Plutone (astronomia): differenze tra le versioni

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Il [[sistema di Plutone]] non è mai stato visitato da alcuna [[sonda spaziale]], e pertanto molte misurazioni relative alla sua natura fisica sono approssimative e non confermate. Si ritiene comunque che esso possieda una debole atmosfera, composta prevalentemente da [[metano]], [[azoto]] e [[monossido di carbonio]]<ref>{{cita web|url=http://www.kencroswell.com/NitrogenInPlutosAtmosphere.html|titolo=Nitrogen in Pluto's Atmosphere|data=1992|sito=KenCroswell.com|lingua=en|accesso=28 novembre 2014}}</ref>, la cui [[pressione atmosferica|pressione]] varia da 6,5 a 24 [[microbar]]<ref name=Lellouch>{{cita pubblicazione|autore=E. Lellouch ''et al.''|data=2009|titolo=Pluto's lower atmosphere structure and methane abundance from high-resolution spectroscopy and stellar occultations|rivista=[[Astronomy and Astrophysics]]|volume=495 |numero=3|pagine=L17–L21|url=http://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2009/09/aa11633-09.pdf|doi=10.1051/0004-6361/200911633}}</ref>. L'eccentricità dell'orbita di Plutone ha un importante effetto sulla sua atmosfera e la pressione varia sensibilmente al variare della distanza del corpo dal Sole e con il ciclo delle stagioni: quando Plutone si allontana dal Sole, la sua atmosfera dovrebbe gradualmente congelarsi e cadere in superficie, mentre quando si avvicina al [[perielio]], la temperatura aumenta e i ghiacci sublimano in gas. Questo provoca un [[effetto serra]] al contrario, poichè la sublimazione dei ghiacci in superficie abbassa ulteriormente la temperatura. Nel 2006, osservazioni compiute con il [[Submillimeter Array]] hanno permesso di scoprire che la temperatura di Plutone è di circa 43 K (-230 ° C), vale a dire 10 K più fredda di quanto ci si aspetterebbe per un corpo posto a quella distanza dal Sole e con quelle caratteristiche<ref>{{cita web|url=http://edition.cnn.com/2006/TECH/space/01/03/pluto.temp/index.html|titolo=Astronomers: Pluto colder than expected|editore=CNN.com|data=gennaio 2006|accesso=28 novembre 2014|lingua=en}}</ref>.
Il [[sistema di Plutone]] non è mai stato visitato da alcuna [[sonda spaziale]], e pertanto molte misurazioni relative alla sua natura fisica sono approssimative e non confermate. Si ritiene comunque che esso possieda una debole atmosfera, composta prevalentemente da [[metano]], [[azoto]] e [[monossido di carbonio]]<ref>{{cita web|url=http://www.kencroswell.com/NitrogenInPlutosAtmosphere.html|titolo=Nitrogen in Pluto's Atmosphere|data=1992|sito=KenCroswell.com|lingua=en|accesso=28 novembre 2014}}</ref>, la cui [[pressione atmosferica|pressione]] varia da 6,5 a 24 [[microbar]]<ref name=Lellouch>{{cita pubblicazione|autore=E. Lellouch ''et al.''|data=2009|titolo=Pluto's lower atmosphere structure and methane abundance from high-resolution spectroscopy and stellar occultations|rivista=[[Astronomy and Astrophysics]]|volume=495 |numero=3|pagine=L17–L21|url=http://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2009/09/aa11633-09.pdf|doi=10.1051/0004-6361/200911633}}</ref>. L'eccentricità dell'orbita di Plutone ha un importante effetto sulla sua atmosfera e la pressione varia sensibilmente al variare della distanza del corpo dal Sole e con il ciclo delle stagioni: quando Plutone si allontana dal Sole, la sua atmosfera dovrebbe gradualmente congelarsi e cadere in superficie, mentre quando si avvicina al [[perielio]], la temperatura aumenta e i ghiacci sublimano in gas. Questo provoca un [[effetto serra]] al contrario, poichè la sublimazione dei ghiacci in superficie abbassa ulteriormente la temperatura. Nel 2006, osservazioni compiute con il [[Submillimeter Array]] hanno permesso di scoprire che la temperatura di Plutone è di circa 43 K (-230 ° C), vale a dire 10 K più fredda di quanto ci si aspetterebbe per un corpo posto a quella distanza dal Sole e con quelle caratteristiche<ref>{{cita web|url=http://edition.cnn.com/2006/TECH/space/01/03/pluto.temp/index.html|titolo=Astronomers: Pluto colder than expected|editore=CNN.com|data=gennaio 2006|accesso=28 novembre 2014|lingua=en}}</ref>.

La presenza di metano costituisce invece un potente gas serra nell'atmosfera di Plutone e porta ad un'[[inversione termica]] con temperature medie di 36 K più calde 10 km sopra la superficie<ref name=Lellouch/>. Nel 1999 fu anche individuata la presenza di [[etano]] ghiacciato, la cui presenza potrebbe essere spiegata dalla [[fotolisi]] o dalla [[radiolisi]] del metano<ref>{{cita web|url=http://astrolink.mclink.it/news/fnews/31lug99.htm|titolo=Il notiziario di Sky & Telescope|editore=astrolink.mclink.it|accesso=28 novembre 2014}}</ref><ref>{{cita web|url=http://www.spacedaily.com/news/pluto-99b.html|titolo=Is Pluto An Ethane Fuzzball|editore=SpaceDaily|lingua=en|accesso=28 novembre 2014}}</ref>.


