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I Mondi Esterni

Ai confini del Sistema Solare

Urano

Urano e le sue lune
27/09/2017 20:50 UT
Telescopio Schmidt-Cassegrain diametro 200mm, lunghezza focale 2000mm (f/10)
Montatura Skywatcher EQ6 Pro
Camera CCD ATIK 16C, fuoco diretto.

Urano e cinque delle sue maggiori lune, sul totale di ventisette che gli orbitano intorno. Questa immagine e' stata ripresa attraverso un telescopio Schmidt-Cassegrain da 200mm di diametro e 2 metri di lunghezza focale. La legenda, che compare quando si passa il mouse sopra l'immagine, identifica le cinque lune piu' grandi e due stelle sullo sfondo del campo ripreso dal telescopio. Urano appare come un disco dai bordi sfuocati per via dell'esposizione prolungata (30 secondi) necessaria per poter evidenziare i deboli satelliti; la luminosita' del pianeta a fatto si' che la parte interessata del sensore CCD si saturasse, generando l'effetto di un disco fittizio. Queste cinque lune, riprese nella foto, furono battezzate dai nomi dei personaggi nelle opere di William Shakespeare e Alexander Pope; furono scoperte con l'osservazione da Terra in epoche diverse: le prime due furono Titania ed Oberon nel 1787 da parte di William Herschel che aveva scoperto lo stesso pianeta solo sei anni prima; nel 1840 fu la volta di Ariel ed Umbriel da parte di William Lassell; infine nel 1948 venne scoperto Miranda da parte di Gerard Kuiper; nella foto a lato quest'ultimo satellite e' appena percettibile immediatamente in basso, vicinissimo ad Urano.

Nei piccoli telescopi amatoriali i pianeti piu' esterni del Sistema Solare appaiono praticamente puntiformi; Urano, per esempio, appare dalla Terra come un microscopico dischetto di 4 secondi di arco di diametro, cioe' 450 volte piu' piccolo della Luna vista ad occhio nudo: tutto quello che puo' essere osservato con questi strumenti e' un oggetto di apparenza stellare contornato dalle sue piccole e deboli lune; per poter vedere di piu' servono telescopi ben piu' grandi di quelli a disposizione del semplice appassionato di astronomia.
Urano e' un pianeta molto particolare per diverse ragioni: innanzi tutto pur essendo composto per la maggior parte di idrogeno ed elio non puo' essere paragonato agli altri due giganti gassosi Giove e Saturno, sia per le dimensioni piu' piccole (e' circa un terzo del diametro di Giove) sia per la differente composizione chimica complessiva, con la presenza di acqua, metano, ammoniaca ed altri idrocarburi in proporzioni piu' elevate rispetto agli altri due; in questo senso Urano somiglia piu' a Nettuno ma, ancora una volta, si differenzia per un'altra caratteristica fondamentale: il pianeta emette pochissimo calore interno, al contrario di tutti gli altri giganti gassosi, Nettuno incluso, dove l'emissione di calore, principalmente sotto forma di radiazione infrarossa, puo' anche essere doppia rispetto a quella ricevuta dal Sole. Altra caratteristica pressoche' unica di questo pianeta e' l'elevata inclinazione del suo asse di rotazione: 97,8° in pratica Urano ruota intorno al Sole "rotolando" sulla sua orbita. Per spiegare l'origine di tale stranissimo comportamento e' stato ipotizzato che, miliardi di anni fa, il pianeta sia entrato in collisione con un altro corpo massiccio, forse delle dimensioni due o tre volte quelle della Terra; l'urto avrebbe causato la modifica dell'asse di rotazione e potrebbe anche spiegare la bassa produzione di calore interno: in quella collisione gran parte di quel calore si perse nello spazio. Un'altra ipotesi avanzata per spiegare la bassa produzione di calore e' che esista, nella parte superiore dell'atmosfera di questo pianeta, una qualche tipo di "barriera" che impedisce al calore interno di liberarsi nello spazio, come due strati composti da sostanze differenti.

Sir Frederick William Herschel, la cui immagine e' riprodotta qui a lato, scopri' Urano il 13 marzo 1781, tuttavia non capi' subito di cosa veramente si trattasse: in effetti nessuno aveva mai pensato che potessero esistere altri pianeti oltre a quelli conosciuti anticamente e visibili ad occhio nudo. Urano, con la sua magnitudine media di 5,5, e' praticamente al di la' della portata dell'occhio umano sprovvisto di strumenti, anche perche' si confonde naturalmente con la moltitudine di deboli stelle. In un primo momento egli penso' di aver scoperto una cometa, visto che aveva notato il suo lento movimento nel cielo e penso' quindi che si trovasse ancora molto lontano dal Sole: comunico' la sua scoperta solo il 26 aprile, continuando a considerarlo una semplice cometa. Nel 1783 fu invece provato che si trattava di un pianeta ed allora inizio' un controverso periodo in cui diversi astronomi, spesso in ragione della loro nazionalita', attribuirono al nuovo mondo i nomi piu' disparati: Herschel stesso lo battezzo' Georgian Planet (pianeta di Giorgio) in onore del Re di Gran Bretagna Giorgio III, mentre il francese Jerome Lalande lo chiamo' semplicemente Herschel nel 1784, perche' al di fuori del Regno Unito nessuno aveva accettato il nome suggerito dallo scopritore. Inizio' quindi un lungo periodo in cui furono proposti una pletora di nomi: da Minerva a Cibele passando per Astrea e per gli improbabili Hypercronius e Transaturnis. Alla fine Johann Elert Bode19/01/1747 - 23/11/1826. Astronomo tedesco, noto per la sua riformulazione e divulgazione della legge di Titius-Bode e per il suo contributo alla determinazione dell'orbita di Urano, per il quale suggeri' anche il nome. propose il nome Urano. Bisognera' pero' aspettare almeno fino al 1827 perche' anche la Royal Astronomical Society britannica accetti ed utilizzi normalmente questo nome.

