Sistema Solare: la fascia di Kuiper

Tutti sappiamo cos’è il Sistema Solare: la nostra casa, il luogo scaldato dai raggi del Sole, quel piccolo angolo della Via Lattea dove risiedono tutta la nostra storia, cultura, amori e guerre. Ma non tutti sanno quanto il Sistema Solare sia effettivamente grande. Esso si estende per molte unità astronomiche dopo l’orbita di Nettuno, nella cosiddetta fascia di Kuiper, che contiene affascinanti oggetti che possono suggerire come il Sistema Solare stesso si sia formato.

Fascia di Kuiper
Oggetto della fascia di Kuiper

Iniziamo dalle basi: 1 AU (dall’inglese astronomical unit) corrisponde a circa 150 milioni di kilometri, ovvero la distanza che separa la Terra dal Sole. La fascia di Kuiper ha un’estensione di circa 20 AU oltre l’orbita di Nettuno, a 30 AU circa dal Sole. Essa è costituita da una miriade di corpi minori, ossia oggetti di piccole dimensioni, residui della formazione dei pianeti principali.

Questi oggetti non sono solamente rocciosi, come i pianeti più vicini al Sole e la fascia di asteroidi tra Marte e Giove, bensì prettamente sostanze volatili congelate, ovvero ghiacci di acqua, metano e altri elementi, esattamente come i giganti gassosi delle orbite esterne. La spiegazione del perché è molto semplice: oltre una certa distanza, chiamata snowline (letteralmente, linea della neve), i raggi del Sole non riescono a scaldare a sufficienza la materia affinché essa sia sopra il suo punto di congelamento.

La fascia di Kuiper contiene residui della formazione dei pianeti. Questo è un fatto noto tramite simulazioni fatte al computer: inserite le variabili (la densità del materiale intorno al Sole, la temperatura, la velocità e altre), le simulazioni mostrano come la materia si aggreghi, grazie a interazioni gravitazionali, in ciò che viene chiamato planetesimi, ovvero i semi originali dei pianeti. Man mano che la massa dei planetesimi aumenta, aumenta anche la loro attrazione gravitazionale.

I più grandi ne attraggono altri di più piccoli, fino a formare proto-pianeti, ovvero pianeti di dimensioni ridotte rispetto a quelli tipici che vediamo nel nostro Sistema Solare, e che potrebbero ancora non rispettare i parametri planetari (descritti nel prossimo paragrafo).

Una volta conclusasi la simulazione (la “formazione del Sistema Solare”) si è notato come oltre l’orbita di Nettuno rimanessero decine di migliaia di piccoli oggetti, in orbite molto larghe intorno al Sole, che non erano stati attratti da nessun planetesimo o proto-pianeta. Questi oggetti sono ciò che costituiscono la fascia di Kuiper.

fascia di Kuiper
Questa immagine ci mostra una rappresentazione della fascia di Kuiper, regione del Sistema Solare che comprende asteroidi e sostanze volatili.

Ovviamente, la nostra conoscenza della fascia di Kuiper non proviene solamente da simulazioni. Numerosi oggetti sono stati scoperti, visivamente (grazie, di solito, ad Hubble) oppure indirettamente grazie ad effetti gravitazionali, che si ritiene facciano parte di questa regione del Sistema Solare. Altra conferma dell’esistenza della fascia ci è giunta dalle sonde Voyager, che l’hanno attraversata e hanno mandato segnali alla Terra.

Anche se, come detto inizialmente, la maggioranza dei KBO (Kuiper belt objects) sono materie volatili congelate, sono presenti anche oggetti rocciosi. Si pensa, sempre grazie a simulazioni, che questi corpi siano proto-pianeti espulsi dal Sistema Solare (inteso in maniera classica, ovvero entro l’orbita di Nettuno) durante i suoi primi tempi di formazione. I pianeti più esterni orbitano con varie risonanze, ovvero essi orbitano, l’uno rispetto all’altro a causa di influenze gravitazionali, con un rapporto di piccoli numeri interi.

