24 agosto 2006-dopo Praga
Otto pianeti: il sistema solare nel ventunesimo secolo

Dopo sessant'anni durante i quali il sistema solare è stato costituito dai nove pianeti, la cintura degli asteroidi e le comete, le nostra conoscenze si sono ampliate e inevitabilmente complicate.

Plutone fu scoperto per caso nel 1930 da Clyde W. Tombaugh al Lowell Observatory in Arizona. L'idea che ci potesse essere un pianeta al di là di Nettuno era nata per cercare di spiegare le apparenti anomalie dell'orbita di Urano e Nettuno, proprio come era accaduto nel caso della scoperta di Nettuno. Una volta scoperto però la massa stimata per Plutone risultò esigua per rendere conto di tali anomalie. Per cui venne spontaneo ipotizzare l'esistenza di ulteriore pianeta del sistema solare; il decimo pianeta o pianeta X. Il miglioramento della determinazione della massa di Nettuno, avvenuto in occasione del sorvolo del pianeta da parte della sonda Voyager 2, ha mostrato che le anomalie residue nelle orbite di Urano e Nettuno erano solo il frutto di errori di calcolo. Per cui l'ipotetica esistenza di un decimo pianeta, almeno delle dimensioni di questi due, per il momento è stata accantonata, mentre invece a partire dalla fine dello scorso millennio si sono scoperti un centinaio di asteroidi, con o senza satelliti, delle dimensioni di centinaia di chilometri di diametro e vari delle dimensioni di Plutone. Gli asteroidi più piccoli sono chiamati un varie maniere (transnettuniani o plutini), mentre quelli più grandi si deve ancora decidere se assurgeranno al rango di pianeti esterni (come probabilmente 2003 UB313 che è più grande di Plutone) o rimarranno asteroidi.

Immagine 1: Plutone di magnitudine 13,79 ripreso da Marco Russiani il 15 giugno 2004. Image credit: Marco Russiani/CAST

La questione TNO

La scoperta di 1992 QB1, un grosso asteroide che orbitava oltre Nettuno, indicò che c'era la possibilità di una nuova fascia di asteroidi (EKO (Edgeworth-Kuiper Objects), conosciuti semplicisticamente anche come KBO-Kuiper Belt Objects), per la gioia degli studiosi dei corpi minori. Nacque così la Fascia di Kuiper, dal nome di uno degli astronomi che ne aveva intuito l’esistenza a livello teorico negli anni 50. Nel giro di pochi anni gli oggetti scoperti ad orbitare il Sole a distanze simili o superiori a quella di Nettuno divennero centinaia e cominciarono anche le scoperte di oggetti di notevoli dimensioni. Nel 2000 venne scoperto Varuna, con un diametro stimato in 900 km e nel 2002 arrivò Quaoar, di almeno 1200 km; questi asteroidi avevano una dimensione pari o superiore a quella di Cerere, l’asteroide maggiore fra quelli in orbita fra Marte e Giove, e arrivavano alla metà del diametro di Plutone. Poichè questa zona del sistema solare non era ancora stata esplorata del tutto con grande profondità i teorici fecero un’analisi statistica sulla popolazione di asteroidi ed estrapolarono che c'erano possibilità di trovare anche alcuni oggetti più grandi di Plutone, e il 29 luglio del 2005 la previsione divenne realtà.

Immagine 2: inizialmente designato popolarmente come il X pianeta, 2003 UB313 è stato il primo corpo più grande di Plutone scoperto nella fascia asteroidale degli Edgeworth-Kuiper Objects. Nel 2006 venne battezzato dall'International Astronomical Union come "Eris". Image credit: Paolo Beltrame-Rubes Turchetti/CAST