L'esistenza di un'atmosfera su Plutone fu suggerita da Noah Brosch e Haim Mendelson dell'Osservatorio Wise in Israele, nel 1985<ref name=Marsden>{{cita web|autore=Brian Marsden|url=http://www.cbat.eps.harvard.edu/iauc/04000/04097.html#Item2|titolo=Occultation by Pluto on 1985 August 19|editore=IAU Circular 4097|accesso=28 novembre 2014}}</ref>, e poi definitivamente confermata dal [[Kuiper Airborne Observatory]] nel 1988, dopo osservazioni compiute durante [[Occultazione|occultazioni]] di stelle da parte di Plutone<ref>{{cita web|url=http://www.usno.navy.mil/USNO/tours-events/NOFS_SOFIA_Release_110711.pdf|titolo= NOFS Contributes to SOFIA’S Successful Observation of Challenging Pluto Occultation|editore= US Naval Observatory|accesso=28 novembre 2014}}</ref>. Quando un oggetto privo di atmosfera passa davanti a una stella, questa scompare bruscamente, mentre nel caso di Plutone, la luce della stella oscurata scompare gradualmente<ref name=Marsden/>. Dal tasso di oscuramento, la pressione atmosferica è stata calcolata essere di 0,15 [[Pascal (unità di misura)|pascal]], circa 1/700.000 della pressione terrestre<ref>{{cita web|url=http://www.johnstonsarchive.net/astro/pluto.html|titolo=The atmospheres of Pluto and other trans-Neptunian objects|autore=Robert Johnston|data=novembre 2005|lingua=en|accesso=28 novembre 2014}}</ref>.
L'esistenza di un'atmosfera su Plutone fu suggerita da Noah Brosch e Haim Mendelson dell'Osservatorio Wise in Israele, nel 1985<ref name=Marsden>{{cita web|autore=Brian Marsden|url=http://www.cbat.eps.harvard.edu/iauc/04000/04097.html#Item2|titolo=Occultation by Pluto on 1985 August 19|editore=IAU Circular 4097|accesso=28 novembre 2014}}</ref>, e poi definitivamente confermata dal [[Kuiper Airborne Observatory]] nel 1988, dopo osservazioni compiute durante [[Occultazione|occultazioni]] di stelle da parte di Plutone<ref>{{cita web|url=http://www.usno.navy.mil/USNO/tours-events/NOFS_SOFIA_Release_110711.pdf|titolo= NOFS Contributes to SOFIA’S Successful Observation of Challenging Pluto Occultation|editore= US Naval Observatory|accesso=28 novembre 2014}}</ref>. Quando un oggetto privo di atmosfera passa davanti a una stella, questa scompare bruscamente, mentre nel caso di Plutone, la luce della stella oscurata scompare gradualmente<ref name=Marsden/>. Dal tasso di oscuramento, la pressione atmosferica è stata calcolata essere di 0,15 [[Pascal (unità di misura)|pascal]], circa 1/700.000 della pressione terrestre<ref>{{cita web|url=http://www.johnstonsarchive.net/astro/pluto.html|titolo=The atmospheres of Pluto and other trans-Neptunian objects|autore=Robert Johnston|data=novembre 2005|lingua=en|accesso=28 novembre 2014}}</ref>.

Nel 2002 fu osservata e studiata un'altra occultazione di una stella da parte di Plutone da un team guidato da Bruno Sicardy dell'[[Osservatorio di Parigi]], [[James Elliot]] del [[Massachusetts Institute of Technology|MIT]] e Jay Pasachoff del [[Williams College]]<ref name=Sicardy/><ref>{{cita web|url=http://newsoffice.mit.edu/2002/pluto|titolo=Pluto is undergoing global warming, researchers find|editore=MIT|accesso=28 novembre 2014|data=ottobre 2002}}</ref>. Sorprendentemente, la pressione atmosferica fu calcolata in 0,3 pascal, anche se Plutone era più lontano dal Sole rispetto al 1988, e quindi avrebbe dovuto essere più freddo e avere un'atmosfera più rarefatta. Una spiegazione plausibile è che nel 1987 il polo sud di Plutone usciva dall'ombra per la prima volta in 120 anni, causando la sublimazione di una considerevole quantità di azoto della calotta polare sud. Saranno necessari decenni per la condensazione dell'azoto in eccesso nel polo opposto, secondo un fenomeno ciclico<ref>{{cita web|url=http://www.you.com.au/news/1896.htm|titolo=Puzzling Seasons and Signs of Wind Found on Pluto|editore=you.com.au|accesso=28 novembre 2014}}</ref>. Nello stesso studio è stata anche rivelata quella che potrebbe essere la prima prova della presenza di vento nell'atmosfera di Plutone<ref name=Sicardy>{{cita pubblicazione|url=http://www.nature.com/nature/journal/v424/n6945/full/nature01766.html|titolo=Large changes in Pluto's atmosphere as revealed by recent stellar occultations|rivista=[[Nature]]|data=luglio 2003|volume=424|pagine= 168-170|accesso=28 novembre 2014}}</ref>.


