Quanto è grande il Sistema Solare?

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E’ passato circa un anno da quando la NASA ha annunciato che la sonda Voyager 1 è “uscita” dal Sistema Solare e naviga nello spazio interstellare (v. “le Stelle n. 124, pp 12-13). Nel sito dedicato alla missione si possono trovare interessanti notizie su questa sonda dei record, che lanciata nel 1977 alla volta di Giove e Saturno, ha poi superato anche le orbite di Urano e Nettuno e si trova ora a poco meno di 20 miliardi (!) di chilometri dal Sole, circa 130 unità astronomiche (A.U.). La distanza è tale che un comando inviato al Voyager 1 fa vedere i suoi effetti circa 35 ore dopo. Tale è il tempo necessario per un viaggio di andata e ritorno dalla Terra al Voyager 1 alla velocità della luce. Ma quanto è grande il Sistema Solare?

Fino agli ultimi anni del 18esimo secolo il Sistema Solare finiva dalle parti di Saturno, il più lontano pianeta allora conosciuto. Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno sono sempre stati ben visibili a occhio nudo, in particolar modo quando i cieli erano ovunque molto più bui di quanto lo siano oggi. La loro luce stabile e soprattutto il loro movimento regolare rispetto alle stelle “fisse” permisero di classificarli come “pianeti” (stelle erranti) fin dall’antichità, classificazione che originariamente includeva anche la Luna e il Sole. E questo, per millenni, è stato appunto tutto il Sistema Solare conosciuto, geocentrico o eliocentrico che fosse, ben noto ancor prima che fossero calcolate correttamente le distanze che separavano i pianeti tra di loro e dal Sole. Avrebbe potuto, tuttavia, essere più grande, includendo anche Urano – che pure è visibile a occhio nudo – ma ciò non avvenne. In effetti Urano, con una magnitudine apparente di circa 5,5 (varia da 5,3 a 5,9), appena al di sopra del limite di visibilità dell’occhio umano, è difficilmente visibile e il suo movimento apparente è ben più lento di quello degli altri pianeti a noi più vicini. Questo spiega perché si sia dovuto attendere lo sviluppo dei telescopi per classificarlo correttamente. Neppure Galileo, il primo a guardare il cielo con un cannocchiale, e dunque in maniera potenziata, riuscì ad allargare i confini del nostro sistema solare.
Ci permise però di arricchirlo, con la scoperta dei quattro principali satelliti di Giove: Io, Europa, Ganimede e Callisto, e della strana forma di Saturno che a lui sembrava allungato, come se avesse due maniglie (il primo a descrivere Saturno come dotato di anelli fu Huygens nel 1655; Galileo era morto da tredici anni). Avrebbe potuto farlo però, addirittura con la scoperta di Nettuno, e sarebbe stato un colpaccio! Fu la sfortuna a impedirglielo ma c’è chi sostiene (David Jamieson dell’Università di Melbourne, http://www.ph.unimelb.edu.au/~dnj/AP-June-2009-Galileo-Neptune.pdf) che ci sia andato molto vicino.
Il 28 Dicembre 1612, Galileo osservò due volte la zona di cielo ove si trovavano Giove e i suoi satelliti  e registrò, nei disegni che ci ha lasciato, la presenza di altro astro: era Nettuno. Ma proprio in quel giorno il pianeta iniziava il suo moto apparente retrogado e si muoveva dunque molto lentamente, troppo per essere notato con il piccolo cannocchiale che Galileo si era costruito. Vi è poi un’ulteriore registrazione di una osservazione di Nettuno da parte di Galileo, fatta nel Gennaio del 1923 e documentata nei suoi disegni, e una possibile annotazione di una variazione di posizione. Dunque Jamieson sostiene la possibilità che l’astronomo toscano avesse realizzato che non si trattava di una stella ma di un pianeta, ma questa interpretazione è controversa.

