delle comete di lungo periodo e che circondano il sistema solare a circa 50.000 UA (circa 1 anno luce), e forse fino a 100.000 UA (1,87 anni luce) o 0,3 e 1,5 al dal Sole, cioè circa 2.400 volte la distanza tra il Sole e Plutone.

È possibile suddividere la nube di Oort in due regioni:
- la nube di Oort esterna (20.000-50.000 UA), di forma sferica
- la nube di Oort interna (2. 000-20.000 UA) di forma toroidale

La parte esterna della nube è molto poco legata al Sole, ed è la fonte della maggior parte delle comete di lungo periodo.
La nube interna è conosciuta anche come Nube di Hills, in onore dell'astronomo J. G. Hills, che ipotizzò la sua esistenza nel 1981. I modelli ipotizzano che la nube dovrebbe possedere al suo interno decine o centinaia di volte le comete presenti nella nube esteriore. Sembra che la nube di Hills sia fonte di comete per la nube esterna, più tenue, nella misura in cui quelle posizionate in questa zona si esauriscono. La nube di Hills spiega perciò l'esistenza della nube di Oort dopo miliardi di anni dalla sua nascita.

Si pensa che la nube di Oort possa contenere comete anche di 1,3 chilometri di diametro. Nonostante l'altissima densità di comete, ciascuna di esse è separata dall'altra in media da decine di milioni di km. Gli oggetti della nube di Oort sono molto lenti, e possono essere turbati da eventi rari, ad esempio delle collisioni, dalla forza gravitazionale di una stella di passaggio, o dalla marea galattica, forza di marea esercitata dalla Via Lattea.

La massa della nube di Oort non si conosce con certezza, ma se si prende la Cometa di Halley come prototipo di cometa della nube esteriore, si stima che la massa sia circa 5 volte la massa della Terra.
Si pensa che anche le altre stelle abbiano una nube di Oort e che i bordi esterni delle nubi di due stelle vicine possano a volte sovrapporsi, causando un'occasionale "intrusione" cometaria.

La Nube di Oort ha un'ampiezza più o meno corrispondente ad 1 anno luce (vedi post distanze)

C U R I O S I T A'

Un asteroide (a volte chiamato pianetino o planetoide) è un corpo celeste simile per composizione ad un pianeta terrestre ma più piccolo, e generalmente privo di una forma sferica; ha in genere un diametro inferiore al km, anche se non mancano corpi di grandi dimensioni, giacché tecnicamente anche i corpi particolarmente massicci recentemente scoperti nel Sistema Solare esterno sono da considerarsi asteroidi.

Asteroidi molto piccoli (in genere frammenti derivanti da collisioni), con le dimensioni di un masso o anche meno (secondo l'Unione Astronomica Internazionale, corpi di massa compresa fra 10−9 e 107 kg), sono conosciuti come "meteoròidi".

Gli asteroidi composti per la maggior parte di ghiaccio sono conosciuti invece come comete. Alcuni asteroidi sono il residuo di vecchie comete, che hanno perso il loro ghiaccio nel corso di ripetuti avvicinamenti al Sole, e sono adesso composti per lo più di roccia.

Nel Sistema Solare sono già stati numerati e catalogati oltre 600.000 asteroidi e probabilmente altre centinaia di migliaia (alcune stime superano il milione) attendono ancora di essere scoperti. L'asteroide più grande del sistema solare interno è
- Cerere, con un diametro di 900-1.000 km
- seguono Pallade e Vesta, entrambi con diametri sui 500 km; i tre sono anche gli unici asteroidi di forma approssimativamente sferica della fascia principale.

Al contrario, numerosi oggetti del sistema solare esterno quali Eris, Sedna, Orco, Quaoar, Issione e Varuna, sono più grandi di Cerere.

gli asteroidi sferici Sedna e Quaoar, a confronto con
il pianeta nano Plutone e la Luna e la Terra

l'incredibile orbita dell'asteroide Sedna confrontato con
le dimensioni del Sistema Solare e della Nube di Oort

Ma quanti meteoriti cadono ogni giorno sulla Terra? 
Per rispondere facciamo una brevissima premessa.

Ogni tanto la Terra, lungo la sua orbita, incontra dei pezzi di roccia o dei frammenti metallici che vagano nello spazio. Queste rocce, dette meteoròidi, sono il prodotto della disgregazione del nucleo di una cometa, oppure sono piccoli asteroidi "fuori rotta", o rocce provenienti dalla Luna o da Marte. I meteoròidi si spostano lungo orbite molto varie (per un'idea delle quote ed orbite post 4/4 - Viaggio attraverso l'atmosfera), alla velocità di poche decine di km/secondo.

