Fascia di Kuiper: differenze tra le versioni

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Una possibile spiegazione è che il materiale presente a quella distanza fosse tropo 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 taglia 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<ref name=geo/>. Mentre alcuni scienziati hanno sostenuto questi studi con cautela, altri hanno liquidato l'ipotesi senza mezzi termini<ref name=daily/><ref>{{cita pubblicazione|autore=Govert Schilling|data=2008|editore=New Scientist|titolo=The mystery of Planet X|url=http://allesoversterrenkunde.nl/#!/actueel/artikelen/_detail/gli/the-mystery-of-planet-x/}}</ref>.
Una possibile spiegazione è che il materiale presente a quella distanza fosse tropo 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 taglia 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<ref name=geo/>. Mentre alcuni scienziati hanno sostenuto questi studi con cautela, altri hanno liquidato l'ipotesi senza mezzi termini<ref name=daily/><ref>{{cita pubblicazione|autore=Govert Schilling|data=2008|editore=New Scientist|titolo=The mystery of Planet X|url=http://allesoversterrenkunde.nl/#!/actueel/artikelen/_detail/gli/the-mystery-of-planet-x/}}</ref>.


Gli oggetti della fascia di Kuiper sono essenzialmente composti da ghiacci, composti generalmente da una miscela di idrocarburi leggeri (come il metano), ammoniaca e ghiaccio d'acqua<ref name="physical">{{cite book|title=Encyclopedia of the Solar System|editor=Lucy-Ann McFadden et al. |chapter=Kuiper Belt Objects: Physical Studies|author=Stephen C. Tegler|pages=605–620|year=2007}}</ref><ref>{{cite journal|doi=10.1023/A:1005256607402|year=1999|last1=Altwegg|first1=K.|last2=Balsiger|first2=H.|last3=Geiss|first3=J.|journal=Space Science Reviews|volume=90|page=3|bibcode = 1999SSRv...90....3A }}</ref>, una composizione simile a quella delle comete, con una densità piuttosto bassa (meno di 1 g cm<sup>-3</sup>). la temperatura della cintura è di appena 50 K<ref name="Quaoar">{{cite web|title=Crystalline water ice on the Kuiper belt object (50000) Quaoar|author=David C. Jewitt & Jane Luu|url=http://www2.ess.ucla.edu/~jewitt/papers/50000/Quaoar.pdf|year=2004|accessdate=June 21, 2007|archiveurl = http://web.archive.org/web/20070621182808/http://www.ifa.hawaii.edu/~jewitt/papers/50000/Quaoar.pdf |archivedate = June 21, 2007}}</ref>, così che diversi composti che sarebbero di natura gassosa se posti più in vicinanza del Sole rimangono solidi.
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== Dimensioni e composizione ==

A causa delle loro piccole dimensioni e dell'estrema 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 suddiviso 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 che compone l'oggetto, consentendo agli astronomi di determinare da cosa è composto.

Inizialmente, l'analisi dettagliata dei KBO era impossibile da fare, ed era possibile solo rilevare il colore e gli elementi più semplici presenti in essi<ref name="KBOKBO">{{cite web|title=Surfaces of Kuiper Belt Objects|author=Dave Jewitt|work=University of Hawaii|url=http://www2.ess.ucla.edu/~jewitt/kb/kb-colors.html|year=2004|accessdate=June 21, 2007|archiveurl = http://web.archive.org/web/20070609094911/http://www.ifa.hawaii.edu/~jewitt/kb/kb-colors.html |archivedate = June 9, 2007}}</ref>. I primi dati mostrarono comunque una vasta gamma di colori tra i KBO osservati, dal grigio neutro al profondo rosso<ref name="color">{{cite journal|doi=10.1086/300299|title=Optical-Infrared Spectral Diversity in the Kuiper Belt|year=1998|last1=Jewitt|first1=David|last2=Luu|first2=Jane|journal=The Astronomical Journal|volume=115|issue=4|page=1667|bibcode = 1998AJ....115.1667J }}</ref>, 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, in quanto ci si aspettava che i KBO fossero uniformemente scuri, avendo perso la maggior parte degli elementi volatili sulle loro superfici 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 degli oggetti della fascia di Kuiper rivelarono che la variazione di colore era troppo estrema per essere facilmente spiegata con impatti casuali<ref>{{cite journal |doi=10.1086/323304 |title=Colors and Spectra of Kuiper Belt Objects |year=2001 |last1=Jewitt |first1=David C. |last2=Luu |first2=Jane X. |journal=The Astronomical Journal |volume=122 |issue=4 |page=2099|arxiv = astro-ph/0107277 |bibcode = 2001AJ....122.2099J }}</ref>.