Urano fotografato il 24 gennaio 1986 dalla sonda spaziale Voyager 2. Il pianeta mostrava alla sonda il suo emisfero meridionale e non fu possibile osservare quello settentrionale. In quel momento il polo sud di Urano si trovava nella sua fase "estiva", ossia era rivolto verso il Sole. Non sono visibili dettagli dell'atmosfera, anche se successive elaborazioni misero in evidenza alcune bande scure e formazioni nuvolose.

Urano fotografato dal Telescopio Spaziale HubbleIl piu' grande telescopio spaziale finora esistente (2020), lanciato nel 1990 e tutt'ora operativo. Ha contribuito in maniera determinante alla ricerca astronomica degli ultimi decenni. nel 2007, registrando il transito del satellite Ariel sul disco del pianeta. A differenza di quanto registrato dalla Voyager 2 sono qui visibili delle formazioni che ricordano le "bande" osservate normalmente su Giove e Saturno, seppur meno pronunciate. L'ipotesi che e' stata avanzata per spiegare questa differenza e' che nel 1986 Urano mostrava al Sole il suo emisfero meridionale, in anni piu' recenti e' l'equatore che ha avuto il Sole allo zenit: il seppur debole calore solare puo' aver innescato dei processi che portano ad una diminuzione delle foschie di metano nell'alta atmosfera, mostrando i fenomeni meteorologici sottostanti.
Di certo e' che l'anomala inclinazione dell'asse di rotazione di Urano influenzi in maniera profonda la circolazione atmosferica del pianeta, con significative variazioni dell'aspetto legato alle stagioni: passando dai solstizi agli equinozi cambia la luminosita' dei poli si intensificano i fenomeni nuvolosi nell'emisfero interessato dalla maggiore esposizione al Sole. Un'altra caratteristica misteriosa del pianeta e' che, malgrado i poli ricevano complessivamente piu' luce solare, sono le zone equatoriali ad essere, relativamente, piu' calde.
Urano e' attorniato da un sistema di 27 lune finora conosciute e da un sistema di anelli cosi' come Saturno e Giove, tuttavia il sistema di anelli di Urano e' piu' piccolo e molto meno luminoso di quello piu' celebre di Saturno.

In questa immagine scattata dal Telescopio Spaziale Hubble il giorno 8 agosto 1998 si possono ammirare i quattro anelli principali di Urano e dieci delle sue lune. Ripresa sulle lunghezze d'onda dell'infrarosso, l'immagine e' in falsi colori: sono visibili diverse formazioni nuvolose organizzate a bande, simili a quelle gia' viste su Giove e Saturno; i punto rossi sono le regioni piu' calde dell'atmosfera.
L'unica esplorazione diretta di Urano e del suo sistema di satelliti ed anelli risale al 1986 da parte del Voyager 2 durante il suo breve passaggio ravvicinato durato circa 6 ore. Nessuna altra sonda spaziale si e' avvicinata da allora al pianeta e non sono previste, a breve termine, missioni specifiche. Sul lungo periodo sono allo studio la missione europea MUSE e quella americana OCEANUS, in un futuro piu' remoto, dopo il 2034, la missione dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA) ODINUS e nel 2037 una collaborazione NASA-ESA per quella per ora definita come URANUS PATHFINDER.

Nelle immagini seguenti le cinque maggiori lune di Urano riprese dalla Voyager 2 nel 1986. La prima qui a sinistra e' Miranda che orbita intorno al pianeta ad una distanza media di 130.000 km in 1,4 giorni terrestri. Ha un diametro di soli 480 km, tuttavia la sua superficie mostra delle caratteristiche tali da paragonarlo a mondi ben piu' grandi: canyons tra i piu' profondi del Sistema Solare, faglie, profonde scarpate, pianure ondulate, fosse tettoniche, vaste aree di forma ellittica circondate da corrugamenti e zone forse interessate da criovulcanismo; il tutto testimonia una intensa attivita' geologica, certamente inusuale per un corpo celeste cosi' piccolo. Miranda dovrebbe avere un nucleo roccioso composto per la maggior parte di silicati, con un mantello formato principalmente da ghiacchio d'acqua; sulla superficie un miscuglio di silicati, carbonati e ghiaccio d'acqua con tracce di ammoniaca.