== Satelliti naturali ==
== Satelliti naturali ==

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Plutone
(134340 Pluto)
File:Animated rotation of Pluto 270px.gif
Plutone in vari fotogrammi scattati dal telescopio Hubble
Stella madreSole
Scoperta18 febbraio 1930
ScopritoreClyde Tombaugh
ClassificazioneOggetto transnettuniano,
plutoide,
Pianeta nano
FamigliaPlutino
Parametri orbitali
(all'epoca J2000)
Semiasse maggiore5 906 380 000 km
39,48168677 UA[1]
Perielio4 436 756 954 km
29,65834067 UA[2]
Afelio7 376 124 302km
49,30503287 UA[2]
Circonf. orbitale36 530 000 000 km
244,186 UA
Periodo orbitale247,8 anni[1]
Periodo sinodico366,73 giorni[1]
Velocità orbitale
  • 3 676 m/s (min)
  • 4 669 m/s[2] (media)
  • 6 112 m/s (max)
Inclinazione
sull'eclittica		17,14175°
Inclinazione rispetto
all'equat. del Sole		11,88°
Eccentricità0,2488273[2]
Longitudine del
nodo ascendente		110,30347°
Argom. del perielio113,76329°
Par. Tisserand (TJ)5,229 (calcolato)
Satelliti5
Anelli0
Dati fisici
Diametro medio2368 km[3]
Superficie1,665×107 km²[2]
Volume6,39×1018 m³[2]
Massa
1,309×1022 kg[2]
Densità mediaErrore in {{M}}: parametro 1 non è un numero valido. kg/m³
Acceleraz. di gravità in superficie0,58 m/s²
(0,059 g)
Velocità di fuga1 230 m/s
Periodo di rotazione6,387230 giorni
(6g 9h 17min 36s)
Velocità di rotazione
(all'equatore)		13,11 m/s
Inclinazione assiale122,54°
Inclinaz. dell'asse
sull'eclittica		115,60°
A.R. polo nord133,02° (8h 52' 5")
Declinazione-9,09°
Temperatura
superficiale
  • 40 K −233 °C[2] (min)
  • 45 K −228 °C (media)
  • 50 K −223 °C (max)
Pressione atm.0,30 Pa (max)
Albedo0,49-0,66
Dati osservativi
Magnitudine app.
Magnitudine app.15,1
Magnitudine ass.-0,8 (H)[5]
Diametro
apparente
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Plutone è un pianeta nano orbitante nelle regioni periferiche del sistema solare, con un'orbita eccentrica a cavallo dell'orbita di Nettuno; fu scoperto nel 1930 da Clyde Tombaugh e inizialmente classificato come il nono pianeta. Riclassificato come pianeta nano il 24 agosto 2006 e battezzato formalmente Plutone 134340 Pluto dalla UAI, Plutone è il secondo più massiccio pianeta nano del sistema solare, dopo Eris, e il decimo corpo celeste più massiccio che orbita direttamente attorno al Sole.

Dopo la sua scoperta, il nuovo corpo celeste venne battezzato in onore di Plutone, divinità romana dell'oltretomba; le prime lettere del nome, PL, sono anche le iniziali dell'eminente astronomo Percival Lowell che per primo ne postulò l'esistenza. Il suo simbolo astronomico è il monogramma di Lowell ().

In virtù dei suoi parametri orbitali, Plutone è anche considerato un classico esempio di oggetto transnettuniano. Pur avendo la sua orbita il semiasse maggiore più lungo di quello dell'orbita di Nettuno, esso si avvicina al Sole più dello stesso Nettuno. Plutone è stato assunto quale elemento di riferimento della classe dei pianeti nani transnettuniani, denominati ufficialmente plutoidi dalla Unione Astronomica Internazionale.

Plutone ha cinque satelliti conosciuti, il più massiccio e importante dei quali è certamente Caronte, scoperto nel 1978 e avente un raggio poco più della metà di quello di Plutone.

Osservazione dalla Terra

La magnitudine apparente di Plutone dalla Terra è, al massimo, di 13,65, mentre il suo diametro angolare varia da un minimo di 0,06 a un massimo di 0,11 secondi d'arco, quando si trova alla minima vicinanza al nostro pianeta; queste caratteristiche ne rendono difficile l'osservazione da Terra, e giustificano il fatto che sia stato scoperto solamente nella prima metà del XX secolo. Data la sua magnitudine apparente, Plutone non può essere facilmente osservato con piccoli strumenti amatoriali, anche se con telescopi superiori ai 200 mm di apertura, meglio se di 300-350 mm, si può riuscire a scorgerlo[6]. L'utilizzo sempre più diffuso di CCD in campo amatoriale permette, sotto un cielo con un buon seeing, di poter acquisire immagini anche di Caronte, quando questi si trova alla massima distanza angolare da Plutone[7].

Storia delle osservazioni

Si sospettava da tempo l'esistenza di un pianeta esterno rispetto a quelli già noti, a causa del fatto che Urano e Nettuno sembravano muoversi in modo diverso dal previsto, come se fossero perturbati dall'attrazione gravitazionale di un altro oggetto. Alle stesse conclusioni arrivarono William Henry Pickering e Percival Lowell all'inizio del Novecento. Perfino lo scrittore Howard P. Lovecraft aveva ipotizzato, sulla base di calcoli astronomici, l'esistenza di un altro pianeta oltre Nettuno.[8] La tecnica delle perturbazioni aveva già riportato un grande successo nel 1846, quando Nettuno era stato scoperto allo stesso modo.

Clyde Tombaugh era un giovane che iniziò ad interessarsi di astronomia negli anni venti, periodo durante il quale iniziò a costruirsi telescopi amatoriali per l'osservazioni di oggetti del sistema solare. Nel 1928 mandò alcuni disegni di osservazioni compiute su Marte e Giove a Vesto Slipher, allora direttore dell'Osservatorio Lowell di Flagstaff, in Arizona. Slipher lo assunse all'osservatorio e lo incaricò della ricerca del Pianeta X, previsto da Lowell e Pickering[9]. Seguendo le previsioni teoriche e dopo lunghe ricerche, il 18 febbraio 1930, per mezzo del confronto di lastre fotografiche impressionate pochi giorni prima, il 23 e il 29 gennaio, Tombaugh scoprì l'oggetto cercato, che già dai primi calcoli pareva orbitare al di là dell'orbita di Nettuno[10]. Dopo che l'osservatorio ebbe ottenuto fotografie di conferma, la notizia della scoperta fu telegrafata all'Harvard College Observatory il 13 marzo 1930, in quanto l'osservatorio volle far coincidere la data con quella della scoperta di Urano da parte di Herschel e con la data di nascita di Percival Lowell, avvenuta nel 1855[9]. Il pianeta fu in seguito ritrovato in fotografie risalenti al 19 marzo 1915.