Ad esempio, Plutone e Nettuno hanno una risonanza 2:3, ovvero ogni due orbite di Plutone, Nettuno ne compie tre. Si ritiene che queste risonanze abbiano permesso l’esplusione in orbite lontane di alcuni proto-pianeti. Plutone, il pianeta nano che ha subito una declassazione alcuni anni fa, è tra l’altro il più famoso dei KBO.

fascia di Kuiper
Questa simulazione mostra come le risonanze tra pianeti possano influenzare la posizione dei corpi della fascia di Kuiper.

Ebbene sì, Plutone è ufficialmente un KBO, da quando è stato declassato nel 2006 a causa della scoperta di Eris. Cogliamo l’occasione per spiegare perché Plutone non è più uno dei pianeti principali: la scoperta di Eris, che è il 27% più grande di Plutone, ha costretto la International Astronomical Union (IAU) a porsi delle domande circa quali siano le condizioni che un corpo deve rispettare affinché esso possa essere definito un pianeta.

Questo perché se la massa fosse stata l’unico parametro essenziale, Eris sarebbe dovuto essere un pianeta. E insieme a Eris, decine di altri corpi nella fascia di Kuiper che sono più grandi di Plutone. Perciò la IAU ha stabilito che un pianeta debba:

  1. Ruotare intorno al Sole.
  2. Aver raggiunto l’equilibrio idrostatico, ovvero la sua stessa gravità deve avergli conferito una forma sferica o quasi sferica.
  3. Aver ripulito la sua orbita da altri asteroidi o detriti.

Plutone non rispetta l’ultimo di questi tre parametri, in quanto la sua orbita è disturbata dalla presenza di altri oggetti minori.

MEDIAINAF TV – New Horizons, nel buio della Fascia di Kuiper

Dopo l’incontro ravvicinato di due anni fa con il pianeta nano Plutone, di cui ci ha inviato panoramiche mozzafiato con ghiacciai d’azoto, superbi massicci montagnosi, possibili vulcani di ghiaccio e aree geologicamente attive, la sonda New Horizons della Nasa si sta ora addentrando sempre più nella Fascia di Kuiper, la regione esterna del Sistema solare popolata da corpi simili alle comete, risalenti all’alba del sistema stesso. Il primo gennaio 2019 è previsto l’incontro di New Horizons con l’oggetto della Fascia di Kuiper denominato 2014 MU69.

Con una dimensione attorno ai 30 km, questa palla di ghiaccio è almeno10 volte più grande e 1.000 volte più massiccia delle tipiche comete. Recenti osservazioni di 2014 MU69 lasciano supporre che in realtà si tratti di una coppia di oggetti che ruotano l’uno attorno all’altro. Staremo a vedere.

Nel frattempo, nuove analisi delle immagini di Plutone inviate a suo tempo da New Horizons hanno rivelato quelle che sembrano essere piccole nubi isolate a bassa quota. La presenza di un sistema nuvoloso su Plutone significherebbe una dinamica metereologica più complessa di quanto ritenuto finora e darebbe conto anche del perché alcune regioni di Plutone abbiano una superficie particolarmente riflettente: si tratterebbe di precipitazioni nevose fresche.

Un’altra recente scoperta di New Horizons sono degli smottamenti sulla luna Caronte, le prime frane ad essere osservate nella Fascia di Kuiper. Altre scoperte sono attese dall’analisi dei dati che New Horizons ha rilevato durante il lungo viaggio di trasferimento riguardo all’ambiente circostante, misurando la forza del vento solare nelle propaggini esterne dell’eliosfera, nonché gli impatti delle particelle di polvere provenienti da asteroidi e comete. Entro il 2021, New Horizons avrà fatto osservazioni in un raggio pari a 50 volte la distanza tra la Terra e il Sole.