Questa immagine ripresa dalla Voyager 2 il 24 gennaio 1986 e' il risultato di quattro distinte immagini unite a mosaico e rappresentano la foto a piu' alta risoluzione a disposizione della luna di Urano Ariel; al momento delle riprese il satellite si trovava a 130.000 km dalla sonda. Ariel ha un diametro di 1.200 km e qui la risoluzione e' pari a 2,4 km per pixel; quasi al limite della soglia di rilevazione si trovano la maggior parte dei crateri che punteggiano la superficie del satellite, in quanto hanno diametri tra i 5 ed i 10 km. Il terreno densamente craterizzato e' attraversato da numerose scarpate e valli: si ritiene che queste valli si siano formate su faglie che hanno creato delle fosse tettoniche, chiamate graben; le faglie a loro volta sono state create dall'espansione della crosta di Ariel. Quelle piu' grandi sono state riempite di materiale piu' recente, come sembra testimoniare la minore craterizzazione; in questo senso la superficie di Ariel sembra abbastanza giovane, con segni recenti di attivita' geologica. Il satellite orbita a circa 190.000 km da Urano in circa due giorni e mezzo; la sua struttura appare composta da un miscuglio di roccia, materiali a base di carbonio e ghiaccio d'acqua con biossido di carbonio.

Umbriel ripreso dalla sonda Voyager 2 da una distanza di 557.000 km: la risoluzione massima e' di circa 10 km ed e' inquadrato l'emisfero meridionale. Questo satellite e' il piu' scuro delle lune principali di Urano, con riflettivita' pari a solo il 16% e simile a quella degli altipiani lunari, ed una bassa attivita' geologica; la superfice e' fortemente craterizzata ma sembrano assenti i grandi crateri con raggi luminosi visti sugli altri satelliti. In alto a destra dell'immagine, proprio a ridosso del terminatore, si trova un grande cratere del diametro di 110 km, dotato di un picco centrale luminoso; la caratteristica veramente particolare visibile in questa immagine e' pero' l'anello luminoso in prossimita' dell'equatore (in alto nell'immagine). Il diametro di questo anello e' di 140 km e potrebbe essere associato ad un cratere; e' la struttura piu' luminosa di tutta Umbriel e si pensa possa essere un deposito di brina ma, in realta', la sua natura e' del tutto sconosciuta. Il diametro del satellite e' di 1.170 km ed orbita intorno ad Urano in poco piu' di quattro giorni; la sua composizione dovrebbe essere di silicati, ghiacci di acqua e metano.

La piu' grande delle lune di Urano, Titania, fotografata dalla Voyager 2 il 24 gennaio 1986 da una distanza di 500.000 km durante la fase di avvicinamento al pianeta; l'immagine mostra dettagli fino ad una risoluzione massima di 9 km. Orbitante a 436.000 km di distanza da Urano, Titania impiega 8,7 giorni per completare un'orbita; con un diametro di 1.578 km e' la piu' grande tra tutte le lune di questo pianeta e ottava in tutto il Sistema Solare. Composta principalmente da rocce e da ghiaccio d'acqua, suddivise tra nucleo e mantello circostante, potrebbe avere uno strato di acqua allo stato liquido che li separa. Sulla superficie si notano numerosi crateri da impatto, alcuni dei quali grandi fino a 300 km, insieme a canyons e profonde scarpate; recenti osservazioni effettuate da Terra sembrano aver rilevato anche la presenza di anidride carbonica ghiacciata sulla superficie. Titania sembra quindi mostrare chiari segni di attivita' geologica anche abbastanza recente, come la grande struttura simile ad una trincea visibile in prossimita' della linea del terminatore, che divide la parte in ombra da quella illuminata, sulla destra: chiaro segno di attivita' tettonica.
Il nome del satellite deriva direttamente dall'omonima Regina delle Fate della commedia Sogno di una notte di mezza estate di William Shakespeare.

Ripresa da una distanza di 660.000 km questa immagine e' la migliore di Oberon di cui si dispone; scattata dalla Voyager 2 il 24 gennaio 1986 mostra una risoluzione massima di 12 km per pixel ed i colori sono stati rielaborati partendo da sequenze fotografiche ottenuti con diversi filtri, per cui questa immagine e' in realta' una compositazione. Il satellite ruota intorno ad Urano in tredici giorni e mezzo, ad una distanza media di 583.000 km; il suo diametro e' di 1.523 km e sembra composto da una mistura di acqua ghiacciata, rocce e materiali ricchi di carbonio non escludendo la presenza di composti organici. La superficie si rivela intensamente craterizzata, molto scura e tendente ad un colore rossastro: sono presenti grandi crateri da impatto circondati da raggi luminosi simili a quelli gia' osservati sul satellite di Giove Callisto. Proprio in prossimita' del centro e' visibile un grande cratere con un picco centrale luminoso ed una superficie interna ricoperta da materiale molto piu' scuro: può essere del materiale ghiacciato e ricco di carbonio eruttato sul fondo del cratere qualche tempo dopo che il cratere stesso si era formato. Un'altra caratteristica topografica sorprendente e' una grande montagna, alta circa 6 km, che fa capolino sul lembo inferiore sinistro.
L'origine del suo nome e' collegato a quello di Titania, infatti Oberon e' il Re delle Fate nella gia' citata commedia di William Shakespeare Sogno di una notte di mezza estate.