Plutone fu trovato quasi esattamente nella posizione prevista dai calcoli teorici, per cui inizialmente si credette di aver trovato il corpo perturbatore, il Pianeta X. Col passare degli anni le misurazioni rivelarono tuttavia che Plutone era di gran lunga troppo piccolo per spiegare le perturbazioni osservate, e si pensò quindi che non si potesse trattare dell'ultimo pianeta del sistema solare. Ripartì quindi la caccia al decimo pianeta.

La questione fu risolta solo nel 1989, quando l'analisi dei dati della sonda Voyager 2 rivelò che le misure della massa di Urano e Nettuno comunemente accettate in precedenza erano lievemente sbagliate. Le orbite calcolate con le nuove masse non mostravano alcuna anomalia, il che escludeva categoricamente la presenza di qualunque pianeta più esterno di Nettuno con una massa elevata[11].

La scoperta di Plutone fu in definitiva casuale, trovandosi il pianeta al posto giusto nel momento giusto mentre si dava la caccia a qualcos'altro[12].

Missioni spaziali

Lo stesso argomento in dettaglio: Esplorazione di Plutone.

L'esplorazione di Plutone da parte di sonde spaziali è rimasta una sfida particolarmente ardua a causa della grande distanza dalla Terra. La Voyager 1 avrebbe dovuto esplorare Plutone da distanza ravvicinata, tuttavia all'epoca la NASA preferì optare per un passaggio ravvicinato alla luna di Saturno, Titano, e il cambiamento di traiettoria risultò poi incompatibile per programmare un fly-by con Plutone[13]. Nessun altro serio tentativo è stato fatto per l'esplorazione spaziale di Plutone fino all'ultimo decennio del XX secolo. Nel 1992 il Jet Propulsion Laboratory della NASA iniziò a sviluppare la missione Pluto Kuiper Express. Nonostante l'interesse per la missione, l'ente spaziale statunitense tuttavia l'annullò nel 2000 per motivi di bilancio e optò per una soluzione più economica che sarebbe divenuta la missione New Horizons[14].

New Horizons

Nel 2003 fu concesso un finanziamento da parte del governo degli Stati Uniti per la sonda New Horizons, che è stata lanciata il 19 gennaio 2006 alla volta di Plutone. L'incontro con il pianeta nano avverrà nel luglio 2015[15].

Si tratterà di un fly-by, ossia di un sorvolo, perché la sonda non ha abbastanza carburante a bordo per rallentare e immettersi in orbita attorno all'oggetto; attualmente i piani di volo prevedono un avvicinamento massimo a circa 10000 km di distanza dalla superficie plutoniana a una velocità relativa di circa 11 km/s[16], ma è prevedibile che il sorvolo avverrà più vicino al pianeta, grazie alla possibilità di correggere la rotta durante la missione[15].

La sonda, messa in stato di ibernazione per un lungo periodo per preservare gli strumenti per l'incontro ravvicinato, si attiverà alcuni mesi prima dell'arrivo, momento in cui le fotografie di Plutone che potrà scattare saranno già migliori di quelle ottenibili dalla Terra o dal telescopio spaziale Hubble. Data l'enorme distanza dalla Terra e la bassa potenza disponibile, l'invio dei dati avverrà a velocità molto bassa, tra 0,6 e 1,2 kilobit al secondo, e occuperà i mesi successivi all'incontro[17]. L'inizio della trasmissione dei dati ricavati di maggior importanza inizierà a settembre 2015 e durerà un paio di mesi, mentre per la ricezione dei dati completi inizierà a novembre 2015 e avrà la durata di un anno circa[18].

Parametri orbitali e rotazione

Lo stesso argomento in dettaglio: Parametri orbitali di Plutone.
Plutone e Caronte rapportati a Terra e Luna

Il periodo orbitale di Plutone è di 248 anni terrestri. Le sue caratteristiche orbitali sono sostanzialmente diverse da quelle degli altri pianeti del sistema solare, che seguono orbite quasi circolari attorno al Sole, vicino a un piano di riferimento chiamato eclittica. Al contrario, l'orbita di Plutone è molto inclinata rispetto all'eclittica ( di oltre 17°) e altamente eccentrica. Questa elevata eccentricità è la causa per cui Plutone, per un breve periodo della sua rivoluzione, si trova più vicino al Sole di Nettuno. Il baricentro del sistema Plutone-Caronte è passato al perielio il 5 settembre 1989, ed è rimasto più vicino al Sole rispetto a Nettuno nel periodo compreso tra il 7 febbraio 1979 e l'11 febbraio 1999[19].

Nel lungo periodo, in realtà l'orbita di Plutone sembra caotica. Le simulazioni al computer possono essere utilizzate per prevedere la sua posizione per diversi milioni di anni (sia in avanti che indietro nel tempo), tuttavia su scale temporali superiori ai 20 milioni di anni, i calcoli diventano speculativi. Il tempo di Lyapunov è il tempo oltre il quale un sistema dinamico diventa caotico, e varia da sistema a sistema: nel caso di Plutone questo periodo è appunto stato stimato sui 20 milioni di anni[20][21]. Ciò non significa che l'orbita di Plutone sia di per sé instabile, ma il percorso della sua orbita è impossibile da determinare così lontano nel tempo, anche se diversi fattori concorrono a mantenere l'orbita di Plutone stabile, al sicuro da collisioni planetarie[22].

Relazione con Nettuno

Plutone per un breve periodo della sua rivoluzione si trova più vicino al Sole di Nettuno. Tuttavia i due oggetti orbitano in risonanza 2:3 e le orbita non si intersecano mai, anche per la grande inclinazione dell'orbita di Plutone rispetto al piano orbitale del sistema solare. Non è quindi possibile una collisione e non sono possibili incontri ravvicinati tra Nettuno e Plutone tali da perturbare l'orbita di quest'ultimo[23]. La risonanza delle orbite è stabile anche nel corso di milioni di anni[24], e Plutone non si avvicina mai a Nettuno a meno di 17 UA, al contrario è possibile che si avvicini maggiormente a Urano (11 UA)[22].