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 a Tritone, la luna di Nettuno, entrambi in possesso di grandi quantità di ghiaccio di metano<ref name="rbrown">{{cite journal|doi=10.1126/science.276.5314.937|title=Surface Composition of Kuiper Belt Object 1993SC|year=1997|last1=Brown|first1=R. H.|journal=Science|volume=276|issue=5314|pages=937–9|pmid=9163038|last2=Cruikshank|first2=DP|last3=Pendleton|first3=Y|last4=Veeder|first4=GJ|bibcode = 1997Sci...276..937B }}</ref>.

Il ghiaccio d'acqua è stato rilevato in diversi KBO, tra cui [[1996 TO66]]<ref>{{cite journal |doi=10.1086/317277 |title=Near-Infrared Spectroscopy of the Bright Kuiper Belt Object 2000 EB173 |year=2000 |last1=Brown |first1=Michael E. |last2=Blake |first2=Geoffrey A. |last3=Kessler |first3=Jacqueline E. |journal=The Astrophysical Journal |volume=543 |issue=2 |pages=L163|bibcode = 2000ApJ...543L.163B }}</ref>, [[38628 Huya]] e [[20000 Varuna]]<ref>{{cite journal |year= 2001|title= NICS-TNG infrared spectroscopy of trans-neptunian objects 2000 EB173 and 2000 WR106 |author1= Licandro |author2= Oliva |author3= Di MArtino |doi= 10.1051/0004-6361:20010758 |journal=Astronomy and Astrophysics |volume= 373 |issue= 3 |pages= L29|arxiv=astro-ph/0105434|bibcode = 2001A&A...373L..29L }}</ref>. Nel 2004, Mike Brown et al. determinarono l'esistenza di acqua ghiacciata cristallina e [[idrato]] di ammoniaca idrato 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 interno o da impatti di meteoriti.

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== Dimensioni ==
[[File:EightTNOs.png|thumb|upright=1.2|Le dimensioni degli otto maggiori [[Oggetto transnettuniano|oggetti transnettuniani]] comparate con quelle della Terra.]]
[[File:EightTNOs.png|thumb|upright=1.2|Le dimensioni degli otto maggiori [[Oggetto transnettuniano|oggetti transnettuniani]] comparate con quelle della Terra.]]
È difficile stimare il [[diametro]] degli oggetti della fascia di Kuiper. Per oggetti di cui si conoscono molto bene gli elementi orbitali, in pratica solo Plutone e Caronte, i diametri possono essere misurati con precisione dall'[[occultazione]] delle stelle.
È difficile stimare il [[diametro]] degli oggetti della fascia di Kuiper. Per oggetti di cui si conoscono molto bene gli elementi orbitali, in pratica solo Plutone e Caronte, i diametri possono essere misurati con precisione dall'[[occultazione]] delle stelle.

Versione delle 12:51, 9 dic 2014

Oggetti cis- e trans-nettuniani
I pianeti nani transnettuniani sono classificati come plutoidi
Distribuzione degli oggetti della fascia di Kuiper finora scoperti

La Fascia di Kuiper  /ˈkaɪp.ə/ (o Fascia 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 (alla distanza di 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[1], 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[2].

Nella fascia sono stati scoperti oltre 1000 oggetti (Kuiper belt objects, o KBO), e si pensa che ne possano esistere oltre 100 000 con diametro superiore ai 100 km[3]. Il più grande è Plutone e il più massiccio il pianeta nano Eris, scoperto nel 2005, anche se parte degli scienziati considerano Eris facente parte del disco diffuso piuttosto che della Fascia di Kuiper[4]. Intanto a partire dall'anno 2000 sono stati trovati altri oggetti di dimensioni ragguardevoli: 50000 Quaoar, scoperto nel 2002, grande la metà di Plutone e più grande del maggiore degli asteroidi tradizionali, ossia Cerere. L'esatta classificazione di questi oggetti non è chiara, perché sono probabilmente molto differenti dagli asteroidi più interni. Alcuni satelliti dei pianeti del sistema solare sembrano provenire dalla Fascia di Kuiper, come la luna saturniana Febe e Tritone, la maggiore delle lune di Nettuno[5].