Foto di Nettuno scattata dalla sonda Voyager 2 il 20 agosto 1989 mentre la navicella si stava avvicinnado al pianeta per la fase di sorvolo ravvicinato del 25 agosto. Quasi al centro del disco e' visibile una formazione chiamata Grande Macchia Nera, per analogia con la Grande Macchia Rossa di Giove, circondata da formazioni nuvolose bianche simili a cirri; un'altra tempesta scura ma piu' piccola della precedente, denominata Dark Spot Junior, si trova in basso a sinistra.
Nettuno appare quasi come un gemello di Urano, in quanto condivide con quest'ultimo molte caratteristiche, innanzi tutto le dimensioni poi la composizione interna e quella dell'atmosfera. L'atmosfera di Nettuno appare composta di idrogeno ed elio con rilevanti proporzioni di acqua, ammoniaca, metano, idrocarburi vari e probabilmente anche azoto; in questa si differenzia dai giganti gassosi Giove e Saturno dove le proporzioni di questi composti chimici sono notevolmente piu' basse. Come Urano, inoltre, nella composizione interna non si trova l'idrogeno allo stato degenere di "metallo" probabilmente presente su Giove e Saturno, in quanto le pressioni esercitate nelle regioni interne non sono sufficienti; troviamo piuttosto un fluido di acqua, ammoniaca e metano ad alta conduttibilita' elettrica ed elevata temperatura che circonda a sua volta un nucleo ricco di ferro, nickel e silicati. A differenza di Urano, pero', Nettuno emette molto piu' calore di quello che riceve dal Sole e di calore dalla nostra stella ne arriva davvero poco, in quanto la temperatura media sulla sommita' delle nubi si aggira intorno ai -223°C. Alla maggiore produzione di calore interno si deve, probabilmente, anche la maggiore attivita' atmosferica, cosi' come fu registrata dalla Voyager 2 nel 1989; vaste formazioni anticicloniche, paragonabili alla Grande Macchia Rossa di Giove, tempeste a latitudini medio-alte, nubi bianche ghiacciate e, soprattutto, i venti piu' forti dell'intero Sistema Solare, con velocita' che possono raggiungere i 2.100 km orari.

Quest'altra immagine di Nettuno e' stata costruita dall'unione di due foto riprese con filtri diversi dalla Voyager 2 e mostra tutte e tre le caratteristiche principali viste dalla sonda durante il suo flyby con il pianeta: la Grande Macchia Nera o Great Dark Spot si trova in alto, sempre accompagnata da bianche formazioni nuvolose che ricordavano i cirri terrestri e che cambiavano aspetto con soprendente rapidita'; a sud la struttura nuvolosa denominata scooter, per via della sua elevata velocita', maggiore delle altre formazioni nuvolose; ancora piu' a sud la Dark Spot 2 o Dark Spot Junior con la sua parte centrale luminosa. Ognuno di questi elementi si sposta in direzione est a velocita' diverse. Le macchie dovrebbero essere formazioni anticicloniche che appaiono nere in quanto si trovano piu' in profondita' nell'atmosfera; le nubi bianche, principalmente la scooter si trovano invece ad altitudini piu' elevate, il che spiega anche la loro maggiore velocita' in quanto spinte da venti molto piu' forti.
L'atmosfera rappresenta complessivamente non piu' del 10% della massa del pianeta ed occupa al massimo il 20% del suo raggio, nelle sue regioni piu' profonde si trovano concentrazioni sempre maggiori di metano, ammoniaca ed acqua: in queste regioni piu' calde ed oscure si attua una transizione verso un mantello fluido ad elevata temperatura (circa 5.000 °K) e ad alta conducibilita' elettrica, definito come un oceano di acqua ed ammoniaca anche se sono presenti anche metano ed altri composti; ad un profondita' di circa 7.000 km il metano potrebbe decomporsi in cristalli di diamanti che precipiterebbero verso il nucleo. Quest'ultimo dovrebbe essere composto da ferro, nichel e silicati, con un massa di poco superiore a quella dell'intero nostro pianeta ed una pressione milioni di volte superiore a quella presente sulla superficie del nostro pianeta.