Approfondimento: Struttura della fascia

Comprendendo le sue regioni periferiche, la fascia di Kuiper si estende da 30 a 55 UA circa dal Sole, tuttavia talvolta viene considerata estendersi solo nella parte di spazio ove gli oggetti sono in risonanza orbitale 2:3 con Nettuno, cioè a 39,5 UA, e fino a 48 UA, dove gli oggetti hanno invece una risonanza 1:2 col pianeta gigante.

La fascia di Kuiper è piuttosto spessa; la principale concentrazione di oggetti si estende fino a dieci gradi fuori dal piano dell’eclittica, sebbene oggetti siano presenti anche molto più lontano dall’eclittica. La forma della fascia di Kuiper è quindi più simile a quella di un toro o di una ciambella, piuttosto che a quella di una cintura.

La presenza di Nettuno ha un profondo effetto sulla struttura della fascia di Kuiper a causa delle risonanze orbitali. Nel corso di un lasso di tempo paragonabile all’età del sistema solare, la gravità di Nettuno destabilizza le orbite degli oggetti che vengono a trovarsi in alcune regioni, mandandoli nel sistema solare interno, oppure spingendoli all’esterno, verso il disco diffuso o nello spazio interstellare.

L’influenza gravitazionale di Nettuno fa sì che siano presenti lacune pronunciate nella struttura attuale della fascia, simili alle lacune di Kirkwood nella fascia degli asteroidi. Nella regione compresa tra 40 e 42 UA, per esempio, nessun oggetto può mantenere un’orbita stabile su scale temporali di miliardi di anni, quindi gli oggetti osservati in quella regione sono evidentemente migrati in tempi recenti.

KBO classici

Tra le due zone con diversa risonanza con Nettuno (2:3 e 1:2), da 42 a 48 UA circa dal Sole, l’influenza gravitazionale di Nettuno è trascurabile, e gli oggetti possono mantenere le loro orbite invariate nel tempo.

Questa regione è conosciuta come la fascia di Kuiper classica, e i suoi membri comprendono circa i due terzi dei KBO osservati fino a oggi. (15760) 1992 QB1, il primo KBO moderno scoperto, Plutone e Caronte a parte, è considerato il prototipo di questo gruppo e da esso deriva il termine cubewani, termine che indica appunto i KBO classici e che è la traduzione fonetica della sigla inglese “QB1-os” (cubewanos).

Secondo una linea guida della IAU il nome da dare ai KBO classici è quello di esseri mitologici associati alla creazione.

Le orbite e le risonanze dei diversi gruppi degli oggetti della Fascia di Kuiper.
Le orbite e le risonanze dei diversi gruppi degli oggetti della Fascia di Kuiper.

La fascia di Kuiper classica sembra essere composta da due diverse popolazioni. La prima, nota come popolazione “dinamicamente fredda”, è composta da oggetti con orbite molto simili a quelle dei pianeti, ossia quasi circolari, con una eccentricità orbitale inferiore a 0,1, e inclinazioni orbitali non superiori a 10°. La seconda, la popolazione “dinamicamente calda”, ha orbite molto più inclinate rispetto all’eclittica, fino a 30°.

Le due popolazioni sono state nominate in questo modo non per una differenza di temperatura, ma per l’analogia con le particelle di un gas, che aumentano la loro velocità relativa con la temperatura. Le due popolazioni non solo possiedono orbite diverse, ma diversi colori; la popolazione fredda è decisamente più rossa rispetto alla calda. Se il colore riflette diverse composizioni, indicherebbe che esse si siano formate in diverse regioni.

Si ritiene che la popolazione calda si sia formata nei pressi di Giove e sia stata espulsa dai movimenti e dalle interazioni gravitazionali dei giganti gassosi. Inoltre si ritiene che la popolazione fredda si sia formata più o meno nella posizione attuale, anche se potrebbe essere stata scagliata verso l’esterno successivamente, durante la migrazione di Nettuno.