La maggior parte dei KBO, come si è visto usando la spettroscopia, sono costituiti da ghiaccio ed hanno la stessa composizione chimica delle comete, e così come nelle comete è evidente la presenza di composti organici. Molti astronomi hanno pensato che siano appunto comete periodiche con periodo orbitale inferiore ai 200 anni che, non avvicinandosi mai al Sole, non emettono la loro coda. Tuttavia, gli studi a partire dalla metà degli anni 1990 hanno dimostrato che la Fascia di Kuiper è dinamicamente stabile, e che il vero luogo di origine delle comete sia da ricercare nel disco diffuso, una zona dinamicamente attiva creatasi dallo spostamento verso l'esterno di Nettuno, avvenuto 4,5 miliardi anni fa[6].

Storia

I primi astronomi a suggerire l'esistenza di questa fascia fu Frederick C. Leonard e Armin Otto Leuschner nel 1930, che suggerirono che Plutone fosse solo uno dei tanti oggetti planetari a lungo periodo non ancora scoperti[7]. Kenneth E. Edgeworth nel 1943 suggerì che quello spazio oltre Nettuno doveva essere formato da numerosi piccoli corpi, che non si condensarono in pianeti durante la formazione del sistema solare perché a quella distanza erano troppo distanziati tra loro[8]. Nel 1951, Gerard Kuiper ipotizzò che la fascia fosse presente all'epoca della formazione del sistema solare, ma che ora fosse scomparsa[9]. Congetture più dettagliate furono esposte da Al G. W. Cameron nel 1962, Fred L. Whipple nel 1964, e Julio Fernandez nel 1980. La fascia e gli oggetti in essa contenuti furono chiamati col nome di Kuiper dopo la scoperta di 1992 QB1, il primo oggetto conosciuto.

Nome

Gerard Kuiper

Gli astronomi a volte usano il nome alternativo "fascia di Edgeworth-Kuiper" e talvolta i KBO sono a volte indicati come EKOs. Tuttavia, Brian Marsden sostenne che il merito non sarebbe da attribuire né a Edgeworth, né a Kuiper, perché nessuno dei due ha scritto qualcosa di veramente paragonabile a ciò che si osserva, dando maggior credito a Fred Whipple. David Jewitt invece afferma che Fernández è colui che meriterebbe il maggior credito per la previsione sulla fascia di Kuiper nel 1980, pubblicata con un articolo su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society[9].

I KBO sono a volte chiamati in inglese "Kuiperoids", nome suggerito da Clyde Tombaugh[10], mentre gli oggetti classici della Fascia sono chiamati cubewani. Il termine oggetto transnettuniano (TNO) è meno controverso ed accettato da vari astronomi, nonostante non sia un sinonimo esatto, in quanto il termine TNO indica tutti gli oggetti in orbita attorno al Sole oltre l'orbita di Nettuno e non solo quelli nella fascia di Kuiper.

Formazione

Le origini e la struttura della fascia di Kuiper non sono stati ancora completamente chiariti, gli astronomi attendono il completamento di alcuni telescopi a grande campo come il Pan-Starrs e il LSST che dovrebbero consentire l'individuazione di molti altri KBO ancora sconosciuti che potrebbero aiutare ad avere un quadro più chiaro su questa lontana zona di spazio all'interno del sistema solare[1].

La fascia di Kuiper è formato da planetesimi, frammenti del disco protoplanetario attorno al Sole che miliardi di anni fa non riuscì a fondersi completamente per formare pianeti veri e propri, rimanendo corpi di piccole dimensioni, con i più grandi che hanno un diametro minore ai Errore in {{M}}: parametro 2 non è un numero valido..

Simulazioni al computer hanno mostrato che la fascia di Kuiper è stata fortemente influenzata da Giove e Nettuno, suggerendo inoltre che né Urano, né Nettuno si siano formati nelle loro attuali posizioni, in quanto non esisteva materia sufficiente in quella zona di spazio per la formazione di pianeti giganti, suggerendo invece che si siano formati molto più vicino a Giove. Ben presto la vicinanza ai più massicci Giove e Saturno provocò la migrazione di Urano e Nettuno verso l'esterno del sistema solare, a causa dello scattering gravitazionale provocato dai due pianeti più massicci Giove e Saturno, le cui orbite si spostarono al punto da essere in risonanza 2:1 tra esse. Lo spostamento di Nettuno verso l'esterno causò il caos e la dispersione di molti oggetti della fascia di Kuiper[11][12]. Si pensa che la popolazione primordiale della Fascia di Kuiper sia stata ridotta del 99% a causa delle interazioni gravitazionali primordiali, spostando le orbite dei piccoli oggetti rimasti verso l'esterno.