Come per Urano, anche Nettuno venne scoperto dopo l'invenzione dei telescopi in quanto entrambi non erano visibili ad occho nudo come per gli altri pianeti noti fin dall'antichita'; la differenza tra le due scoperte e' pero' profonda: mentre Urano fu scoperto praticamente per caso da William Herschel come gia' citato in precedenza, la storia della scoperta di Nettuno e' forse piu' affascinante e rivela in pieno la potenza delle leggi di gravitazione universale scoperte da Isaac Newton e le incredibilita' capacita' dell'ingegno umano.
Da quando era stato scoperto Urano gli astronomi si erano resi conto chele posizioni calcolate per questio pianeta differivano un poco da quelle realmente osservate: fu ipotizzato che queste anomalie fossero dovute all'azione perturbante di un altro corpo celeste situato su un'orbita piu' esterna. Urano era stato scoperto nel 1781 e nel 1821 Alexis Bouvard aveva pubblicato un primo studio sui suoi parametri orbitali; si dovette pero' attendere fino al 1843 quando John Couch Adams e tre anni dopo Urban Le Verrier completarono i calcoli: l'astronomo Johann Gottfried Galle assistito in maniera determinante da Heinrich Louis d'Arrest scoprirono Nettuno ad un solo grado di distanza dove era stato previsto dai calcoli. Nell'estate del 1846 era iniziata una vera e propria gara tra gli astronomi britannici, che seguivano le indicazioni fornite da Adams, e quelli tedeschi che si attenevano alle posizioni previste da Le Verrier; sfruttando pero' sia delle migliori carte celesti sia un metodo osservativo molto piu' efficace, suggerito da d'Arrest, i tedeschi riuscirono ad identificare il nuovo pianeta il 23 settembre 1846. In seguito si scopri' che l'astronomo inglese James Challis, incaricato dagli inglesi per la ricerca del nuovo pianeta, lo aveva osservato per ben due volte nel mese di agosto dello stesso anno; purtroppo non era stato in grado, sia per i motivi gia' descritti ma anche per scarsa convizione nella ricerca, di identificarlo come tale e lo aveva confuso con le stelle dello sfondo.

Dopo appena diciassette giorni dalla scoperta, William Lassell scopri' la piu' grande delle lune di Nettuno, Tritone. Nel 1989 la sonda Voyager 2 fu la prima, e per ora l'unica, a fotografare questo lontano mondo da vicino: in questa immagine risulta inquadrata la regione meridionale del satellite che ha un diametro di 2.700 km ed orbita in poco meno di sei giorni ad una distanza media di circa 355.000 km dal pianeta con moto retrogrado, ovvero nel senso opposto al moto di rotazione intorno al proprio asse di Nettuno; per questo motivo ed anche perche' la sua composizione ricorda molto quella di Plutone, si pensa che Tritone non si sia formato in prossimita' di Nettuno ma che provenga dalla cosiddetta Fascia di Kuiper, di cui si parlera' piu' avanti.
La foto, ottenuta assemblando insieme dodici scatti singoli della Voyager 2, rivela una superficie molto particolare: la calotta polare sud si trova nella parte superiore dell'immagine ed ha un colore rosato, a nord della calotta (quindi verso il basso dell'immagine) il terreno diventa piu' scuro e di una tonalita' rossastra; lunghe linee, come fratture o faglie nella crosta superficiale, attraversano vasti territori. La craterizzazione e' molto contenuta, ad indicare una superficie abbastanza giovane, soggetta ad attivita' geologica anche piuttosto recente: sono state osservate creste, depressioni, solchi, cavita', altipiani e pianure ghiacciate ma sostanzialmente la superficie e' abbastanza piatta, con una topografia che varia al massimo di un km.

La superficie di Tritone e' composta per la maggior parte da azoto congelato, al di sotto della quale si dovrebbe trovare un mantello di acqua ghiacciata sovrastante un nucleo roccioso e ricco di metalli. A conferma della presunta ed intensa attivita' geologica si notano, specie in questa immagine, dei geyser o vulcani ghiacciati in attivita' che eruttano presumibilmente azoto misto con polveri e composti del metano: il materiale espulso va a ricoprire la superficie e contribuisce a creare l'atmosfera osservata dalla Voyager 2 e confermata piu' tardi anche da osservazioni effettuate da Terra con grandi telescopi, in cui sembra addirittura che lo strato atmosferico fosse diventato piu' denso. Grazie alla Voyager 2 furono identificati almeno cinquanta colonne scure, corrispondenti forse ad altrettanti criovulcani; e' stato anche coniato il termine Plume dalla lingua inglese per identificare una singolare caratteristica che si e' trovata solo su Tritone, ovvero una emissione di una colonna di vapori emessi per effetto del criovulcanesimo; i pennacchi osservati dalla Voyager 2 arrivavano anche ad una quota di otto km. L'origine di tale fenomeni viene fatta risalire all'irradiazione solare che, per quanto estremamente ridotta per via della grande distanza, ha comunque un effetto notevole vista la bassissima temperatura superficiale di Tritone: in media 38° Kelvin, equivalenti a -235°C, che rende questo satellite il luogo piu' freddo dell'intero Sistema Solare, ancora piu' di Plutone. Un'altra caratteristica pressoche' unica di questa luna e' il terreno detto a cantalupo, ovvero somigliante alla buccia di un melone.