Quando uno di essi entra in collisione con la Terra, possono succedere 2 cose:

1°- meteoròide > meteora: se il meteoròide è molto piccolo, l'attrito con l'atmosfera terrestre lo riscalda così tanto che esso vaporizza letteralmente, consumandosi prima di toccare il suolo. Mentre si consuma, esso lascia una scia luminosa nel cielo, che dura pochi secondi e viene chiamata impropriamente "stella cadente" (vedi post 2/4 bassa atmosfera)

2°- meteoròide > meteorite: se invece è abbastanza grosso, il meteoròide non si consuma del tutto e riesce ad arrivare al suolo, seppure leggermente rallentato dall'atmosfera. In questo caso parliamo di un meteorite, che può arrivare a velocità di ben 250.000 Km/h quando si schianta al suolo. Se ha un diametro maggiore di 100 metri circa, nell'urto esso produce addirittura un cratere del diametro di qualche km e distrugge la vegetazione circostante, con conseguenze disastrose.
La Terra viene colpita da circa 100 meteoriti ogni anno, ma fortunatamente, è assai raro che siano così grossi.


Come detto, i meteoròidi possono essere i resti di un nucleo cometario che si è disgregato. In questo caso, i frammenti restano uniti in uno "sciame", che ruota attorno al Sole lungo la stessa orbita della cometa originaria. Nel suo viaggio intorno al Sole, la Terra attraversa periodicamente alcuni di questi sciami e "inghiotte" i frammenti di roccia. Essi vaporizzano nell'alta atmosfera, producendo delle vere e proprie piogge meteoritiche, le famose "stelle cadenti" (post 3/4 alta atmosfera).
I più noti tra questi sciami meteoritici sono quello delle Perseidi e quello delle Leonidi. Il primo viene attraversato dalla Terra all'incirca tra il 9 e il 12 agosto e dà luogo alla pioggia meteoritica detta di S.Lorenzo. Il secondo, invece, viene attraversato intorno a metà novembre.

Quindi, per concludere, arriviamo alle cifre che ci incuriosivano:

i meteoròidi, disgregandosi nell'atmosfera, formano una polvere che cade lentamente al suolo. Ogni giorno, circa 3.000 tonnellate di questa "polvere cosmica" cadono sulla Terra, qualcosa come 75 autotreni pieni, in fila uno dietro l'altro.
La maggior parte delle meteoriti quindi si disintegrano in aria, e l'impatto con la superficie terrestre è raro.

Ogni anno si stima che il numero di rocce che cadono sulla Terra delle dimensioni di una palla da baseball o più si aggiri sulle 500 (1,4 al giorno).

Di queste, però, vengono mediamente recuperate solo 5 o 6 (solo l'1% purtroppo); gran parte delle rimanenti cadono negli oceani o comunque in zone in cui il terreno rende difficile un loro recupero.

Le meteoriti, recuperate "subito dopo" essere state osservate nell'attraversamento dell'atmosfera o nell'impatto sulla superficie terrestre, vengono chiamate cadute.

Tutte le altre meteoriti raccolte, quindi anche a notevole distanza di tempo dall'avvenimento, sono note come ritrovate. Sono oltre 1.000 le meteoriti cadute presenti nelle maggiori collezioni mondiali, mentre sono ormai oltre 31.000 quelle ritrovate.

                                                                                                                                      Quindi d'ora in poi, quando spolveriamo la macchina o il balcone di casa, riflettiamo per un attimo sul fatto che stiamo spazzando via anche polvere cosmica che ha la veneranda età di 10 miliardi di anni.                                                                                                                                                   

C'è stata una proposta di bilancio 2014 della NASA che contiene anche l’Asteroid Initiative,  un progetto di estrazione mineraria su un asteroide. Analizzando le componenti dei vari asteroidi per poi decidere quali risorse reperire, questo potrebbe avvenire mediante 'cattura' o reindirizzamento dell'asteroide di interesse per portarlo sotto controllo e spostarlo in un luogo sicuro per l’estrazione, come ad esempio l’orbita della Luna. Il terzo e ultimo passo sarebbe l’estrazione stessa, sia con equipaggio che senza equipaggio. Scopo dell’estrazione mineraria su un asteroide potrebbe essere quella di utilizzare i materiali estratti per l’esplorazione dello spazio.

Grazie per avermi seguito fin qui e arrivederci al prossimo post.

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