Tuttavia, il modello più popolare tra la comunità scientifica a proposito delle dinamiche del sistema solare, il modello di Nizza, non riesce ancora a spiegare la distribuzione degli oggetti della Fascia di Kuiper[13], in quanto prevede eccentricità più elevate rispetto a quelle osservate da una parte dei KBO conosciuti, in particolare degli oggetti della "popolazione fredda", che si sarebbero formati nella stessa zona dove attualmente si trovano, al contrario della popolazione calda, migrata all'esterno a causa delle interazioni avute coi giganti gassosi[14].

Secondo uno studio di Rodney Gomes del 2012, nella fascia dovrebbero trovarsi anche oggetti di massa considerevole, paragonabili a Marte o alla Terra, per spiegare le orbite allungate di alcuni KBO[15]. Nonostante alcuni astronomi abbiano supportato Gomes, altri, come il planetogo Harold Levison nutrono seri dubbi sull'ipotesi di Gomes, e sulla possibilità che un corpo di dimensioni minori di Nettuno possa influenzare le orbite degli oggetti della Fascia di Kuiper[16].

Struttura

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[17]. La fascia di Kuiper è piuttosto spessa; la principale concentrazione di oggetti si estende fino a dieci gradi fuori dal piano dell'eclittica, ma una presenza di oggetti più diffusa è comunque presente 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 di una cintura[18][19].

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 si 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[12].

KBO classici

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

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, ed i suoi membri comprendono circa i due terzi dei KBO osservati fino ad oggi[20][21]. Il primo KBO moderno scoperto (Plutone e Caronte a parte), (15760) 1992 QB1, è considerato il prototipo di questo gruppo e dal quale deriva il termine cubewani, termine che indica appunti 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[22].

La fascia di Kuiper classica sembra essere 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 fredda", ha orbite molto più inclinate rispetto all'eclittica, fino al 30°. Le due popolazioni sono stati nominati 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 aumenta con la temperatura[23]. 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. La popolazione calda si ritiene si sia formata nei pressi di Giove, e di essere stato espulsa dai movimenti e dalle interazioni gravitazionali dei giganti gassosi. La popolazione fredda invece, si pensa che si sia formata più o meno nella posizione attuale, anche se potrebbe essere stata scagliata verso l'esterno successivamente, durante la migrazione di Nettuno[1][24].

KBO risonanti

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.

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. La caratteristica di questi oggetti è di avere un semiasse maggiore di circa 39,4 UA e ne sono conosciuti di questo tipo circa 200, tra cui Plutone e le sue lune, prototipo dei membri di questa classe noti come plutini[25]. I Plutini hanno elevate eccentricità orbitali, suggerendo che essi non hanno avuto origine nelle loro posizioni attuali, ma sono stati invece scagliati verso il sistema solare esterno dalla migrazione di Nettuno[26]. Le linee guida della IAU impongono che tutti i Plutini devono, come Plutone, essere nominati a divinità associate al mondo sotterraneo[22].

La zona con risonanza orbitale 1:2 (i cui oggetti completano mezza orbita mentre Nettuno ne compie una) hanno semiassi maggiori di ~ 47,7 UA, ed è scarsamente popolata[27]. I membri di questa classe sono noti come twotini. Esistono altre risonanza, con rapporti 3:4, 3:5, 4:7 e 2:5, mentre Nettuno possiede anche un certo numero di asteroidi triani, che occupano i suoi punti lagrangiani L4 e L5; questi sono spesso in risonanza 1:1 con Nettuno e hanno orbite generalmente stabili.

Esiste invece un'assenza di 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

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

La distribuzione degli oggetti secondo la distanza dal Sole mostra una brusca interruzione a 48 UA, dove sono presenti i twotini. Oltre, si trovano alcuni oggetti con risonanza 2:5, alla distanza di 55 UA. 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 dovrebbe 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 sua causa non è ancora nota al momento[26].

Una possibile spiegazione è che il materiale presente a quella distanza fosse tropo 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 taglia 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[15]. Mentre alcuni scienziati hanno sostenuto questi studi con cautela, altri hanno liquidato l'ipotesi senza mezzi termini[16][28].