KBO risonanti

Quando il periodo orbitale di un oggetto è un rapporto esatto del periodo orbitale di Nettuno l’oggetto è sincronizzato col pianeta e si trova in risonanza orbitale. Se un oggetto compie due orbite attorno al Sole nello stesso tempo in cui Nettuno ne compie tre, allora l’oggetto è in risonanza 2:3 con Nettuno.

Distribuzione degli oggetti della fascia di Kuiper: in blu i cubewani, in rosso i plutini e in grigio gli oggetti del disco diffuso (SDO). Sono indicate inclinazione orbitale e semiasse maggiore, mentre i cerchi rappresentano le dimensioni relative degli oggetti.
Distribuzione degli oggetti della fascia di Kuiper: in blu i cubewani, in rosso i plutini e in grigio gli oggetti del disco diffuso (SDO). Sono indicate inclinazione orbitale e semiasse maggiore, mentre i cerchi rappresentano le dimensioni relative degli oggetti.

La caratteristica di questi oggetti è di avere un semiasse maggiore di circa 39,4 UA e di questo tipo ne sono conosciuti circa 200, tra cui Plutone e le sue lune, prototipo dei membri di questa classe noti come plutini. I Plutini hanno elevate eccentricità orbitali, suggerendo che essi non hanno avuto origine nelle loro posizioni attuali, ma sono stati scagliati verso il sistema solare esterno dalla migrazione di Nettuno. Le linee guida della IAU impongono che tutti i Plutini debbano, come Plutone, essere nominati a divinità associate al mondo sotterraneo.

La zona con risonanza orbitale 1:2, i cui oggetti completano un’orbita mentre Nettuno ne compie due e hanno semiassi maggiori di ~ 47,7 UA, è scarsamente popolata. I membri di questa classe sono noti come twotini. Esistono altre risonanza, con rapporti 3:4, 3:5, 4:7 e 2:5. Nettuno possiede anche un certo numero di asteroidi troiani che occupano i suoi punti lagrangiani L4 e L5; questi sono spesso in risonanza 1:1 con Nettuno e hanno orbite generalmente stabili.

Non ci sono oggetti con semiassi maggiori di 39 UA, fenomeno che non può essere spiegato dalle risonanze attuali. L’ipotesi comunemente accettata è che la zona fu attraversata da delle risonanze orbitali instabili durante la migrazione di Nettuno e che tutti gli oggetti al suo interno furono espulsi da essa.

Scogliera di Kuiper

La distribuzione degli oggetti secondo la distanza dal Sole mostra una brusca interruzione a 48 UA, dove sono presenti i twotini. Oltre, alla distanza di 55 UA, si trovano alcuni oggetti con risonanza 2:5. Le stime della massa primordiale necessaria per formare Urano e Nettuno, così come corpi grandi come Plutone, suggerivano che il numero di oggetti di grandi dimensioni dovesse aumentare di un fattore due oltre le 50 UA, quindi aver osservato una scarsa presenza di oggetti oltre questa precisa distanza, conosciuta come “scogliera di Kuiper”, è stato un risultato inatteso e la causa non è ancora nota al momento.

Istogramma del numero degli oggetti della fascia di Kuiper in relazione al loro semiasse maggiore.
Istogramma del numero degli oggetti della fascia di Kuiper in relazione al loro semiasse maggiore.

Una possibile spiegazione è che il materiale presente a quella distanza fosse troppo scarso o troppo diffuso perché si potessero formare oggetti di grandi dimensioni. Secondo alcuni astronomi, come Alan Stern e Patryk Lykawka, la causa potrebbe essere l’interazione gravitazionale di un oggetto di massa planetaria ancora sconosciuto, della dimensione di Marte o della Terra.

