Questo mese sono state presentate nuove prove dell'esistenza di un corpo celeste previsto nel 2016 da Konstantin Batygin e Michael Brown. "Attic" racconta brevemente le ultime notizie della corsa degli astronomi per il diritto di iscrivere il proprio nome nella secolare storia dell'inventario del nostro sistema planetario.
"Ci sono otto pianeti nel sistema solare": questa affermazione potrebbe non essere più vera tra qualche anno. Gli astronomi stanno acquisendo prove sempre più circostanziali dell'esistenza di un nono pianeta ben oltre l'orbita di Nettuno.
L'ipotesi dell'esistenza di un altro pianeta nel sistema solare è stata ripetutamente proposta sin dalla scoperta di Urano nel 1781. Nel 1846 fu scoperto Nettuno e nel 1930 fu confermata la presenza di Plutone (nello stato di pianeta fino al 2006, ora un pianeta nano), ed entrambe le volte gli scienziati identificarono un corpo celeste per il suo effetto sulle orbite di pianeti già conosciuti. Per tutto il tempo successivo, le ricerche di vari tipi di anomalie nel moto di pianeti e asteroidi furono condotte in modo abbastanza attivo, ma entro la fine del XX secolo l'interesse per il "pianeta X" si placò.
Negli anni '90, il modello del sistema solare è stato integrato dalla fascia di Kuiper, accoppiata a un disco sparso oltre l'orbita di Nettuno. I pianeti terrestri, la cintura degli asteroidi, i giganti gassosi, la cintura di Kuiper e, forse, l'ancora più estesa e rarefatta nube di Oort: in questo modello, come molti cominciarono a credere, non c'era posto per altri pianeti.
Chiudi e invisibile
Nel 2016, gli astronomi americani Konstantin Batygin e Michael Brown hanno avanzato l'ipotesi che ci sia un altro nono pianeta dietro la fascia di Kuiper. La loro ipotesi era basata sull'analisi di diverse orbite particolarmente distanti di oggetti nella fascia di Kuiper, come Sedna, ad esempio, che per qualche motivo si muovono nel cielo sullo stesso piano e in una direzione. Dopo molti mesi di modellazione e verifica dei dati con quelli reali, gli astronomi sono giunti a una conclusione sorprendente anche per se stessi: molto oltre Nettuno c'è un altro corpo celeste con una massa di una decina di Terre e che non si avvicina al Sole a meno di 280 unità astronomiche. Ed è questo che allunga e raddrizza le orbite di questi "strani" corpi della cintura di Kuiper.
Diagramma che mostra l'orbita del Pianeta Nove (arancione) e le orbite di alcuni degli oggetti transnettuniani conosciuti (rosa). Illustrazione: MagentaGreen / Wikimedia.
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Nel loro articolo, Batygin e Brown hanno notato che trovare il nono pianeta non sarebbe stato il compito più semplice. A causa della grande distanza da questo ipotetico oggetto, dovrebbe essere così debole da poter essere visto attraverso un telescopio solo con un diametro dello specchio di diversi metri - questo corrisponde al livello di un osservatorio decente, che, di regola, è caricato con altri compiti. La ricerca di un pianeta gigante alla periferia del sistema solare si rivela tecnicamente più difficile che rilevare esopianeti a molte decine di anni luce dalla Terra, ma oltre alle osservazioni dirette, gli scienziati hanno anche metodi indiretti.
Uno di questi è la ricerca di nuovi oggetti transnettuniani e il confronto delle loro orbite con le previsioni del modello Batygin-Brown. Gli astronomi sostengono che l'influenza gravitazionale del nono pianeta non solo invia alcuni corpi della cintura di Kuiper in un lungo viaggio intorno al Sole, ma porta anche a inclinazioni insolitamente grandi delle orbite di un numero di altri oggetti. A volte così che iniziano a ruotare perpendicolarmente all'eclittica del resto dei pianeti del nostro sistema.