Gli oggetti della fascia di Kuiper sono essenzialmente composti da ghiacci, composti generalmente da una miscela di idrocarburi leggeri (come il metano), ammoniaca e ghiaccio d'acqua[29][30], una composizione simile a quella delle comete, con una densità piuttosto bassa (meno di 1 g cm-3). la temperatura della cintura è di appena 50 K[31], così che diversi composti che sarebbero di natura gassosa se posti più in vicinanza del Sole rimangono solidi.

A causa delle loro piccole dimensioni e dell'estrema 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 suddiviso 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 che compone l'oggetto, consentendo agli astronomi di determinare da cosa è composto.

Inizialmente, l'analisi dettagliata dei KBO era impossibile da fare, ed era possibile solo rilevare il colore e gli elementi più semplici presenti in essi[32]. I primi dati mostrarono comunque una vasta gamma di colori tra i KBO osservati, dal grigio neutro al profondo rosso[33], 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, in quanto ci si aspettava che i KBO fossero uniformemente scuri, avendo perso la maggior parte degli elementi volatili sulle loro superfici 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 degli oggetti della fascia di Kuiper rivelarono che la variazione di colore era troppo estrema per essere facilmente spiegata con impatti casuali[34].

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 a Tritone, la luna di Nettuno, entrambi in possesso di grandi quantità di ghiaccio di metano[35].

Il ghiaccio d'acqua è stato rilevato in diversi KBO, tra cui 1996 TO66[36], 38628 Huya e 20000 Varuna[37]. Nel 2004, Mike Brown et al. determinarono l'esistenza di acqua ghiacciata cristallina e idrato di ammoniaca idrato 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 interno o da impatti di meteoriti.

Dimensioni

File:EightTNOs.png
Le dimensioni degli otto maggiori oggetti transnettuniani comparate con quelle della Terra.

È difficile stimare il diametro degli oggetti della fascia di Kuiper. Per oggetti di cui si conoscono molto bene gli elementi orbitali, in pratica solo Plutone e Caronte, i diametri possono essere misurati con precisione dall'occultazione 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 una lunghezza d'onda attorno ai 60 micrometri. Questa radiazione è assorbita dall'atmosfera terrestre e non può essere osservata dal suolo: 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[38]:

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, ma 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 mostrano che sia i KBO che 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[6]. A causa dell'instabilità delle orbite, il disco diffuso si pensa che sia il punto di origine di molte comete di corto periodo. Le loro orbite instabili di tanto in tanto portano oggetti ghiacciati nel sistema solare interno, che diventano prima centauri, e poi comete di corto periodo[6].

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)[39]. 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[40]. Eris, che è noto per essere più massiccio di Plutone, viene spesso indicato come un KBO, ma è tecnicamente un SDO[39]. Un consenso tra gli astronomi per quanto riguarda la definizione precisa della fascia di Kuiper deve ancora essere raggiunto, e la questione rimane irrisolta.

Gli stessi centauri, che normalmente non sono considerati parte della fascia di Kuiper, si pensa abbiano avuto origine nel disco diffuso, che al contrario degli altri situati nel disco, sono migrati verso l'interno del sistema solare, anziché verso l'esterno, e lo stesso Minor Planet Center li classifica assieme agli SDO come oggetti del disco[39].

Pianeti ipotetici della Fascia di Kuiper

Lo stesso argomento in dettaglio: Pianeta X.

Nella zona di spazio al di là di Nettuno, alcuni ritengono vi sia un pianeta ipotetico (detto Pianeta X), basandosi sui calcoli astronomici di Percival Lowell, effettuati agli inizi del XX secolo, sulle perturbazioni orbitali di Nettuno. In realtà, tali perturbazioni, qualora fossero reali, dovrebbero essere causate da una massa molto maggiore di quella di Plutone. In seguito, più precisi calcoli dimostrarono che tali perturbazioni erano solo apparenti ed imputabili ad un'imprecisa conoscenza della massa di Nettuno. Plutone fu scoperto per caso nel 1930 da Clyde Tombaugh.

La sonda WISE della NASA ha definitivamente confutato l'esistenza di altri oggetti riconducibili al pianeta X, scartando l'ipotesi dell'esistenza di un pianeta ai confini del sistema solare e che questi sia da mettere in relazione con le estinzioni di massa avvenute sulla Terra in passato[41][42].

