Plutone

 

Generalità: Solo una decina d’anni fa, voler descrivere qualche caratteristica di Plutone avrebbe avuto ben poco senso. Era troppo lontano e troppo piccolo per essere sufficientemente risolto con la tecnologia adottata dai telescopi terrestri e né le sonde Voyager né le Pioneer poterono incrociarlo durante la loro esplorazione dei pianeti esterni del Sistema Solare. Ogni affermazione sul pianeta era puramente ipotetica. Ma oggi tecniche nuove di osservazione e, soprattutto, l’occhio di uno strumento, l’Hubble Space Telescope (HST), ci hanno permesso di raccogliere così tanti dati da avere un quadro sufficientemente preciso del quadro Plutone – Caronte (il suo satellite naturale) così da poterlo trattare alla stregua degli altri oggetti del Sistema Solare. Non solo: le informazioni raccolte si sono rivelate così importanti da rendere necessaria una spedizione con una sonda automatica che possa mostrarci da vicino questo strano doppio oggetto celeste.

Un po’ di storia: La scoperta di Plutone ha degli aspetti davvero affascinanti. Intorno al 1880, infatti, si era alla ricerca di un pianeta orbitante a circa 50 – 100 U.A. dal Sole, il quale doveva essere responsabile di certe perturbazioni non definite presenti nell’orbita di Urano e che non potevano essere imputate unicamente a Nettuno. Ciò fece scattare la caccia al Pianeta X. Percival Lowell, noto per i suoi studi su Marte, dedicò anima e corpo alla ricerca del pianeta ma, nonostante 14 anni di osservazioni, morì con “la più grande delusione della vita”, stando alle parole del fratello perché, pur convinto dell’esistenza di questo oggetto, non riuscì mai ad individuarlo. Quattordici anni dopo la sua morte, il 13 Marzo 1930, un giovane assistente dell’osservatorio Flagstaff, Clyde Tombought, poté finalmente dare al mondo la notizia della scoperta del nuovo pianeta. Esso si trovava spostato di soli 6 gradi dalla posizione ipotizzata da Lowell. Venne subito chiamato Plutone, come il dio degli inferi, ma il nome fu scelto anche per commemorare con le sue prime due lettere -PL- Percival Lowell. Analizzate con calma le documentazioni che gli astronomi avevano a disposizione si arrivò a scoprire che Plutone era stato fotografato al Lowell Observatory in ben due occasioni, quando Lowell era ancora in vita, e da altri siti astronomici per 14 volte. Ciò permise, già allora, di definire con sufficiente precisione la sua orbita. Plutone è tornato attualmente all’attenzione dei più grazie soprattutto alle fotografie del telescopio spaziale Hubble, ma per interpretare quelle istantanee è necessario riassumere quanto già sappiamo a proposito dei due pianeti, Plutone e Caronte. Essi distano dal Sole ben 39,4 U.A., qualcosa come 5900 milioni di km. A causa di questa enorme distanza il tempo che loro impiegano per ruotare attorno al Sole è lunghissimo: in pratica il loro anno corrisponde a 248 anni terrestri. Dal giorno in cui venne scoperto Plutone, ma soprattutto da quando venne individuato il suo satellite Caronte, nel 1978, la loro orbita, la loro densità e il raggio dei due oggetti furono studiati con sempre maggiore definizione, anche se, ancora oggi, la precisione non ha raggiunto il cento per cento.