Ad esempio, l'oggetto BP519 del 2015, alias "Cashew", descritto in un articolo pubblicato di recente da un gruppo internazionale di astronomi, si inserisce proprio nel modello Batygin-Brown. Ha un'inclinazione orbitale molto elevata, che però non ci permette ancora di affermare con sicurezza che il nono pianeta esiste davvero. Gli autori di questa scoperta scrivono cautamente di "aggiungere prove indirette a favore di un nuovo pianeta", e poco prima Batygin e Brown hanno presentato una serie di perfezionamenti all'ipotesi precedentemente affermata: una nuova modellazione di vari scenari per l'evoluzione della cintura di Kuiper ha mostrato che l'influenza del nono pianeta porta alla comparsa di molti oggetti transnettuniani con orbite molto allungate - e questo è in buon accordo con le osservazioni.
Un altro diagramma delle orbite del nono pianeta (cerchio verde etichettato P9) e molte delle orbite estremamente allungate di oggetti transnettuniani. Il cerchio blu allungato - Orbita di anacardi. Ogni quadrato sullo sfondo - 100 unità astronomiche. Immagine: Tomruen / wikimedia commons.
Secondo Konstantin Batygin, "l'oggetto appena scoperto, 2015 BP519, è esattamente dove lo prevede il modello teorico del nono pianeta". In un commento ad Attic, ha osservato che "questa è una fantastica conferma del quadro che ci aspettavamo di vedere sulla base di modelli numerici", tuttavia, è ancora troppo presto per parlare della scoperta finale di un nuovo pianeta. L'elenco delle prove della sua esistenza sta letteralmente crescendo sotto i nostri occhi, ma solo un paio di fotografie con un oggetto in movimento segnato su di esse porrà fine a questo problema. Batygin e Brown hanno già ottenuto il tempo di osservazione sul grande telescopio terrestre Subaru, che, secondo Batygin, è uno dei migliori strumenti per trovare il nono pianeta. Inoltre, si sta tentando di utilizzare le immagini del telescopio spaziale WISE,e dal 2017 è in funzione il progetto Backyard Worlds: Planet 9, dove tutti possono provare a trovare questo corpo celeste nelle immagini, quindi potrebbe non volerci molto.
E allora?
La relativa assenza di collisioni costanti della Terra con asteroidi negli ultimi miliardi di anni può essere attribuita ai giganti gassosi. Entrando nelle loro orbite attuali, "ripulirono" il nostro settore del sistema planetario da vari piccoli detriti (secondo criteri astronomici). Ma se Giove o addirittura Nettuno hanno davvero influenzato la Terra almeno eliminando le normali catastrofi planetarie, allora che dire di un corpo dieci volte più distante?
L'astronomo russo Vladimir Surdin nel suo commento ad Attic ha osservato che la scoperta di ogni nuovo pianeta influisce sulla nostra comprensione del destino del sistema solare, che rimane vaga fino ad oggi. "In effetti, la ricerca è solo all'inizio", ha detto lo scienziato e ha aggiunto che "alla periferia del sistema solare, nell'oscurità, Dio sa cosa". Quei corpi che riempiono i cataloghi degli astronomi a centinaia si trovano a una distanza relativamente piccola dal Sole, ma anche un pianeta gigante dietro la fascia di Kuiper ha tutte le possibilità di nascondersi dagli osservatori per un tempo molto lungo e di darsi fuori solo per effetti gravitazionali indiretti.
Schema: Anatoly Lapushko / Chrdk.
Esternamente, il nono pianeta, se esiste, dovrebbe essere simile ai due giganti gassosi più lontani dal Sole. "Un pianeta con una massa super-terrestre sarebbe simile a Urano e Nettuno, ma anche più freddo", dice Surdin. Questi due corpi celesti sono talvolta chiamati "giganti di ghiaccio" a causa della presunta presenza di un nucleo di ghiaccio roccioso senza lo strato di idrogeno metallico previsto da Giove e Saturno. Tuttavia, solo un veicolo spaziale, Voyager 2, ha visitato Urano e Nettuno nell'intera storia dell'umanità, quindi gli scienziati hanno meno dati di osservazione di quanto vorrebbero.