La questione 2003 UB313

Il team costituito da M. Brown, D. Rabinowitz e C. Trujillo stava compiendo una survey di ricerca degli oggetti transnettuniani (TNO-Trans Nettunian Objects) con la gloriosa camera Schmidt da 1,2 metri del Monte Palomar, tornata in utilizzo grazie ad un mosaico di CCD da ben 161 Megapixel. A causa della grande mole di dati ripresi l’analisi non viene compiuta direttamente dagli astronomi, ma da un software; questo confronta le immagini dello stesso campo riprese in tempi diversi e segnala i possibili candidati agli operatori li analizzano per isolare i veri asteroidi. Questa procedura portò alla scoperta nel 2003 del lontano Sedna, e quindi nel 2005 di 2003 UB313, che subito si presentò come un oggetto peculiare; la sua magnitudine assoluta lo poneva un gradino sopra Plutone, e infatti le ultime stime gli attribuiscono un diametro di ben 2400 km, del 5% superiore al nono pianeta. Anche l’orbita era speciale, molto eccentrica e con l'afelio a oltre 90 unità astronomiche (UA) (il doppio della distanza media Sole-Plutone), e i calcoli ne attribuivano un periodo di ben 560 anni.
Subito l'oggetto fu denominato "decimo pianeta", in attesa di un nome definitivo (nel 2006 fu battezzato Eris), mentre stabilire se fosse o meno un pianeta si rivelò la parte più difficile.

La questione Plutone

Da qualche anno era sorto un dibattito per stabilire se Plutone stesso fosse un pianeta; può sembrare strano ma le caratteristiche fisiche di questo corpo lontano furono fissate solo negli anni novanta, quando il telescopio spaziale Hubble ne determinò il diametro in appena 2300 km. Plutone era stato scoperto nel 1930, nell’ambito d'una ricerca del "Pianeta X", ipotizzato per spiegare anomalie nelle orbite di Urano e Nettuno.
L’oggetto trovato però era molto più debole del previsto e a causa della distanza c’erano enormi difficoltà a determinarne il diametro; negli anni sessanta si parlava di circa 6000 km, che scesero a 3000 km negli anni ottanta. Nel frattempo la scoperta del suo satellite Caronte permetteva di determinarne la massa, la quale risultava essere pochi millesimi di quella terrestre. Alcuni astronomi suggerirono che in realtà Plutone fosse solo un satellite di Nettuno sfuggito all’attrazione gravitazionale del pianeta, e sicuramente questo non migliorava la situazione del più piccolo e remoto dei pianeti. Quando negli anni novanta fu scoperta la fascia di Kuiper, fu suggerito che Plutone, trovandosi all’interno, fosse semplicemente il maggiore degli oggetti transnettuniani.

Immagine 3: (a sinistra) una delle prime immagini che mostrava che attorno a Plutone orbitava un satellite, ripresa da un grande telescopio a terra confrontata (a destra) con la prima immagine del telescopio Spaziale Hubble che separava Plutone e Caronte Image credit: NASA/HST

Immagine 4: altre due immagini riprese dagli strumenti ACS/HRC dell'Hubble Space Telescope l'11 giugno 2002, il 15 maggio 2005 e il 18 maggio 2005. Nelle immagini del 2005 si vedono chiaramente Plutone, Caronte e due nuovi satelliti, S2005/P1 e S2005/P2. Faccio notare che uno degli autori delle riprese è Alan Stern, uno dei responsabili della missione New Horizons che esplorerà Plutone e gli EKO dal 2015. Image credit: NASA / ESA / JHU-APL / SwRI

Il convegno di Praga

Il 14 agosto 2006 si era aperto un congresso dell'International Astronomical Union (IAU), che per l'argomento planetologia aveva l'obbiettivo di arrivare ad una definizione ufficiale di "pianeta", che non era mai stata formalizzata prima d'ora. Dopo la scoperta di 2003 UB313 (Eris), una commissione di 7 persone aveva elaborato una proposta di definizione che era stata rivelata agli astronomi il primo giorno del convegno. La proposta estendeva il sistema solare a Cerere, Caronte e 2003 UB313, arrivando così a 12 pianeti. Mentre la notizia faceva il giro del mondo, un sondaggio fra gli astronomi ne decideva il rigetto immediato, così la commissione prese spunto dalle proposte fatte dai presenti per una nuova formulazione.
Il 24 agosto, dopo giorni di accesi dibattiti, si effettuò la votazione che promosse il modello a otto pianeti (quelli conosciuti meno Plutone).

Quali sono i problemi a definire un pianeta? Quali criteri bisogna considerare?