A partire dagli anni novanta del XX secolo sono stati scoperti diversi planetoidi della fascia di Edgeworth-Kuiper in risonanza orbitale 2:3 con Nettuno: oggi tali corpi vanno sotto la denominazione comune di plutini, e Plutone ne è considerato il prototipo.

Rotazione

Nel 1955, osservando le curve di luce di Plutone, fu stimato per la prima volta il periodo di rotazione, in 6,39 giorni, con un'incertezza di soli 4 minuti. Successivamente il periodo di rotazione, che avviene in senso retrogrado, fu corretto in 6,387 giorni[25]. Il suo asse di rotazione è inclinato di 57,5​​° rispetto al piano orbitale, quindi per lunghi periodi, durante il suo percorso orbitale, Plutone volge al Sole lo stesso emisfero così come avviene nel caso di Urano[26]. L'azione delle forze mareali ha costretto il periodo di rotazione di Plutone a sincronizzarsi con il periodo di rivoluzione del suo satellite principale, Caronte: questi ruota in senso retrogrado così come Plutone sul proprio asse, con il risultato che Caronte appare immobile visto da un emisfero di Plutone, mentre non sorgerà mai dall'altro, cioè dall'emisfero non rivolto verso il suo principale satellite[27].

Formazione

Sono state diverse le teorie avanzate per spiegare le piccole dimensioni di Plutone, simile a quella dei satelliti del gigante Nettuno, in particolare di Tritone. Il matematico britannico Raymond Lyttleton riteneva, nel 1936, che Plutone e Tritone ruotassero un tempo attorno a Nettuno, fintanto che una perturbazione gravitazionale espulse Plutone dalla sua orbita, mentre Tritone si inserì su un'orbita retrograda, sempre vincolato a Nettuno[28][29]. La teoria fu ripresa anche da Gerard Kuiper, che sosteneva che Tritone e Plutone avevano in comune alcune caratteristiche atmosferiche e geologiche. La teoria fu abbandonata solo molti anni più tardi, quando nel 1992 vennero scoperti diversi corpi ghiacciati simili a Plutone, al di là dell'orbita di Nettuno, e ci si rese conto che Plutone rappresentava solo uno dei più grandi di questi oggetti transnettuniani fino a quel momento sconosciuti[30].

Secondo lo scenario della formazione del sistema solare accettato anche nel XXI secolo, Plutone proviene dalla Fascia di Kuiper[31], così come Tritone, in seguito catturato da Nettuno, ed Eris, scoperto in tempi recenti e che risulta più massiccio anche dello stesso Plutone. Plutone e Caronte potrebbero essersi formati per accrescimento, e furono inizialmente scagliati oltre l'orbita di Nettuno per l'influenza gravitazionale dei pianeti giganti[32]. Mentre alcuni di questi corpi furono espulsi nel sistema solare esterno, formando la fascia di Kuiper, la coppia Plutone-Caronte potrebbe essersi costituita da una cattura reciproca o da una collisione[33], i cui resti possono essere identificati nelle lune minori Notte e Idra. L'arrivo della sonda New Horizons nel sistema Plutone-Caronte nel 2015 potrebbe definitivamente confermare questo scenario, studiando da vicino la composizione di Plutone e delle sue piccole lune[34].

Caratteristiche fisiche

Massa e diametro

La massa di Plutone è di 1,31 × 1022 kg, equivalente allo 0,22% di quella terrestre[1], e il suo diametro è di 2368 km[3], ovvero circa il 68% di quella della Luna. La sua superficie (1.665 × 107 km2) è circa il 10% inferiore a quella del Sud America. L'atmosfera di Plutone complica la precisa determinazione del corpo solido. L'albedo di Plutone varia da 0,40 a 0,60[1]

La scoperta del satellite Caronte avvenuta nel 1978 ha permesso la determinazione della massa del sistema Plutone-Caronte mediante l'applicazione della terza legge di Keplero. Una volta misurato l'effetto gravitazionale di Caronte è stato possibile determinare la vera massa di Plutone. Una serie di occultazioni avvenuta tra Plutone e Caronte tra il 1985 e il 1990 ha permesso di determinare i raggi dei due corpi[35].

Tra gli oggetti del sistema solare, Plutone è molto meno massiccio dei pianeti terrestri, e la sua massa è meno del 20% di quella lunare, ma è anche meno massiccio di altri sette satelliti del sistema solare: Ganimede, Titano, Callisto, Io, la Luna, Europa e Tritone.

Plutone ha un diametro più che doppio del pianeta nano Cerere, il più grande oggetto della fascia degli asteroidi, ma è meno massiccio del pianeta nano Eris, un oggetto transnettuniano scoperto nel 2005. Plutone ed Eris hanno diametri simili, anche se stando alle misurazioni di Lellouch et al. del 2014 Plutone sembrerebbe leggermente più grande[3].

Struttura interna

Struttura interna teorica di Plutone (2006)
1. atmosfera ghiacciata[36]
2. acqua ghiacciata
3. Roccia
Lo stesso argomento in dettaglio: Struttura interna di Plutone.