 Il primo “allargamento” del Sistema Solare avviene dunque solo nel 1781 con la scoperta, da parte di Herschel (William), di Urano. Dapprima Herschel, notandone il moto rispetto alle stelle fisse, pensò di aver scoperto una cometa ma successive misure dell’orbita di questo oggetto celeste ne mostrarono la quasi circolarità, tipica degli altri pianeti, e non la marcata eccentricità che si sarebbe invece attesa nel caso di una cometa.
Herschel, richiesto di battezzare con un nome questo nuovo pianeta del sistema solare, esterno all’orbita di Saturno,  suggerì – non senza un certa attenzione agli interessi personali – di chiamarlo Georgium Sidus, in onore del Re Giorgio III. E infatti Re Giorgio, in riconoscimento dell’importante scoperta scientifica, assegnò a William Herschel uno stipendio annuo di 200 sterline a condizione che egli si trasferisse con il suo telescopio a Windsor così che la famiglia reale potesse di tanto in tanto dilettarsi a guardare gli astri del cielo.
Il nome Georgium Sidus tuttavia non attecchì e l’astronomo tedesco Johann Bode propose di chiamare il nuovo pianeta Urano (padre di Saturno) per continuità genealogica con i due pianeti precedenti (Saturno era il padre di Giove). Il nome Urano a quel tempo doveva piacere assai, tanto che fu adottato anche come nome per il 92esimo elemento della tavola periodica scoperto da Klaproth nel 1789, l’uranio appunto.
Ci volle un po’ di tempo affinchè il nome Urano fosse universalmente usato, ma così fu a partire dal 1850, pochi anni dopo la scoperta di Nettuno avvenuta nel 1846.
Con l’aggiunta di un nuovo pianeta esterno a quelli noti, e in considerazione del fatto che Urano orbita a 20 unità astronomiche dal Sole – Saturno a 10 – le dimensioni (lineari) del Sistema solare raddoppiano e aumenteranno ancora con la scoperta di Nettuno situato ancor più lontano, a 30 A.U. dal Sole. La scoperta di Nettuno può essere considerata uno dei trionfi della meccanica celeste newtoniana. La sua esistenza fu prevista sulla base delle perturbazioni dell’orbita di Urano ripetutamente osservate e studiate. In particolare Urbain Le  Verrier, astronomo francese, confrontando le posizioni attese per Urano con quelle osservate, si convinse dell’esistenza di un ulteriore pianeta situato oltre l’orbita di Urano, che, con la sua attrazione gravitazionale ne alterava l’orbita. Le Verrier calcolò la posizione prevista per questo pianeta sconosciuto e la spedì a Johann Galle, astronomo all’osservatorio di Berlino, sollecitandolo a condurre osservazioni della regione di cielo in cui era convinto si dovesse trovare l’ottavo pianeta del sistema solare. Paragonando un’immagine ottenuta il 23 settembre 1846 con quanto registrato in precedenza, Galle fu in grado di identificare Nettuno come quel debole segnale luminoso che si era spostato – dunque un pianeta – rispetto alla posizione delle stelle fisse. Il Sistema Solare aumentava ulteriormente le sue dimensioni.
Ma non era finita: presto fu il turno di Plutone, cercato a lungo (sempre per via delle perturbazioni dell’orbita di Urano che da un’analisi più accurata risultarono non completamente spiegate dalla presenza di Nettuno) e scoperto nel 1930. Inizialmente considerato come il nono pianeta del sistema solare, Plutone fu poi riclassificato nel 2006, dall’assemblea dell’Unione Astronomica Internazionale, non senza polemiche, come pianeta nano insieme ad altri corpi del sistema solare, simili e scoperti successivamente (Eris, Sedna, Quaoar e altri ancora).

L’idea che il Sistema Solare finisse dalle parti di Plutone non è durata a lungo. Plutone, che peraltro ha un’orbita ben più ellittica degli altri pianeti (il perielio è a 30 A.U., l’afelio  quasi a 50), altro non è che l’avamposto di una miriade di corpi minori del Sistema Solare (il secondo per dimensioni) e di asteroidi che costituiscono la “cintura” di Kuiper, scoperta nel 1992. 
Ma quanto è grande allora il nostro Sistema Solare? Se lo definiamo come quella zona dello spazio dove si percepiscono ancora gli effetti del vento solare, un flusso di plasma – soprattutto elettroni e protoni – emesso dalla parte superiore dell’atmosfera del Sole, allora abbiamo buone ragioni per sostenere che sia limitato a circa 120-130 unità astronomiche. Dunque oltre 10 volte più esteso, linearmente, di quanto si credeva quando Saturno era l’ultimo pianeta conosciuto. Come facciamo a saperlo? Ce l’ha detto la sonda Voyager 1 che si trova ora oltre questa distanza e che ha permesso agli scienziati che ancora ricevono e analizzano i dati che registra e ci invia, di stabilire che è da poco entrata nello spazio interstellare “uscendo” appunto dal nostro Sistema Solare. Se invece definiamo il Sistema Solare come il volume che contiene oggetti legati gravitazionalmente al Sole (in orbita, cioè, intorno al Sole), allora potremmo avere grosse sorprese.
A molte migliaia di unità astronomiche, e possibilmente estesa fino a 50mila A.U. e oltre, si trova con molta probabilità la nube di Oort, una nube di molti miliardi di corpi, composti di ghiacci di acqua, metano, monossido di carbonio e altro ancora, che costituiscono probabilmente quanto rimane del disco protoplanetario da cui ha avuto origine il sistema solare. Questi sono i nuclei delle comete a periodo lungo (maggiore di 200 anni) che quando, per effetto di qualche perturbazione gravitazionale, vengono scagliati all’interno del Sistema Solare, avvicinandosi al Sole si “accendono”, mostrando la coda. Ha molto probabilmente avuto origine nella nube di Oort, ad esempio, la cometa  Hale-Bopp, una delle più luminose degli ultimi decenni. Ecco dunque che il nostro Sistema Solare, che originariamente credevamo contenesse solo una manciata di pianeti confinati entro l’orbita di Saturno e disposti lungo un disco relativamente sottile, ha continuato a “ingrandirsi” diventando, nel corso degli ultimi tre  secoli, incommensurabilmente più grande, e rivelandosi esteso nelle tre dimensioni. Arrivati alla nube di Oort, infatti, abbiamo percorso 50mila unità astronomiche (equivalenti a 7,5 x 1015 metri), dunque poco meno di un anno luce (9,5 x 1015 metri), un buon tratto della distanza che ci separa dalla stella a noi più vicina – Proxima Centauri – che si trova a 4,2 anni luce dal Sole.

Tratto da Le Stelle n° 134, settembre 2014

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