* Criteri fisici:
- Criterio della dimensione: un pianeta è un corpo di dimensioni superiori a XXX km (per esempio 1000 km)
Questo criterio introdotto nel 2000, oltre a essere piuttosto artificioso, in quanto la natura non distingue i corpi in maniera così netta, pone il problema che vengono inclusi molti oggetti transnettuniani ( Sedna, Quaoar, Ixion, 2003 EL61 e 2005 FY9) portando il numero di pianeti ad una quindicina senza contare qualche altra possibile scoperta a breve. Inoltre, innalzare la dimensione minima sarebbe solo una misura palliativa.
- Criterio della forma sferica: un pianeta è un corpo che grazie alla forza di gravità assume una forma sferica. A seconda della densità dell’oggetto, questo comincia ad accadere grosso modo tra i 500 e i 1000 km. Questo criterio è molto migliore del precedente, ma di nuovo si finisce per avere una ventina di pianeti, con la prospettiva di arrivare ad una trentina con le nuove possibili scoperte una volta completata l'esplorazione della fascia di Kuiper. Bisogna notare che disponendo in ordine di dimensione i pianeti conosciuti da una parte e gli asteroidi transnettuniani dall'altra, ormai c'è un'evidente sovrapposizione fra i pianeti più piccoli e gli asteroidi più grandi, infatti le due categorie dal punto di vista fisico sfumano l'una nell'altra, da cui è evidente l’impossibilità pratica di trovare una separazione netta.

* Criteri orbitali:
- Criterio dell'orbita solitaria: un pianeta è un corpo che orbita attorno al Sole senza avere corpi di dimensioni paragonabili su orbite contigue. Questo criterio chiama in causa il concetto di popolazione di oggetti, come accade per la fascia di asteroidi fra Marte e Giove. Infatti questi sono corpi di tutte le dimensioni, senza "salti" troppo grandi, e vengono esclusi dal novero dei pianeti. In aggiunta vengono esclusi gli oggetti conosciuti della fascia di Kuiper, inclusi Plutone e 2003 UB313, che semplicemente ne sono i membri più grandi. La similitudine fra la fascia di Kuiper e quella principale ci porta a considerarli tutti asteroidi, a meno che non venga scoperto un oggetto molto più grande di quelli conosciuti finora.

* Criteri culturali:
Tutti i pianeti scoperti fino a Plutone sono validi. Un corpo scoperto in futuro può essere definito pianeta solo se supera in dimensioni il più piccolo di quelli conosciuti (sempre Plutone).

E' evidente che una buona definizione debba prendere in considerazione uno o più dei criteri precedenti, tenendo conto che solo i primi tre hanno valenza scientifica.

Per approfondire, vedi l'articolo (moderatamente tecnico, in inglese) di Brown e Basri: http://www.gps.caltech.edu/~mbrown/papers/ps/basribrown.pdf

Risultati del convegno di Praga

Prima proposta, bocciata alla presentazione:
(1) Un pianeta è un corpo celeste che (a) ha una massa sufficiente tale che la sua forza gravitazionale prevalga sulle forze di coesione interne facendogli assumere una forma di equilibrio idrostatico (quasi sferica), (b) è in orbita attorno ad una stella, e (c) non è né una stella né un satellite di un pianeta.

(2) Facciamo distinzione tra gli otto pianeti classici, scoperti prima del 1900, che si muovono in orbite quasi circolari vicino al piano dell'eclittica, e gli altri oggetti in orbita attorno al Sole. Tutti questi altri oggetti sono più piccoli di Mercurio. Riconosciamo che Cerere è un pianeta dalla definizione scientifica precedente. Per motivi storici, si può scegliere di distinguere Cerere dagli altri pianeti classici chiamandolo "pianeta nano".

(3) Riconosciamo che Plutone è un pianeta dalla definizione scientifica precedente, come alcuni Trans Nettuniani scoperti di recente. In contrasto ai pianeti classici, questi oggetti tipicamente hanno orbite molto inclinate e largamente eccentriche e periodi orbitali superiori ai 200 anni. Definiamo questa categoria di oggetti planetari, dei quali Plutone è il prototipo, come una nuova classe che chiamiamo "Plutoni" (N.d.R.: o Plutini, o Plutoidi).