Un’ipotesi simile è stata suggerita nel 2012 dall’astronomo brasiliano Rodney Gomes, che oltre a prevedere un oggetto delle dimensioni di Marte a 53 UA, aggiunge che il pianeta sconosciuto potrebbe avere le dimensioni di Nettuno ed essere posto a 1500 UA dal Sole. Mentre alcuni scienziati hanno sostenuto questi studi con cautela, altri hanno liquidato l’ipotesi senza mezzi termini.

Composizione

Gli oggetti della fascia di Kuiper sono essenzialmente costituiti da ghiacci, composti generalmente da una miscela di idrocarburi leggeri come il metano, ammoniaca e ghiaccio d’acqua, una composizione simile a quella delle comete, con una densità minore di 1 g cm−3. la temperatura della fascia è di appena 50 K, così che diversi composti che sarebbero di natura gassosa se più vicini al Sole rimangono solidi.

Gli spettri all'infrarosso di Eris e Plutone: in entrambi sono visibili le linee d'assorbimento del metano.
Gli spettri all’infrarosso di Eris e Plutone: in entrambi sono visibili le linee d’assorbimento del metano.

A causa delle loro piccole dimensioni e della grande distanza dalla Terra, la composizione chimica dei KBO è molto difficile da determinare. Il metodo principale con cui gli astronomi determinano la composizione di un oggetto celeste è la spettroscopia.

Quando la luce di un oggetto viene suddivisa nelle sue componenti, si forma un’immagine simile a quella di un arcobaleno. Diverse sostanze assorbono la luce a diverse lunghezze d’onda e quando viene osservato un oggetto specifico appaiono delle linee scure, chiamate righe di assorbimento, uniche per ogni elemento o composto; ciò consente agli astronomi di determinarne la composizione chimica dell’oggetto.

Inizialmente era impossibile analizzare dettagliatamente i KBO ed era possibile solo rilevare il colore e gli elementi più semplici presenti in essi. I primi dati mostrarono comunque una vasta gamma di colori tra i KBO osservati, dal grigio neutro al profondo rosso, suggerendo che le loro superfici fossero costituite da una vasta gamma di composti, che andavano dai ghiacci sporchi agli idrocarburi.

Questa diversità fu in un certo senso sorprendente poiché ci si aspettava che i KBO fossero uniformemente scuri, avendo perso la maggior parte degli elementi volatili a causa del bombardamento dei raggi cosmici. Furono proposte diverse soluzioni a questa diversità, tra cui il rimodellamento della superficie dovuto a impatti o alla fuoriuscita di gas interni. Tuttavia analisi spettroscopiche compiute da Jewitt e Luu nel 2001 sugli oggetti della fascia di Kuiper rivelarono che la variazione di colore era troppo estrema per essere facilmente spiegata con impatti casuali.

Nonostante la difficoltà dell’analisi spettrale dovuta alla loro alla loro scarsa luminosità, Robert H. Brown et al. nel 1996 indicarono che, tramite analisi compiute sull’oggetto 1993 SC, la composizione superficiale dei KBO era generalmente simile a quella di Plutone e Tritone, la luna di Nettuno, entrambi in possesso di grandi quantità di ghiaccio di metano.

Il ghiaccio d’acqua è stato rilevato in diversi KBO, tra cui 1996 TO66, 38628 Huya e 20000 Varuna. Nel 2004, Mike Brown et al. determinarono l’esistenza di acqua ghiacciata cristallina e d’idrato di ammoniaca su uno dei più grandi KBO noti, 50000 Quaoar. Entrambe queste sostanze sarebbero state distrutte nel corso della lunga vita del sistema solare, suggerendo che Quaoar sia stato recentemente rimodellato da un’attività tettonica interna o da impatti di meteoriti.