L’interno di Plutone e Caronte: Dati per buoni i valori di densità, raggio e periodi di rotazione di Plutone e Caronte sinora ottenuti e prestando fede alle abbondanze cosmologiche di acqua e silicati presenti a quelle distanze dal Sole, si è tentato di definire una struttura interna del pianeta. Sono state proposte due strutture; ma, al momento attuale, nessuna prevale sull’altra. Il primo prevede che al di sotto di una superficie ricoperta da elementi diversi, principalmente azoto, metano e ossido di carbonio, vi sia un livello con uno spessore di circa 230 km costituito da ghiaccio, con una suddivisione a circa 130 km dove si prevede un passaggio da una struttura molecolare de ghiaccio a un’altra a causa della pressione sovrastante. Al di sotto di tutto dovrebbe trovarsi un nucleo di rocce silicatiche parzialmente idrate. Il secondo modello, invece, prevede anch’esso un livello di ghiaccio esteso circa 250 km, ma poi, prima del nucleo interno silicatico, uno strato dello spessore di circa 100 km di materiale organico. La presenza di ghiaccio può essere spiegata come conseguenza di una separazione di quest’ultimo dalle rocce primordiali che formavano il pianeta, allorché esso venne colpito da uno o più asteroidi che ne riscaldarono l’interno. Ma anche se si dimostrasse che non vi fu un impatto tra Plutone e un corpo esterno, la risalita di acqua verso le parti più alte del pianeta può essere spiegata semplicemente grazie al calore rilasciato dagli elementi radioattivi presenti nelle rocce. Tornando alla superficie del pianeta, va ricordato che già alcuni anni fa vennero messe in luce, durante la rotazione, variazioni di brillantezza della superficie definite con maggiore precisione dal telescopio spaziale Hubble, fatto che spiegava la presenza di aree più chiare e altre più scure. Oggi si pensa che il materiale che appare più brillante sia costituito principalmente da azoto solido, all’interno del quale siano inglobate di vario tipo. Ricerche spettroscopiche ottenute da Terra indicano che le inclusioni di metano costituirebbero circa l’uno per cento della massa. Talvolta, tuttavia, il metano sembra formare macchie omogenee ben distinte dalle precedenti, che si troverebbero a una temperatura più alta rispetto alle zone circostanti. L’ossido di carbonio potrebbe essere un altro costituente della superficie per una quantità ben inferiore all’uno per cento. Prove di laboratorio, durante le quali si tenta di ricostruire le condizioni superficiali di Plutone, inducono a pensare che l’azoto si possa presentare con cristalli di dimensioni addirittura metriche. Le variazioni di temperatura durante le lunghe stagioni del pianeta determinerebbero passaggi di fase dell’azoto. In altre parole, durante l’anno plutoniano si alternerebbero strutture cristalline dell’azoto di maggiore o minore densità e ciò contribuirebbe a determinare le variazioni di luminosità che si osservano sulla superficie. Va inoltre ricordato che l’azoto, il metano e l’ossido di carbonio non dovrebbero essere gli unici elementi a formare la superficie, anche se, nonostante gli sforzi fatti fino a oggi, non è stato possibile osservare altre molecole. In base alle ricerche condotte con il satellite IRAS si ipotizza che alcune regioni di Plutone non siano ricoperte principalmente da azoto, in quanto si mostrano con più basso albedo (capacità riflettente della superficie), un colore rossastro e una più elevata temperatura. La composizione di tali macchie più scure che si trovano in prossimità dell’equatore e in alcuni punti dei poli non è nota, ma potrebbe includere materiale organico solido. La superficie di Caronte, invece, è meno riflettente di quella di Plutone. Osservazioni spettroscopiche mostrano che essa dovrebbe essere ricoperta in gran parte da acqua ghiacciata, oltre ad altri composti non identificati, che darebbero origine a macchie grigiastre sulla superficie del satellite. Determinare con precisione la composizione di altri composti sia su Plutone sia su Caronte risulta di estrema importanza per capire l’origine di questi e altri piccoli corpi posti ai confini e al di fuori del Sistema Solare. Conoscere meglio questi due oggetti significa, per esempio,se il materiale organico di cui essi sono costituiti era già presente nella nube interstellare che ha dato origine al Sistema Solare oppure se si è formato nel tempo sulla superficie dal bombardamento cosmico o da processi fotochimica.