(4) Tutti gli oggetti non planetari orbitanti il Sole saranno chiamati collettivamente "Corpi minori del sistema solare"

Note:
1a - questo si applica generalmente su oggetti di massa superiore a 5 x 10²⁰ kg e diametro superiore a 800 km.
La IAU attuerà un procedimento per assegnare alla categoria corretta gli oggetti prossimi a questo limite.
1b - In un sistema multiplo, il corpo maggiore è un pianeta se soddisfa le definizioni precedenti. Un oggetto secondario che assecondi queste definizioni è anch'esso un pianeta se il baricentro del sistema cade fuori dal corpo maggiore. Corpi secondari che non assecondino queste definizioni sono detti "satelliti". Sotto questa definizione, Caronte è un pianeta, quindi Plutone-Caronte costituiscono un pianeta doppio.
2 - Se Pallade, Vesta, e/o Hygeia vengono trovati in equilibrio idrostatico, allora sono anch'essi pianeti. Si potrà quindi chiamarli "pianeti nani".
4 - Questa classe include la maggior parte degli asteroidi, near-Earth objects (NEOs), i troiani di Marte, Giove e Nettuno, i Centauri, gli oggetti Trans-Nettuniani (TNOs) e le comete. Nella nuova nomenclature il concetto pianetino (minor planet) non viene usato.

Questa proposta porta il numero dei pianeti a 12; il limite degli 800km viene considerato troppo arbitrario, e il numero dei pianeti con questa definizione potrebbe salire istantaneamente a 20-30, raddoppiandosi una volta terminata l'esplorazione della Fascia di Kuiper. La maggioranza degli astronomi la rifiuta, cercando una definizione che non stravolga il numero dei pianeti attuali e mantenga una coerenza scientifica. L'uruguaiano Gonzalo Tancredi offre una definizione alternativa, che viene poi rielaborata dalla commissione nelle risoluzioni 5A, 6A, e accessorie 5B e 6B. Le risoluzioni 5B e 6B vengono respinte ai voti, mentre 5A e 6A passano.

Risoluzione 5A

(1) Un pianeta è un corpo celeste che (a) è in orbita attorno al Sole, (b) ha una massa sufficiente tale che la sua forza gravitazionale prevalga sulle forze di coesione interne facendogli assumere una forma di equilibrio idrostatico (quasi sferica), e (c) ha ripulito i corpi vicini attorno alla sua orbita.

(2) Un pianeta nano è un corpo celeste che (a) è in orbita attorno al Sole, (b) ha una massa sufficiente tale che la sua forza gravitazionale prevalga sulle forze di coesione interne facendogli assumere una forma di equilibrio idrostatico (quasi sferica), (c) non ha ripulito i corpi vicini attorno alla sua orbita, e (d) non è un satellite.

(3) Tutti gli altri oggetti orbitanti il Sole verranno chiamati collettivamente "corpi minori del sistema solare"

Risoluzione 6A

Plutone è un pianeta nano per la definizione precedente, e viene riconosciuto come il prototipo di una nuova categoria di oggetti Trans-Nettuniani.

Note sui punti precendenti: 1 - I pianeti sono quindi Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano e Nettuno 2 - La IAU attuerà un procedimento per assegnare alla categoria corretta gli oggetti a cavallo tra le due categorie 3 - Questi includono la maggior parte degli asteroidi, Transnettuniani, comete e altri corpi minori.

Questa è la versione finale accettata dalla IAU.

Immagine 5: Rappresentazione - non in scala di distanza dal Sole - del Sistema Solare come approvato dal congresso di Praga 2006 dell'International Astronomical Union. Alla destra del Sole, in alto, si osservano gli otto pianeti, mentre sotto sono indicati i tre (per ora) pianeti nani: Cerere, Plutone e Eris. Cliccando l'immagine l'aprirete a 2500 x 1407 pixel. E' disponibile un'immagine da 6032 x 3395 pixel (1,26 MB) che potete scaricare cliccando qui. Image credit: International Astronomical Union

Pareri illustri

* T. Gehrels e B. Marsden (direttore del Minor Planet Center) hanno proposto una doppia denominazione per Plutone (pianeta e asteroide transnettuniano), come logica conseguenza delle sue peculiarità. Infatti ci sono dei corpi minori scoperti come asteroidi e in seguito riconosciuti come comete e viceversa, che hanno ricevuto la doppia denominazione.