Dimensioni

Nonostante la sua vasta estensione, la massa totale della fascia di Kuiper è relativamente bassa, compresa tra 1/25 e 1/10 della massa della Terra, con alcune stime che arrivano a calcolarla pari solo a un trentesimo di quella terrestre. Tuttavia i modelli di formazione del sistema solare prevedono una massa totale della fascia di Kuiper pari a 30 masse terrestri; questa teoria difficilmente può essere sconfessata in quanto solo con questa massa mancante si sarebbero potuti formare i KBO con diametro superiore ai 100 km.

Le dimensioni degli otto maggiori oggetti transnettuniani comparate con quelle della Terra.
Le dimensioni degli otto maggiori oggetti transnettuniani comparate con quelle della Terra.

Se la densità della fascia di Kuiper fosse stata sempre così bassa gli oggetti di grandi dimensioni non si sarebbero potuti formare. Inoltre l’eccentricità e l’inclinazione delle orbite attuali renderebbero gli impatti piuttosto “violenti” con la conseguente distruzione degli oggetti piuttosto che un accrescimento degli stessi. Sembra che i membri della fascia di Kuiper si siano formati più vicino al Sole oppure che qualche meccanismo sconosciuto abbia disperso la massa originale.

L’influenza attuale di Nettuno è troppo debole per spiegare un eventuale effetto “aspirapolvere”, anche se il modello di Nizza suggerisce che avrebbe potuto essere la causa della rimozione di massa in passato. La questione rimane aperta tra la comunità scientifica: una teoria proposta prevede uno scenario dove una stella di passaggio disgrega gli oggetti più piccoli in polvere e poi sia colpita e distrutta dalla radiazione solare.

È difficile stimare il diametro degli oggetti della fascia di Kuiper e come previsto dal modello solo pochi oggetti hanno dimensioni relativamente grandi. Per quelli di cui sono conosciuti gli elementi orbitali, ad esempio Plutone e Caronte, è possibile conoscere con precisione i diametri tramite le occultazioni delle stelle.

Per altri KBO di grandi dimensioni, il diametro può essere stimato da misure termiche nell’infrarosso. Se un corpo ha un’elevata albedo è probabilmente freddo, quindi non produce molta radiazione nell’infrarosso; al contrario, un corpo dall’albedo ridotta produce più radiazione infrarossa. Gli oggetti della fascia di Kuiper sono così lontani dal Sole da essere molto freddi e producono una radiazione con lunghezze d’onda che vanno dai 60 ai 160 micrometri.

Questa radiazione è assorbita dall’atmosfera terrestre e gli astronomi devono quindi osservare la radiazione residua nel lontano infrarosso e il diametro stimato è affetto da una grossa incertezza. Inoltre la radiazione emessa è molto debole e solo i corpi più grandi possono essere osservati con questo metodo. I più grandi KBO conosciuti sono:

Numero Nome Diametro
equatoriale
(km)
Albedo Distanza
media
dal Sole (UA)
Data
della
scoperta
Scopritore Metodo usato
per la misura
del diametro
134340 Plutone 2306 ± 20 0,575 39,4 1930 Clyde Tombaugh occultazione
136472 Makemake 1800 ± 200 0,8 ± 0,2 45,7 2005 C. Trujillo, M. Brown, D. Rabinowitz albedo stimata
136108 Haumea ~1500 ~0,6 43,3 2005 C. Trujillo, M. Brown, D. Rabinowitz albedo stimata
90482 Orcus ~1500 ~0,1 stimato 39,4 2004 C. Trujillo, M. Brown, D. Rabinowitz albedo stimata
50000 Quaoar 1260 ± 190 0,10 ± 0,03 43,25 2002 C. Trujillo, M. Brown, D. Rabinowitz misura del disco
134340 Pluto I Caronte 1207 ± 3 0,4 39,4 1978 James Christy occultazione
28978 Issione 1065 ± 165 0,25-0,50 39,39 2001 Deep Ecliptic Survey termico
55636 2002 TX300 ~965 >0,19 43,19 2002 NEAT albedo stimata
55637 2002 UX25 ~910 0,08? 42,71 2002 Spacewatch albedo stimata
20000 Varuna 600 ± 150 0,12-0,30 43,23 2000 R. S. McMillan termico
55565 2002 AW197 700 ± 50 0,14-0,20 47,52 2002 Brown, E. Helin, S.Pravdo, K.Lawrence termico