La seconda luna di Nettuno ad essere scoperta fu Nereide nel 1949 da parte di Gerard Kuiper, anche se in termini di dimensioni questo satellite e' solo il terzo nel sistema nettuniano; la sonda Voyager 2, durante il suo avvicinamento nel 1989, non fu in grado di riprendere immagini dettagliate di questa luna, per cui la sua geologia rimane un mistero visto anche che nessun'altra missione e' stata condotta finora su Nettuno. Di certo e' che la sua orbita e' la piu' eccentrica tra tutti i satelliti del Sistema Solare, con una eccentricita' di 0,72 circa dove l'eccentricita' pari a 1 equivale ad una curva aperta, ovvero una parabola e non piu' un'ellisse. Osservazioni da Terra hanno anche mostrato saltuari variazioni di luminosita' che arrivano fino ad una magnitudine, facendo pensare che le dimensioni di Nereide siano molto irregolari con una superficie differenziata in capacita' riflettenti.
Nel 1981, in modo abbastanza causuale, fu scoperto telescopicamente un terzo satellite di Nettuno denominato Larissa; la scoperta fu effettivamente molto fortuita in quanto si baso' su osservazioni di occultazioni stellari da parte di Nettuno e capito' proprio che questo satellite occultasse una stella, evento piuttosto raro; in effetti nessun'altro astronomo fu poiin grado di rintracciare questa luna fino alla missione del Voyager 2 nel 1989, quando il satellite fu fotografato, confermando la scoperta. In quell'occasione la sonda spaziale scopri' complessivamente sei nuove lune, di cui la piu' grande fu chiamata Proteus che e' anche la seconda in dimensioni e precede Nereide in questa speciale classifica; la Voyager 2 ottenne anche delle foto ravvicinate del satellite, come quella a lato scattata il 25 agosto 1989 ad una distanza di 146.000 km, con una risoluzione di 2,7 km per pixel. Proteus ha un diametro di circa 440 km, anche se la sua forma e' piuttosto irregolare e quindi sarebbe piu' corretto citare le sue dimensioni complete: 440x416x404 km; per contro Nereide, scoperto ben 33 anni prima telescopicamente da Terra, ha un diametro di soli 340 km. L'apparente incongruenza di un satellite piu' grande scoperto molto tempo dopo un piu' piccolo, si spiega con il fatto che mentre Nereide ha una superficie complessivamente piu' riflettente ed orbita molto lontano dal pianeta principale, Proteus e' molto scuro e si trova vicinissimo a Nettuno, per cui risultava molto difficile individuarlo anche con grandi telescopi da Terra, almeno quelli disponibili all'epoca. Nel 2004 sono stati scoperti altri satelliti da osservazioni compiute da Terra, grazie anche a nuovi strumenti ed all'ausilio del Telescopio Spaziale Hubble; nel 2013 e' stato scoperto quello che, per ora, e' l'ultimo della lista ed esattamente il quattordicesimo: Hippocamp.

Come gli altri giganti gassosi, anche Nettuno ha un proprio sistema di anelli planetari anche se molto deboli ed assolutamente non paragonabili a quelli di Saturno. Si tratta di strutture estremamente sottili e se ne riconoscono diversi concentrici, chiamati con i nomi degli astronomi coinvolti con la storia della scoperta del pianeta e della sua luna principale. Il primo anello ad essere scoperto fu nel 1968 ma in seguito si penso' che mostrasse delle interruzioni: durante delle osservazioni di un'occultazione stellare nel 1984, si registrarono diminuzioni di luminosita' della stella quando questa si avvicinava prospetticamente a Nettuno ma non si rilevarono le analoghe fluttuazioni quando la stella si stava allontanando, come sarebbe dovuto essere nel caso di anelli concentrici e completi. In realta' fu poi la Voyager 2 nel 1989 a svelare il mistero: gli anelli di Nettuno erano molteplici e strutturati in gruppi. La causa che puo' aver generato questa struttura non e' ancora ben chiara ma potrebbe essere legata ad interazioni gravitazionali con alcune delle piccole lune che orbitano in prossimita' degli anelli stessi; l'anello piu' interno, intitolato al matematico inglese Adams, mostra ben cinque archi chiamati Courage, Liberte', Egalite' 1, Egalite' 2 e Fraternite' la cui esistenza pone non pochi problemi di meccanica celeste, in quanto in condizioni normali archi di questo tipo dovrebbero dissolversi nel giro di pochissimo tempo. E' opinione di alcuni ricercatori che sia la luna Galatea, la cui orbita e' interna all'anello, a mantenere parzialmente stabili queste strutture; tuttavia studi recenti hanno mostrato come gli anelli stessi stiano decadendo e che l'arco Liberte' potrebbe dissolversi entro la fine di questo secolo. Lo stesso satellite Galatea potrebbe, in futuro, schiantarsi su Nettuno oppure essere disgregato dalle forze mareali fino a creare un nuovo anello.