L’atmosfera di Plutone: Le informazione sulle caratteristiche dell’atmosfera di Plutone sono state ottenute per vie diverse. Innanzi tutto va ricordato che alcuni importanti parametri sono stati raccolti direttamente nel 1988 durante un’occultazione stellare di una stella di dodicesima magnitudine. In quel frangente vennero eseguite numerose osservazioni da Terra e dal Kuiper Airborne Observatory, un aereo della NASA attrezzato per osservazioni astronomiche. Altre caratteristiche sono state desunte anche dallo studio della superficie del pianeta, perché con questa l’atmosfera interagisce sicuramente. Informazioni indirette, poi, sono state ottenute dal confronto di Plutone con Tritone, uno dei satelliti di Nettuno, che per molti aspetti assomiglia a Plutone stesso e che venne osservato con notevole risoluzione da una sonda Voyager. Infine vengono in aiuto modelli al computer, che per determinati parametri e condizioni possono dare un’idea delle caratteristiche dinamiche dell’atmosfera stessa. Stando alle notevoli variazioni di albedo della superficie si presume che vi debbano essere anche importanti variazioni orizzontali di temperatura, che influenzerebbero ovviamente l’atmosfera sovrastante. In base ad alcuni modelli si dovrebbe avere una variazione laterale addirittura di un fattore due, fatto unico nel Sistema Solare (sulla Terra una variazione del 10% è già considerata notevole). Basandosi su dati di occultazioni, sembra che le variazioni verticali di temperatura possano avere un gradiente dell’ordine di 20 –30 gradi Kelvin ogni chilometro. L’insieme delle ricerche con i sistemi sopra descritti, porterebbe a una suddivisione verticale dell’atmosfera in due parti: quella più esterna, che sta al di sopra di 1215 km e quella più interna, al di sotto. A 1215 km la pressione atmosferica sembrerebbe essere dell’ordine di 2.33 microbar e il limite tra i due livelli sarebbe segnato da uno strato di aerosol. La pressione alla superficie dovrebbe variare tra 3 e i 60 microbar, con una temperatura che potrebbe essere compresa mediamente tra i –228 e i –238 °C. questi valori sono simili a quelli stimati per la pressione atmosferica al suolo di Tritone. Sebbene la pressione sia davvero molto piccola, tuttavia dovrebbe essere sufficiente per dar luogo ad alcuni processi fisici, soprattutto come conseguenza delle forti variazioni laterali di temperatura. Il componente principale dell’atmosfera è l’N2, in quanto si ipotizza che quest’ultima dovrebbe essersi evoluta dal materiale che costituisce la superficie del pianeta. Ora, poiché, a causa delle esistenti al suolo di Plutone, l’azoto risulta essere più volatile rispetto all’ossido di carbonio e al metano, quest’ultimo elemento dovrebbe essere il componente principale. Oltre a ciò, tuttavia, nell’atmosfera vi dovrebbero essere molecole, atomi e ioni derivati da processi fotochimica. La presenza di metano e azoto molecolare fa sì che tali elementi possano essere l’H, l’N, l’HCN, il C2H4  oltre ad altri idrocarburi. L’idrogeno e l’idrogeno molecolare che può formarsi, essendo estremamente leggeri, tendono a perdersi nello spazio. Quindi o la quantità di metano presente nel momento della formazione del pianeta era tale da permettere una continua perdita senza che ancora si sia esaurito, oppure il metano deve essere portato in superficie dall’interno del pianeta. Ciò vorrebbe dire che su quel lontanissimo corpo del Sistema Solare potrebbero esistere processi geologici di una certa vitalità.

L’origine di Plutone e Caronte: Le caratteristiche fisiche di questi due oggetti e i loro parametri orbitali sono unici nel Sistema Solare e, quindi, riuscire a comprendere l’origine del sistema Plutone-Caronte risulta di estrema importanza per comprendere alcuni misteri della nascita del Sistema Solare stesso. Tra i parametri particolari, se non unici, vanno ricordati:

Osservare Plutone con un telescopio: Solo con un telescopio di 25 cm di apertura o più si può osservare Plutone. Grazie alle reciproche occultazioni tra Plutone stesso e Caronte si sono potute mettere in luce delle aree a luminosità diversa. Ulteriori differenziazioni sono state osservate utilizzando telescopi all’infrarosso, che hanno rilevato bande a differenti temperature; il vero salto di qualità tuttavia, è arrivato con l’utilizzo del telescopio spaziale Hubble.

 

Dati:

· Periodo di rotazione: 6,3872 giorni

· Raggio: 1164-1187 km

· Albedo: 13,6 magnitudine

                                                                                              Piero D’Incecco