* Dan Green (direttore associato del CBAT) dice che già negli anni '80 molti astronomi avevano smesso di chiamare Plutone "pianeta maggiore" (in contrapposizione a "minor planet", in italiano pianetino), almeno nella letteratura specialistica.

* D. Jewitt (professore alla University of Hawaii) sottolinea che Plutone è un membro della fascia di Kuiper e quindi non merita lo status di pianeta, che gli è stato assegnato in seguito ad una scoperta fortuita. http://www.ifa.hawaii.edu/faculty/jewitt/kb.html

* M. Brown (il suo team ha scoperto metà dei transnettuniani più grossi oltre a 2003UB313) ritiene che il modello scientifico più consistente è quello ad otto pianeti, ma dopo uno scambio di vedute con G. Basri ha anche introdotto un criterio storico, in cui i pianeti che conosciamo rimangono tali, e solo corpi più grandi del pianeta più piccolo (Plutone) possono venire chiamati pianeti. (vedi http://www.gps.caltech.edu/~mbrown/eightplanets/)
Dopo il congresso ha detto: "E' ovvio che sono dispiaciuto che Xena (il nome di laboratorio di 2003UB313) non sia il decimo pianeta, ma supporterò la IAU in questa difficile e coraggiosa decisione. Se venisse scoperto oggi, Plutone non sarebbe considerato un pianeta, ed il fatto che abbiamo trovato un KBO più grande ne sottolinea lo status traballante."

* G. Basri ha suggerito una definizione completa, adattabile anche ai pianeti extrasolari:
1 - un "fusore" è un corpo che nell'arco della sua esistenza ha prodotto energia con fusione nucleare
2 - un "planemo" (planetary mass object) " un non-fusore sferico (come punto (b) della IAU)
3 - un "pianeta" è un planemo orbitante un fusore
Si vede che vengono considerati anche i casi di pianeti sganciati da una stella (che sono quindi planemos)
Eventualmente possono esserci categorie supplementari del punto 3: pianeti nani, classici e superpianeti
(vedi http://astro.berkeley.edu/~basri/defineplanet/index.html)

* Jocelyn Bell-Burnell (la scopritrice delle pulsar) ha fatto notare che si potrebbero definire i pianeti di due tipi: classici e nani. Un tale approccio non declasserebbe Plutone dal suo rango, ma la proposta è stata respinta da una larga maggioranza dei presenti.

* Alan Stern, Principal Investigator della missione New Horizons diretta verso Plutone, osserva che la clausola per la quale è richiesto a un pianeta, per essere tale, di aver "pulito" la zona limitrofa alla sua orbita è fondamentalmente errata. Né la Terra, né Marte, né Giove, né Nettuno rientrano in questa situazione. Addirittura Giove ha circa 50.000 asteroidi troiani che orbitano in sincrono con il pianeta gassoso, essendo situati ai punti lagrangiani.

* Paul Weissman, del JPL, ha osservato che è lodevole il tentativo di classificare razionalmente tutto ciò che esiste, però occorre non cadere in ciò che lui chiama, se così possiamo dire, la sindrome del collezionista di francobolli: ci sono oggetti che non rientrano in alcuna classificazione. Per lo scienziato della NASA era il caso di lasciare le cose così come stanno, anche perché tutti coloro che vivono oggi sono cresciuti con l'idea che il Sistema Solare contempli nove pianeti.

* Keith Noll, STScI, fa osservare che il problema è che non c'è alcun dubbio sul fatto che Giove, o la Terra, etc. siano pianeti. Il problema sorge per quegli oggetti di diametro compreso tra 500 e 5.000 km, specialmente considerato che quanto più il diametro di tali oggetti si avvicina ai 5.000 km tanto più è possibile che vi sia un'atmosfera. Inoltre, a detta dello scienziato il prossimo decennio vedrà la scoperta di oggetti transnettuniani di dimensione assai superiore a Plutone.