Qui a destra la riproduzione delle lastre fotografiche che portarono alla scoperta di Plutone nel 1930; le frecce indicano la posizione del corpo celeste il 23 ed il 29 gennaio 1930. Scoperto dall'astronomo americano Clyde Tombaugh nel 1930, Plutone e' rimasto un mondo misterioso fino al 2015, anno in cui la sonda spaziale americana New Horizons lo ha sorvolato a distanza ravvicinata, trasmettendo le prime immagini ed i primi dati. Anche nei telescopi piu' potenti, infatti, Plutone si presentava come un debole puntino luminoso: impossibile scorgere qualunque tipo di dettaglio superficiale. Solo il Telescopio Spaziale Hubble, tra il 2002 e il 2003, era riuscito a scorgere alcune macchie scure e chiare, senza pero' avere la pretesa di poter fornire dei dettagli. Praticamente la vera conoscenza di Plutone inizia nel luglio del 2015 con la New Horizons attraverso una serie di spettacolari fotografie, dati sulla sua atmosfera, sulla sua struttura superficiale e persino su quella interna.

Plutone fotografato dalla sonda New Horizons. La foto fu scattata il 14 luglio 2015 durante il flyby da parte della sonda sul corpo celeste ed e' stata elaborata per aumentare il contrasto e permettere un migliore riconoscimento delle diverse tipologie di strutture geologiche; la superficie mostra una notevole gamma di colori tenui, esaltati in questa vista da un arcobaleno di azzurri pallidi, gialli, arancioni e rossi profondi. Molte forme del terreno hanno i loro colori distinti, che raccontano una complessa storia geologica e climatologica che gli scienziati hanno appena iniziato a decodificare. La risoluzione di questa immagine e' di 1,3 km per pixel. La regione bianca a forma di cuore sulla destra del disco e' stata chiamata Tombaugh Regio in onore dello scopritore di Plutone; la Cthulhu Macula e' invece la vasta area scura a sinistra e il suo nome deriva direttamente dai romanzi di Howard Phillips Lovecraft che si riferi' ad un pianeta ancora non scoperto e su cui risiedevano orribili mostri alieni. I racconti di Lovecraft sono precedenti al 1930, anno della scoperta di Plutone, pero' il mondo a cui faceva riferimento lo scrittore e' stato assimilato chiaramente ad esso, anche perche' veniva posto proprio ai confini del Sistema Solare, esattamente come Plutone. Sopra la Cthulhu Macula si trova la Lowell Regio, chiamata in questo modo in onore del grande astronomo Percival Lowell che cerco' instancabilmente ma anche inutilmente Plutone per piu' di dieci anni: solo la sua morte, avvenuta nel 1916, pote' fermare la ricerca dell'astronomo.

Questa immagine e' il risultato di una compositazione di due foto provenienti da due strumenti diversi di cui e' equipaggiata la sonda New Horizons: la Multispectral Visible Imaging Camera (MVIC) che opera sulle lunghezze d'onda del visibile e la Linear Etalon Imaging Spectral Array (LEISA) che e' sostanzialmente uno spettrometro ad infrarossi. Le regioni colorate in blu sono quelle dove si registra la presenza di ghiaccio d'acqua in superficie: le maggiori concentrazioni sembrano trovarsi nella Virgil Fossa, ovvero la Fossa di Virgilio intitolata al poeta latino Publio Virgilio Marone che guido' Dante Alighieri nel suo viaggio attraverso l'Inferno ed il Purgatorio nella Divina Commedia, una frattura lunga complessivamente 714 km nella superficie di Plutone proprio ad ovest del cratere Elliot, intitolato invece allo scopritore della sua atmosfera James Elliot (1943-2011), del diametro di 96 km; formazioni che si trovano sulla sinistra dell'immagine. Importanti depositi si trovano anche nella regione di Bare' Montes, sulla destra nella foto: si trovano anche diversi affioramenti di minore entita' in corrispondenza di crateri da impatto e valli tra le montagne; complessivamente l'immagine copre un'estensione di circa 450 km.
In generale le montagne sembrano costituite da acqua ghiacciata mentre il 98% della superficie e' composto da azoto, sia allo stato ghiacciato sia in quello liquido, monossido di carbonio e tracce di metano; la temperatura superficiale oscilla tra i -223°C e i -233°C. In alcune regioni si sono formate delle dune sagomate in diversi millenni dai venti che soffiano nella debole e tenue atmosfera di questo stupefacente corpo celeste: sostanzialmente la superficie appare piuttosto giovane, in alcuni punti non dovrebbe avere piu' di 180.000 anni di eta'; questo sembrerebbe dovuto all'azione combinata di movimenti tettonici, glaciazioni, spostamento di masse ed attivita' di criovulcani