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.

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 mostrano 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 sono 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[43].

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[44]. 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[45].

Note

  1. ^ a b c Audrey Delsanti, David Jewitt, The Solar System Beyond The Planets (PDF), su ifa.hawaii.edu, Institute for Astronomy, University of Hawaii. URL consultato il 4 novembre 2014 (archiviato dall'url originale il 25 settembre 2007).
  2. ^ Fran Howard, Kuiper Belt, ABDO, 2010, p. 8, ISBN 1-61714-327-8.
  3. ^ (EN) New Horizons, su pluto.jhuapl.edu, NASA. URL consultato il 5 novembre 2014.
  4. ^ La distinzione tra Fascia di Kuiper e Disco diffuso non è chiara nella letteratura: alcuni le considerano due zone distinte, altri pensano invece che il disco diffuso faccia parte della Fascia.
  5. ^ Craig B. Agnor & Douglas P. Hamilton, Neptune's capture of its moon Triton in a binary-planet gravitational encounter (PDF), in Nature, vol. 411, 2006, pp. 192-194 (archiviato dall'url originale il 21 giugno 2007).
  6. ^ a b c Harold F. Levison, Luke Donnes, Comet Populations and Cometary Dynamics, in Lucy Ann Adams McFadden, Paul Robert Weissman, Torrence V. Johnson (a cura di), Encyclopedia of the Solar System, 2ª ed., Amsterdam; Boston, Academic Press, 2007, pp. 575–588, ISBN 0-12-088589-1.
  7. ^ John K. Davies et al., The Early Development of Ideas Concerning the Transneptunian Region (PDF), su arm.ac.uk, Università dell'Arizona, 2008. URL consultato il 5 novembre 2014.
  8. ^ John Davies, Beyond Pluto: Exploring the outer limits of the solar system, Cambridge University Press, 2001.
  9. ^ a b Why "Kuiper Belt", su www2.ess.ucla.edu, Università delle Hawaii. URL consultato il 5 novembre 2014.
  10. ^ (EN) Alan Boyle, The Case for Pluto: How a Little Planet Made a Big Difference, John Wiley & Sons, 2009, p. 74, ISBN 0-470-54190-3.
  11. ^ K. Hansen, Orbital shuffle for early solar system, su Geotimes, 7 giugno 2005. URL consultato il 26 agosto 2007.
  12. ^ a b K. Tsiganis, R. Gomes, A. Morbidelli e H. F. Levison, Origin of the orbital architecture of the giant planets of the Solar System, in Nature, vol. 435, n. 7041, 2005, pp. 459–461, Bibcode:2005Natur.435..459T, DOI:10.1038/nature03539, PMID 15917800.
  13. ^ R. Malhotra, Nonlinear Resonances in the Solar System, in Physica D, vol. 77, 1994, p. 289, Bibcode:1994PhyD...77..289M, DOI:10.1016/0167-2789(94)90141-4, arXiv:chao-dyn/9406004.
  14. ^ A. Morbidelli, Origin and dynamical evolution of comets and their reservoirs, su arxiv.org, 2006.
  15. ^ a b New planet found in our Solar System?, su news.nationalgeographic.com, National Geographic, 2012. URL consultato il 21 maggio 2012.
  16. ^ a b (EN) Astronomer insists there is a Planet X four times the size of Earth lurking at the edge of our solar system, su dailymail.co.uk, Daily Mail, 23 maggio 2012. URL consultato il 7 novembre 2014.
  17. ^ M. C. De Sanctis, M. T. Capria, A. Coradini, Thermal Evolution and Differentiation of Edgeworth-Kuiper Belt Objects (PDF), vol. 121, n. 5, The Astronomical Journal, 2001, pp. 2792–2799, DOI:10.1086/320385.
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  19. ^ Michael E. Brown, Margaret Pan, The Plane of the Kuiper Belt, in The Astronomical Journal, vol. 127, n. 4, 2004, pp. 2418–2423, Bibcode:2004AJ....127.2418B, DOI:10.1086/382515.
  20. ^ J. Lunine, The Kuiper Belt (PDF), su gsmt.noao.edu, 2003. URL consultato il 23 giugno 2007.