* Patricia Tombaugh, la vedova dello scopritore di Plutone, dice di lui: "Era uno scienziato. Avrebbe capito che ci sarebbe stato un vero problema quando avrebbero scoperto parecchie di quelle cose nello spazio (ndr: transNettuniani). Sapeva che era nell'aria. Prima di morire, ce n'era già molte dappertutto. Ovviamente, era in disappunto, ma dopo 75 anni di vederla in una certa maniera chi non lo sarebbe stato?"

* Alla New Mexico State University, dove Clyde Tombaugh lavorò negli anni 1955-73 e fondò il dipartimento di ricerca astronomica, le notizie su Plutone sono accolte con un certo malumore. Jim Murphy, professore associato e capo dipartimento, dice che "Una nuova classificazione mostra che la scienza non è statica. E' bene mostrarlo al mondo, anche se penso che la nostra reazione sarà piuttosto emotiva: non voglio che nessuno sminuisca l'importanza della scoperta di Clyde Tombaugh nel 1930."

* Richard Conn Henry della Johns Hopkins University di Baltimora, dice che "Per quel che ne so, è stata presa la decisione giusta. Riconosco un pianeta quando lo vedo, e ce ne sono soltanto otto. Non ha senso chiamare Plutone pianeta poichè è soltanto uno dei molti oggetti nella fascia di kuiper oltre Nettuno."

FAQ - FAQ - FAQ - FAQ

- Perché non sono stati scoperti prima i Transnettuniani?
Per 3/4 di secolo Plutone è stato l'unico oggetto scoperto in quell'area. Se Plutone nel 1930 fosse stato all'afelio, non lo avrebbero trovato, sarebbe stato scoperto solo molti anni dopo assieme agli altri.

- Come mai non va bene il criterio della sfericità da solo?
Intanto bisogna stabilire oltre quale dimensione un corpo diventa sferico. Alcuni suggeriscono i 400km, ai quali corrisponderebbero 53 corpi. La IAU ha suggerito il valore di 800, da cui deriverebbero 17 pianeti (per ora), possibilmente 30 con le scoperte del prossimo futuro.

- Come mai il colpo di scena, prima 12 pianeti e ora solo 8?
Il modello a 12 pianeti era la proposta iniziale, mentre quello a 8 è quella finale dopo la votazione. I giornalisti sono stati troppo frettolosi nel pubblicare la notizia senza approfondirla.

- Quali sono i limiti dell'attuale criterio?
Vale solo per il sistema solare, in quanto ha approfondito solo il limite inferiore dei pianeti (dove sfumano in asteroidi). Il limite superiore, quello oltre il quale si ha una stella, attende ancora una specifica, forse al prossimo convegno della IAU nel 2009.

- Perché è stato declassato Plutone? Non si poteva lasciarlo com'era?
La forza della scienza sta nel riconoscere gli errori e andare avanti. Se Plutone deve rimanere come pianeta va deciso con un criterio scientifico non ambiguo, in realtà tutta la questione è sorta perché gli astronomi sono persone umane con tutti i loro sentimenti ed è difficile declassare Plutone. Da qui la nascita di proposte che cercano di mantenerlo pianeta escludendo la maggior parte degli altri Transnettuniani. Se scoprissimo oggi in un colpo solo quello che sappiamo del sistema solare, considereremmo i 4 pianeti terrestri, i 4 pianeti giganti gassosi, e il resto sarebbero corpi minori.

- Ci sono dei precedenti storici?
La scoperta di Plutone ricorda quella di Cerere, nel 1801; dopo i festeggiamenti per aver scoperto un nuovo pianeta fra Marte e Giove, grande fu lo stupore quando in breve tempo furono scoperti Pallade, Giunone e Vesta! Quando si capì che ci si trovava di fronte a centinaia di corpi, Cerere perse lo status di pianeta e nacque l’odierna fascia degli asteroidi, di cui Cerere è il più grande.

Paolo Beltrame e Lucio Furlanetto

Adattamento web, aggiunte e integrazioni all'articolo e alle immagini: Lucio Furlanetto

Immagine 1: Copyright © 2004 del CAST
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