Osservazioni tramite il telescopio spaziale Hubble hanno stimato la densità di Plutone compresa tra 1,8 e 2,1 g/cm3, suggerendo che la sua composizione interna sia composta da circa il 50-70% di roccia e da circa il 30-50% di ghiacci, d'acqua e di altri elementi[37]. La struttura interna di Plutone è probabilmente differenziata, con il materiale roccioso depositato in un nucleo denso circondato da un mantello di ghiaccio. Il diametro del nucleo è ipotizzato essere di circa 1700 km, ossia il 70% del diametro di Plutone. La densità media di Plutone, pari a due volte quella dell'acqua, suggerisce che il suo interno sia costituito da un miscuglio di materiali rocciosi e di ghiaccio d'acqua e di metano (la presenza di quest'ultimo è stata dedotta dalle osservazioni sulla riflettività del suolo del pianeta a diverse lunghezze d'onda). L'Istituto di ricerca planetaria del DLR ha calcolato che il rapporto densità/raggio di Plutone si colloca in una zona intermedia tra quelli dei satelliti di ghiaccio (come le lune di media grandezza di Urano e di Saturno) e satelliti rocciosi come Europa[38].

Alcuni studiosi dell'Università della California sostengono che sotto lo strato ghiacciato Plutone potrebbe ospitare un oceano liquido. Infatti, se il nucleo roccioso contiene almeno 75 parti per miliardo di potassio radioattivo, il calore prodotto sarebbe sufficiente a mantenere dell'acqua liquida sotto la superficie. La presenza di questo oceano è però strettamente legata alle caratteristiche e alla dimensione dello strato di ghiaccio più esterno, elementi che non possono essere misurati direttamente dalla Terra.[39]

Superficie

Lo stesso argomento in dettaglio: Superficie di Plutone.
Mappa di Plutone basata su osservazioni del telescopio Hubble.
Una mappa in falsi colori di Plutone, basata su osservazioni realizzate con il telescopio spaziale Hubble, raccoglie in una immagine circa due anni di lavoro. Le zone rosse, diffuse quasi ovunque, indicano metano ghiacciato; le zone scure probabilmente indicano ghiaccio d'acqua (sporco); le zone più chiare indicano la presenza di azoto ghiacciato. La macchia più luminosa al centro potrebbe essere un segno di monossido di carbonio.

Anche con telescopi di grande apertura, Plutone resta un punto luminoso apparentemente di natura stellare visto dalla Terra. Le migliori mappe della sua superfici sono state riprese dal Telescopio spaziale Hubble, tra la fine del XX secolo e l'inizio del XXI[40]. Analisi spettroscopiche hanno rivelato che la superficie di Plutone risulta composta per il 98% da ghiaccio d'azoto, con tracce di metano e monossido di carbonio[41]. La superficie non appare uniforme, come dimostrano le sensibili variazioni di albedo riscontrabili dalla Terra nel corso della rotazione del pianeta[42].

Una mappa a bassa risoluzione è stata realizzata fra il 1994 e il 1996 a partire da osservazioni effettuate grazie al telescopio spaziale Hubble, ma i dettagli visibili sono pochi. Sembra vi siano macchie più chiare, probabilmente composte di azoto e metano solido, che riflettono la debole luce presente, contrastando con il resto della superficie più scura, probabilmente costituita da antiche pianure laviche[42].

Una nuova mappa è stata realizzata tramite 12 osservazioni effettuate dal telescopio spaziale Hubble nel 2002 e 2003 e ha rivelato sostanziali mutazioni nella topografia plutoniana, sulla cui natura ci si interroga tuttora. È plausibile che l'avanzamento delle stagioni possa provocare l'evaporazione dell'azoto ghiacciato dal suolo dell'emisfero maggiormente irradiato dal sole e conseguenti precipitazioni nevose nell'emisfero opposto (nel 1987 il polo sud è uscito dalla sua notte invernale che dura 120 anni). Nel corso delle osservazioni è stato anche riscontrato un aumento della tonalità rossa del pianeta rispetto agli anni precedenti, a fronte di una stabilità cromatica del suo satellite Caronte. Secondo l'astronomo Michael E. Brown, Plutone ha la superficie più cangiante di tutto il Sistema Solare[42][43].

La temperatura superficiale sulla superficie di Plutone si aggira tra i 40 e i 50 K[2].

Atmosfera

Lo stesso argomento in dettaglio: Atmosfera di Plutone.

Il sistema di Plutone non è mai stato visitato da alcuna sonda spaziale, e pertanto molte misurazioni relative alla sua natura fisica sono approssimative e non confermate. Si ritiene comunque che esso possieda una debole atmosfera, composta prevalentemente da metano, azoto e monossido di carbonio[44], la cui pressione varia da 6,5 a 24 microbar[3]. L'eccentricità dell'orbita di Plutone ha un importante effetto sulla sua atmosfera e la pressione varia sensibilmente al variare della distanza del corpo dal Sole e con il ciclo delle stagioni: quando Plutone si allontana dal Sole, la sua atmosfera dovrebbe gradualmente congelarsi e cadere in superficie, mentre quando si avvicina al perielio, la temperatura aumenta e i ghiacci sublimano in gas. Questo provoca un effetto serra al contrario, poichè la sublimazione dei ghiacci in superficie abbassa ulteriormente la temperatura. Nel 2006, osservazioni compiute con il Submillimeter Array hanno permesso di scoprire che la temperatura di Plutone è di circa 43 K (-230 ° C), vale a dire 10 K più fredda di quanto ci si aspetterebbe per un corpo posto a quella distanza dal Sole e con quelle caratteristiche[45].

La presenza di metano costituisce invece un potente gas serra nell'atmosfera di Plutone e porta ad un'inversione termica con temperature medie di 36 K più calde 10 km sopra la superficie[3]. Nel 1999 fu anche individuata la presenza di etano ghiacciato, la cui presenza potrebbe essere spiegata dalla fotolisi o dalla radiolisi del metano[46][47].