Il nono pianeta, anche al perielio, sarà praticamente inaccessibile per le sonde di ricerca con motori a razzo. I viaggiatori si sono allontanati dal Sole a 117 e 140 UA. - nonostante siano stati lanciati nel 1977. Volare anche fino a un punto di 200 UA. ci vorrà almeno mezzo secolo dalla nostra stella, e ridurre questo periodo a limiti ragionevoli richiederà ovviamente tecnologie fondamentalmente nuove come una vela solare. Anche la combinazione di un reattore nucleare con motori a ioni in una configurazione che ricorda più o meno l'impianto nucleare di classe megawatt della Russia non consentirà di raggiungere l'obiettivo in meno di un decennio. E quando il pianeta è nell'afelio, questa volta aumenta in modo significativo.
Urano e Nettuno, immagini della NASA. Come puoi vedere, i giganti del ghiaccio hanno un aspetto abbastanza diverso: ad esempio, una piccola miscela di metano (circa l'1%) rende Nettuno molto più blu.
Il rilevamento diretto del nono pianeta confermerà la correttezza di Batygin e Brown, consentirà di chiarire la storia del sistema solare, ma questo stesso corpo celeste, anche con l'introduzione di una nuova generazione di telescopi, difficilmente rimarrà più di un punto nelle fotografie. Il nono pianeta "nel cortile di casa" del sistema solare è paradossalmente più difficile da studiare di qualsiasi Giove caldo vicino ad altre stelle, ma fornirà una migliore comprensione del comportamento di quegli oggetti che sono noti da tempo.
Dalla carta ai computer
Nettuno è stato il primo pianeta scoperto "sulla punta di una piuma" - sulla base di calcoli e analisi del moto di Urano, che si muoveva a velocità variabile a causa dell'attrazione esterna. Tuttavia, maggiore è la distanza tra i corpi celesti e maggiore è il numero di questi corpi, più difficile è calcolare la loro traiettoria. Fisici e matematici sanno che il problema della rotazione di due corpi attorno a un centro di massa comune è relativamente facile da risolvere e ha una risposta sotto forma di equazione con una descrizione accurata dell'orbita, ma una combinazione di tre corpi è molto più difficile da calcolare. In particolare, un sistema di tre o più corpi non ha una soluzione analitica, cioè è impossibile ottenere una formula che descriva il loro moto su un tempo arbitrariamente lungo.
L'evoluzione del sistema solare secondo il modello di Nizza. Il blu mostra l'orbita di Urano, il blu - Saturno, mentre l'arancione e il verde corrispondono a Saturno con Giove. Secondo questo modello, Urano e Nettuno hanno cambiato posto e lungo il percorso tutti i pianeti giganti hanno "ripulito" il sistema planetario da piccoli oggetti. Il modello ha una serie di modifiche - per esempio, suggerendo la presenza di un altro gigante gassoso, che è stato completamente gettato nello spazio interstellare. Figura: AstroMark / Wikimedia.
La modellazione del sistema solare viene eseguita solo con metodi approssimativi. Con un dispendio di risorse computazionali sufficientemente elevato, è possibile calcolare il movimento degli elementi del sistema con una precisione arbitrariamente necessaria, ma a volte deviazioni trascurabili dalle condizioni iniziali portano ad un comportamento completamente diverso del modello dopo un po 'di tempo. Questo effetto è noto al grande pubblico come "effetto farfalla". Il movimento di pianeti e asteroidi, così come il comportamento delle masse d'aria, sono soggetti a questo effetto, quindi la ricostruzione della storia del sistema solare non è in alcun modo inferiore per complessità a una previsione meteorologica per lungo tempo. E i tentativi di calcolare un ipotetico pianeta sono paragonabili al compito di prevedere tutte le conseguenze di un uragano: qui devi affrontare sia la mancanza di informazioni accurate che la mancanza di potenza di calcolo.
Prima dell'avvento dei computer moderni, calcolare il movimento di molte migliaia di corpi contemporaneamente rimaneva un problema quasi insolubile. L'aspetto del modello di Nizza, che descrive il comportamento dei giganti gassosi dopo la loro formazione da un disco di gas e polvere, è stato reso possibile dai computer. Gli argomenti per un nono pianeta si basano anche su calcoli che non possono essere fatti con carta e penna. La scoperta del nono pianeta, se avrà luogo, non sarà solo una ripetizione della storia di Nettuno o Plutone, ma una nuova storia che sarebbe stata impossibile cento anni fa.
Alexey Tymoshenko