Oggetti del disco diffuso

Il disco diffuso è una regione scarsamente popolata, la cui parte più interna si sovrappone alla Fascia di Kuiper, e che si estende fino a 100 UA dal Sole e oltre. Gli oggetti percorrono orbite molto ellittiche e spesso molto inclinate rispetto all’eclittica.

La maggior parte dei modelli sulla formazione del sistema solare mostra che sia i KBO sia gli oggetti del disco facevano parte di una cintura di comete primordiali e che le successive interazioni gravitazionali, in particolare con Nettuno, spedirono questi oggetti verso l’esterno, alcuni in orbite stabili (i KBO) e altri in orbite instabili, andando a costituire il disco diffuso.

A causa dell’instabilità delle orbite, si pensa che il disco diffuso sia il punto di origine di molte comete di corto periodo. Le loro orbite instabili di tanto in tanto portano nel sistema solare interno oggetti ghiacciati che diventano prima centauri, e poi comete di corto periodo.

Eris, il più grande oggetto del disco diffuso conosciuto e il suo satellite Disnomia.
Eris, il più grande oggetto del disco diffuso conosciuto e il suo satellite Disnomia.

Secondo il Minor Planet Center, che cataloga ufficialmente tutti gli oggetti transnettuniani, un KBO è un oggetto che orbita esclusivamente all’interno della Fascia di Kuiper, indipendentemente dalla sua origine e composizione. Oggetti trovati al di fuori della fascia sono classificati come oggetti del disco diffuso (SDO).

Tuttavia in alcuni ambienti scientifici il termine “oggetto della fascia di Kuiper” è diventato sinonimo di qualsiasi corpo ghiacciato del sistema solare esterno che fece parte di quella classe iniziale di oggetti al di là dell’orbita di Nettuno, anche se la sua orbita durante la storia del Sistema Solare è sempre stata al di là della Fascia di Kuiper.

Eris, che è noto per essere più massiccio di Plutone, viene spesso indicato come un KBO, ma tecnicamente è un SDO. Un consenso tra gli astronomi per quanto riguarda la definizione precisa della fascia di Kuiper deve ancora essere raggiunto.

Si pensa che gli stessi centauri, che normalmente non sono considerati parte della fascia di Kuiper, abbiano avuto origine nel disco diffuso e che, al contrario degli altri situati nel disco, siano migrati verso l’interno del sistema solare anziché verso l’esterno; lo stesso Minor Planet Center li classifica assieme agli SDO come oggetti del disco.

Pianeti ipotetici della Fascia di Kuiper

Basandosi sui calcoli astronomici di Percival Lowell sulle perturbazioni orbitali di Nettuno nella zona al di là di Nettuno, alcuni ritengono vi sia un pianeta ipotetico, detto Pianeta X. In realtà queste perturbazioni, qualora fossero reali, dovrebbero essere causate da una massa molto maggiore di quella di Plutone. In seguito calcoli più precisi dimostrarono che queste perturbazioni erano solo apparenti e imputabili a un’imprecisa conoscenza della massa di Nettuno. Plutone fu scoperto per caso nel 1930 da Clyde Tombaugh.

La sonda WISE della NASA ha scandagliato l’intero cielo nel campo dei raggi infrarossi tra il 2010 e il 2011 senza trovare prove della presenza di pianeti delle dimensioni di Saturno nel raggio di 10 000  UA dal Sole. Inoltre nessun pianeta più grande di Giove pare esistere entro una distanza di 26 000  UA. Probabilmente nessun pianeta gigante e nessuna piccola stella sono presenti nel sistema solare esterno.