L'esistenza di un'atmosfera su Plutone fu suggerita da Noah Brosch e Haim Mendelson dell'Osservatorio Wise in Israele, nel 1985[48], e poi definitivamente confermata dal Kuiper Airborne Observatory nel 1988, dopo osservazioni compiute durante occultazioni di stelle da parte di Plutone[49]. Quando un oggetto privo di atmosfera passa davanti a una stella, questa scompare bruscamente, mentre nel caso di Plutone, la luce della stella oscurata scompare gradualmente[48]. Dal tasso di oscuramento, la pressione atmosferica è stata calcolata essere di 0,15 pascal, circa 1/700.000 della pressione terrestre[50].

Nel 2002 fu osservata e studiata un'altra occultazione di una stella da parte di Plutone da un team guidato da Bruno Sicardy dell'Osservatorio di Parigi, James Elliot del MIT e Jay Pasachoff del Williams College[51][52]. Sorprendentemente, la pressione atmosferica fu calcolata in 0,3 pascal, anche se Plutone era più lontano dal Sole rispetto al 1988, e quindi avrebbe dovuto essere più freddo e avere un'atmosfera più rarefatta. Una spiegazione plausibile è che nel 1987 il polo sud di Plutone usciva dall'ombra per la prima volta in 120 anni, causando la sublimazione di una considerevole quantità di azoto della calotta polare sud. Saranno necessari decenni per la condensazione dell'azoto in eccesso nel polo opposto, secondo un fenomeno ciclico[53]. Nello stesso studio è stata anche rivelata quella che potrebbe essere la prima prova della presenza di vento nell'atmosfera di Plutone[51].

Satelliti naturali

Lo stesso argomento in dettaglio: Satelliti naturali di Plutone.
Diagramma del sistema plutoniano

Plutone possiede cinque satelliti naturali conosciuti: Caronte, scoperto il 22 giugno 1978, con cui Plutone forma una sorta di sistema binario, e quattro satelliti minori, Notte e Idra, scoperti nel maggio 2005, Cerbero scoperto nel luglio 2011[54] e Stige scoperto nel luglio 2012[55]. I dati attualmente disponibili permettono di escludere la presenza di altri satelliti dal diametro superiore ai 20 km all'interno del sistema di Plutone.

Caronte

Lo stesso argomento in dettaglio: Caronte (astronomia).

Caronte possiede dimensioni non molto inferiori a Plutone; alcuni preferiscono quindi parlare di un sistema binario, giacché i due corpi orbitano attorno a un comune centro di gravità situato all'esterno di Plutone. Nell'assemblea Generale UAI dell'agosto del 2006 venne presa in considerazione la proposta di riclassificare Plutone e Caronte come un pianeta doppio, ma la proposta fu poi abbandonata[56].

Caronte è stato scoperto il 22 giugno 1978 da Jim Christy; sulle lastre fotografiche di allora, riprese dall'osservatorio di Flagstaff in Arizona, era visibile come una protuberanza del disco di Plutone. Tuttavia la periodicità e la posizione di tale protuberanza fecero ben presto ipotizzare la presenza di un satellite (inizialmente denominato S/1978 P1).

Caronte ruota su se stesso con un movimento sincrono in 6,39 giorni, presentando sempre la stessa faccia a Plutone, come la Luna con la Terra. Tuttavia lo stesso Plutone rivolge sempre il medesimo emisfero al proprio satellite principale. La loro rotazione presenta quindi una sincronia doppia, unica fra i corpi maggiori nel sistema solare.

Si ritiene che la sua origine risalga a un impatto catastrofico fra Plutone e un asteroide; parte dei frammenti del planetoide originario si sarebbero poi riaggregati in orbita attorno a esso[57].

Satelliti minori

Il sistema di Plutone ripreso da Hubble combinando esposizioni brevi con filtri blu (475 nm) e giallo-verde (555 nm) per Plutone e Caronte, e lunghe con filtro giallo (606 nm) per i due satelliti minori

L'individuazione di Notte e Idra da parte di astronomi dell'Università Johns Hopkins è stata resa possibile dall'analisi delle fotografie scattate dal telescopio spaziale Hubble fra il 15 e il 18 maggio 2005; la loro esistenza è stata confermata con precovery dalle immagini dell'Hubble del 14 giugno 2002[58]. Idra è il satellite più esterno del sistema; possiede una magnitudine apparente stimata in 22,96 ± 0,15 e ruota intorno al pianeta in 38,2 ± 0,8 giorni a una distanza media di 64 700 ± 850 km. Ruota in senso antiorario sullo stesso piano orbitale di Caronte, in risonanza orbitale rispetto a quest'ultimo. Sembra essere il maggiore dei quattro nuovi satelliti, e stime basate sui valori probabili di albedo danno un diametro compreso tra 52 e 160 km[59]. Notte ha una magnitudine apparente pari a 23,41 ± 0,15, e ruota intorno a Plutone in 25,5 ± 0,5 giorni a una distanza media di 49 400 ± 600 km. Ruota in senso antiorario sullo stesso piano orbitale di Caronte, in risonanza orbitale 4:1 rispetto a quest'ultimo[59].

La Scoperta di P4
La scoperta di P5

Il quarto satellite è stato individuato tramite il telescopio spaziale Hubble il 28 giugno 2011, e la sua scoperta è stata annunciata dalla NASA il 20 luglio 2011[60], e il 2 luglio 2013 la UAI gli ha assegnato il nome di Cerbero.[61]. Cerbero ha un diametro stimato tra 13 e 34 km, ed è la seconda luna più piccola di Plutone dopo Stige. Il range di diametro è stato calcolato ipotizzando un intervallo di albedo pari a 0,06 - 0,35[60].

Il quinto satellite, che dal 2 luglio 2013 ha preso il nome di Stige[61], è stato scoperto sempre dal telescopio spaziale Hubble l'11 luglio 2012[55]. È la più piccola luna del sistema plutoniano, avendo un diametro compreso tra 10 e 25 km. Il satellite percorre la sua orbita circolare, il cui raggio è circa 45 000 km, in 20,2 giorni. Così come per Cerbero, l'inclinazione orbitale è di circa 0°[62].