  21. ^ D. Jewitt, Classical Kuiper Belt Objects (CKBOs), su www2.ess.ucla.edu, February 2000. URL consultato il 23 giugno 2007 (archiviato dall'url originale il 9 giugno 2007).
  22. ^ a b Minor Planet, su iau.org, IAU. URL consultato l'11 novembre 2014.
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  24. ^ A. Morbidelli, Origin and Dynamical Evolution of Comets and their Reservoirs (PDF), 2005.arΧiv:0512256
  25. ^ List Of Transneptunian Objects, su minorplanetcenter.org, Minor Planet Center. URL consultato l'11 novembre 2014.
  26. ^ a b Chiang, A. B. Jordan, R. L. Millis, M. W. Buie, L. H. Wasserman, J. L. Elliot, S. D. Kern, D. E. Trilling e K. J. Meech, Resonance Occupation in the Kuiper Belt: Case Examples of the 5:2 and Trojan Resonances, in The Astronomical Journal, vol. 126, n. 1, 2003, pp. 430–443, Bibcode:2003AJ....126..430C, DOI:10.1086/375207, arXiv:astro-ph/0301458.
  27. ^ Wm. Robert Johnston, Trans-Neptunian Objects, su johnstonsarchive.net, 2007. URL consultato il 23 giugno 2007.
  28. ^ Govert Schilling, The mystery of Planet X, New Scientist, 2008.
  29. ^ Stephen C. Tegler, Kuiper Belt Objects: Physical Studies, in Lucy-Ann McFadden et al. (a cura di), Encyclopedia of the Solar System, 2007, pp. 605–620.
  30. ^ Space Science Reviews, vol. 90, 1999, DOI:10.1023/A:1005256607402, https://oadoi.org/10.1023/A:1005256607402.
  31. ^ David C. Jewitt & Jane Luu, Crystalline water ice on the Kuiper belt object (50000) Quaoar (PDF), su www2.ess.ucla.edu, 2004. URL consultato il June 21, 2007 (archiviato dall'url originale il June 21, 2007).
  32. ^ Dave Jewitt, Surfaces of Kuiper Belt Objects, in University of Hawaii, 2004. URL consultato il June 21, 2007 (archiviato dall'url originale il June 9, 2007).
  33. ^ Optical-Infrared Spectral Diversity in the Kuiper Belt, in The Astronomical Journal, vol. 115, n. 4, 1998, DOI:10.1086/300299.
  34. ^ Colors and Spectra of Kuiper Belt Objects, in The Astronomical Journal, vol. 122, n. 4, 2001, DOI:10.1086/323304.
  35. ^ Surface Composition of Kuiper Belt Object 1993SC, in Science, vol. 276, n. 5314, 1997, pp. 937–9, DOI:10.1126/science.276.5314.937.
  36. ^ Near-Infrared Spectroscopy of the Bright Kuiper Belt Object 2000 EB173, in The Astrophysical Journal, vol. 543, n. 2, 2000, pp. L163, DOI:10.1086/317277.
  37. ^ NICS-TNG infrared spectroscopy of trans-neptunian objects 2000 EB173 and 2000 WR106, in Astronomy and Astrophysics, vol. 373, n. 3, 2001, pp. L29, DOI:10.1051/0004-6361:20010758.
  38. ^ Nella lista non compare Eris, perché, nonostante fosse stato inizialmente incluso tra gli oggetti della fascia di Kuiper, è in realtà un oggetto del disco diffuso (SDO)
  39. ^ a b c List Of Centaurs and Scattered-Disk Objects, su IAU: Minor Planet Center. URL consultato il 27 ottobre 2010.
  40. ^ David Jewitt, The 1000 km Scale KBOs, su University of Hawaii, 2005. URL consultato il 16 luglio 2006.
  41. ^ NASA's WISE Survey Finds Thousands of New Stars, But No 'Planet X' | NASA
  42. ^ Where's Planet X? NASA Space Telescope Discovers Thousands of New Stars, But No 'Nemesis, su space.com, Space.com. URL consultato il 7 novembre 2014.
  43. ^ Dusty Planetary Disks Around Two Nearby Stars Resemble Our Kuiper Belt, su hubblesite.org. URL consultato il 7 novembre 2014.
  44. ^ B. Acke et al., Herschel images of Fomalhaut. An extrasolar Kuiper Belt at the height of its dynamical activity (PDF), in Astronomy & Astrophysics, aprile 2012.arΧiv:1204.5037
  45. ^ Una cintura speciale per Vega, su media.inaf.it, INAF. URL consultato il 7 novembre 2014.

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