Il 20 giugno 2017 uno studio dell’Università dell’Arizona afferma di aver analizzato particolari perturbazioni nella Fascia di Kuiper paragonabili a quelle prodotte da un corpo di massa pari a quella della Terra o di Marte.

Esplorazione

AsiTV – I misteri della fascia di Kuiper

Il 19 gennaio 2006 è stata lanciata la New Horizons, la prima sonda spaziale che esplorerà la fascia di Kuiper. La missione è guidata da Alan Stern del Southwest Research Institute. La sonda è arrivata nelle vicinanze di Plutone il 14 luglio 2015 e, salvo imprevisti, studierà successivamente un altro KBO. Sarà scelto un KBO con diametro compreso tra 40 e 90 km e di colore bianco o grigio in contrapposizione a Plutone, di colore rossastro.

John Spencer, astronomo del team della missione New Horizons, afferma che nessun obiettivo per un incontro con un oggetto della fascia dopo l’avvicinamento a Plutone è ancora stato scelto, in quanto sono in attesa i dati dell’indagine Pan-STARRS che garantiranno il più ampio campo di opzioni possibili.

Il progetto Pan-STARRS, parzialmente operativo dal maggio 2010, sorveglia l’intera volta celeste con quattro telecamere digitali da 1.4 gigapixel per individuare eventuali oggetti in movimento, dagli oggetti vicini alla Terra ai KBO. Per accelerare il processo di rilevamento, il team di New Horizons ha promosso una campagna che permette ai cittadini di partecipare alla ricerca di KBO idonei.

Il 15 ottobre 2014 la NASA ha annunciato di aver individuato diversi KBO che potrebbero costituire l’obiettivo della New Horizons.

Fasce di Kuiper extrasolari

Dischi di detriti attorno alle stelle HD 139664 e HD 53143, riprese dalla Hubble's Advanced Camera for Surveys del telescopio spaziale Hubble.
Dischi di detriti attorno alle stelle HD 139664 e HD 53143, riprese dalla Hubble’s Advanced Camera for Surveys del telescopio spaziale Hubble.
Dischi di detriti attorno alle stelle HD 139664 e HD 53143, riprese dalla Hubble’s Advanced Camera for Surveys del telescopio spaziale Hubble.

FIno al 2006 gli astronomi avevano risolto dischi circumstellari attorno a nove stelle che si ritiene possano essere paragonabili alla Fascia di Kuiper del sistema solare. Esse possono dividersi in due categorie: fasce estese, con raggi di oltre 50 UA, e cinture strette come la nostra fascia di Kuiper, con raggi compresi tra 20 e 30 UA e dai contorni più netti. Il 15-20 % delle stelle osservate di tipo solare mostra un eccesso nell’infrarosso che sembra indicare la presenza di massicce strutture paragonabili alla Fascia di Kuiper. La maggior parte dei dischi di detriti attorno ad altre stelle è abbastanza giovani, ma il Telescopio spaziale Hubble nel 2006 riprese l’immagine di strutture con almeno 300 milioni di anni che si pensa siano in configurazioni stabili attorno alle stelle.

La giovane stella bianca Fomalhaut è provvista di almeno due dischi circumstellari; il più interno è paragonabile alla Fascia principale del sistema solare, ma la più esterna ed estesa, situata appena al di là del pianeta scoperto nel 2008 alla distanza di circa 150 UA, pare costituita in prevalenza da oggetti ghiacciati ed è quindi paragonabile alla Fascia di Kuiper del nostro sistema solare.

Come Fomalhaut anche Vega mostra due tipi diversi di strutture attorno a sé, una più interna e calda e probabilmente formata da corpi rocciosi e una più fredda paragonabile alla Fascia di Kuiper solare, anche se dimensioni maggiori.

 

Riferimenti e approfondimenti

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  3. New HorizonsNASA
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  19. Amici della Scienza – Sistema Solare: la nube di Oort – 7 febbraio 2020

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