Status planetario controverso

Fin dalle prime analisi di Plutone emerse che si trattava di un pianeta anomalo, in quanto la sua orbita era molto diversa e la sua dimensione era modesta rapportata a quella degli altri pianeti. Tuttavia, dal momento della sua scoperta fino alla fine del XX secolo Plutone è sempre stato considerato come il nono pianeta del sistema solare. Quando si è scoperto che Plutone altri non era che uno degli oggetti più grandi della Fascia di Kuiper, alcuni astronomi cominciarono a dubitare del suo status di pianeta[63].

Nel 2001, appare la notizia sul New York Times che il Rose Center for Earth and Space, parte dell'American Museum of Natural History, aveva tolto Plutone dal suo planetario già dall'anno precedente, non considerandolo più alla pari degli altri pianeti[64].

Nel 2002, venne scoperto 50000 Quaoar, un oggetto della Fascia di Kuiper con un diametro di 1280 km, ossia circa la metà di quello di Plutone[65]. Nel 2004, venne scoperto 90377 Sedna, avente un diametro massimo di 1800 km circa, molto vicino a quello di Plutone, anche se poi il diametro di Sedna è stato ricalcolato in meno di 1600 km nel 2007[66]. Così proprio come Cerere, Pallade, Giunone e Vesta alla fine persero il loro status di pianeta dopo la scoperta di molti altri asteroidi, si pensò che anche Plutone doveva essere riclassificato come uno dei tanti oggetti della fascia di Kuiper.

Il 29 luglio 2005, è stata annunciata la scoperta di un nuovo oggetto trans-nettuniano, Eris, avente le stesse dimensioni di Plutone[67]. Eris è stato l'oggetto più grande scoperto nel sistema solare dalla scoperta di Tritone, avvenuta nel 1846. Scopritori e stampa inizialmente definirono Eris il decimo pianeta, anche se non c'era consenso unanime su questa definizione. Piuttosto nella comunità scientifica la scoperta di Eris fu l'argomento più menzionato per riconsiderare la classificazione di Plutone[68].

Classificazione UAI del 2006

Lo stesso argomento in dettaglio: Definizione di pianeta.

Il 24 agosto 2006 una risoluzione dell'Unione astronomica internazionale ha definito ufficialmente il termine "pianeta", considerando tale un oggetto che soddisfi i seguenti 3 punti:

  • Deve essere in orbita attorno al Sole
  • Ha una massa sufficiente affinché la sua gravità possa vincere le forze di corpo rigido, cosicché assume una forma di equilibrio idrostatico (quasi sferica)
  • Ha ripulito le vicinanze intorno alla sua orbita[69]

Plutone non soddisfa il terzo requisito, in quanto la sua massa è solo 0,07 volte quella degli altri oggetti della sua zona orbitale (in confronto, la Terra ha una massa 1,7 milioni di volte quella degli altri oggetti nella sua orbita)[68].

Il 13 settembre 2006 l'UAI, tramite votazione ha riclassificato Plutone inserendolo tra i pianeti nani assieme a Eris e Disnomia, inserendolo nel catalogo del Minor Planet Center con la designazione di "(134340) Pluto"[63][70].

Questa decisione ha comportato lo scontento di alcune persone ed istituzioni e ci sono state diverse resistenze all'accettare il declassamento di Plutone a pianeta nano[71]. Alan Stern, il principale ricercatore della missione New Horizons, ha obiettato che anche altri pianeti, Terra compresa, condividono la loro orbita con degli asteroidi[72]. Gli scienziati di diversi fronti si sono riuniti il 14-16 agosto 2008, presso la Johns Hopkins University per una conferenza nella quale si discusse anche sulla definizione di pianeta da parte della UAI[73]. Dalla conferenza è uscito un comunicato stampa che annunciava che gli scienziati non avevano trovato un consenso sulla definizione di pianeta[74]. Poco prima della conferenza, il 11 giugno 2008, la UAI ha annunciato in un comunicato stampa che il termine "plutoide" da quel momento sarebbe stato utilizzato per descrivere Plutone e altri oggetti simili ad esso che hanno un semiasse maggiore maggiore di quello di Nettuno e con massa sufficiente per essere di forma quasi sferica[75].

Nel marzo 2009, il Congresso dello stato dell'Illinois ha votato una legge che ristabilisce lo status di pianeta per Plutone. L'Illinois è la patria natale di Clyde Tombaugh e quindi la perdita dello status di pianeta era stata vissuta in modo negativo nello Stato del suo scopritore.[76]

Nella cultura di massa

Lo stesso argomento in dettaglio: Plutone nella fantascienza.

Plutone ha fatto da scenario per diverse opere narrative, principalmente di fantascienza, fin dalla sua scoperta. Alla sua popolarità ha certamente contribuito il fatto che - quand'era ancora classificato come pianeta - aveva il primato di essere il pianeta più esterno del sistema solare. Secondo un'idea popolare nella prima fantascienza, i pianeti più esterni, formandosi prima, sarebbero divenuti abitabili prima rispetto alla Terra, dunque Plutone avrebbe potuto ospitare esseri molto evoluti. Plutone ha ricevuto una certa notorietà nuovamente nel 2006 a seguito della sua riclassificazione a pianeta nano.

Il cane di Topolino, Pluto, venne così denominato perché introdotto nel mondo dei fumetti e dei cartoni animati pochi mesi dopo la notizia della scoperta del pianeta.

Nel mondo degli anime e manga, in particolare in Sailor Moon una delle guerriere ha come pianeta Plutone e viene denominata Sailor Pluto.

Note

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Bibliografia

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