Appena quindici minuti dopo il suo massimo avvicinamento a Plutone, la New Horizons scatto' questa foto guardando indietro, in direzione del Sole, ed inquadrando uno scenario suggestivo: le montagne al tramonto e le pianure di ghiaccio che si estendono fino all'orizzonte. A destra la liscia pianura denominata Sputnik Planum, fiancheggiata ad ovest (sinistra) da aspre montagne ghiacciate che raggiungono altezze fino a 3.500 metri, tra cui le Norgay Montes in primo piano e Hillary Montes sulla linea dell'orizzonte. La retroilluminazione evidenzia in maniera ancora piu' marcata una dozzina di strati di foschia nella tenue ma estesa atmosfera di Plutone. Al momento dello scatto la sonda si trovava a 11.000 km di distanza e l'immagine abbraccia un campo equivalente di 1.250 km.
L'atmosfera di Plutone e' formata essenzialmente da azoto, monossido di carbonio e metano; un tempo si pensava che quando questo mondo si trovava piu' lontano dal Sole la sua atmosfera congelasse completamente ricadendo sulla superficie, viceversa sia osservazioni da Terra sia quelle della New Horizons hanno rivelato che l'atmosfera sembra stabile e che sia soggetta a variazioni stagionali. Hanno molto contribuito alla ricerca alcune occultazioni stellari da parte di Plutone, avvenute sia negli anni settanta ed ottanta del secolo scorso, sia quelle dei primi anni duemila. Le ultime osservazioni avevano rivelato che la densita' dell'atmosfera su quel lontano mondo sia piu' che raddoppiata dagli anni ottanta; il fenomeno puo' essere spiegato con il ritorno del Polo Sud plutoniano alla luce del Sole dopo 120 anni di oscurita': la sublimazione della calotta polare di azoto potrebbe aver quindi provocato l'aumento della densita' dell'atmosfera.

L'interno di Plutone dovrebbe mostrare un nucleo roccioso circondato da un mantello formato da un miscuglio di roccia, ghiaccio d'acqua e metano; e' possibile che esiste uno strato, dello spessore di un centinaio di km, di acqua allo stato liquido proprio sotto la crosta congelata. Nel 2016 alcuni studi hanno mostrato che l'impatto di un corpo asteroidale che avrebbe creato la Sputnik Planitia avrebbe fatto risalire in superficie l'acqua imprigionata in tale oceano sotterraneo, questa, esposta ai rigori dello spazio, si sarebbe quindi rapidamente congelata creando la liscia pianura che oggi possiamo osservare.
Il nucleo dovrebbe occupare il 70% dell'intero diametro di Plutone che e' anche privo di campo magnetico.

Intorno a Plutone orbitano cinque satelliti: il piu' grande e' Caronte scoperto nel 1978, seguiti dalla scoperta nel 2005 di Nix e Hydra, Cerberus nel 2011 ed infine Styx nel 2012; gli ultimi quattro sono stati tutti individuati grazie al Telescopio Spaziale Hubble come visualizzato in questa foto scattata nel 2012.

Il piu' interessante di tutti e' senza ombra di dubbio Caronte: il suo diametro e' di circa 1.200 km, il che rende il sistema Plutone-Caronte molto piu' simile ad un sistema doppio rispetto al normale rapporto pianeta-satellite; in effetti il baricentro orbitale del sistema non e', in questo caso, all'interno del corpo principale del sistema ma si trova all'esterno di Plutone. In sostanza entrambi i corpi celesti orbitano intorno al comune centro di massa ed ognuno dei due corpi mostra la stessa faccia verso l'altro; ne consegue che, visto da Plutone, Caronte sara' sempre fisso nello stesso punto del cielo e sempre rivolgendo il medesimo emisfero, stessa cosa per Plutone visto da Caronte; in sostanza i due corpi sono reciprocamente bloccati in una rotazione sincrona.

La superficie di Caronte e' poi altrettanto interessante: non mostra i colori e le luminosita' di Plutone ed e' sostanzialmente scura, con una calotta polare nord ricoperta da una strato di colore rosso scuro e composto da macromolecole organiche denominate toline, presenti anche su altri mondi ghiacciati del Sistema Solare; la loro formazione potrebbe essere stata causata da materiali rilasciati da Plutone e depositatesi sul vicino Caronte. La crosta pare essere composta principalmente di ghiaccio d'acqua e la mancanza di crateri da impatto, specie nell'emisfero sud, sembra testimoniare una qualche tipo di attivita' geologica abbastanza recente; sono presenti, inoltre, vaste fosse tettoniche (canyon) che coprono una lunghezza fino a 1.000 km lungo la zona equatoriale, con "scogliere" alte fino a 9.000 metri. La struttura interna dovrebbe essere abbastanza simile a quella di Plutone: un nucleo roccioso ed un mantello ghiacciato che lo circonda, privo pero' del possibile oceano sotterraneo di acqua.

Ancora una ripresa di Caronte dalla New Horizons. Viene qui evidenziato un dettaglio molto particolare: una montagna che emerge direttamente da una profonda depressione superficiale; la cosa e' estremamente insolita e ha suscitato le perplessita' dei geologi. Il diametro alla base e' di circa 40 km e la montagna dovrebbe avere un'altezza tra i 3 e i 4 km; il vero e proprio fossato che la circonda ha una profondita' tra 1 e 2 km al di sotto dell'atrea circostante. Si ipotizza che possa trattarsi di un criovulcano e che la depressione possa essere stata creata da una camera di acqua ed ammoniaca che si restringe progressivamente.
La montagna e' stata chiamata Mons Kubrick in onore del regista Stanley Kubrick con delibera dell'Unione Astronomica Internazionale del 11 aprile 2018; talvolta viene anche chiamata la "Montagna di Caronte" oppure "Montagna del Fossato".

Come accennato la scoperta di Plutone si deve all'astronomo americano Clyde Tombaugh nel 1930 tuttavia la ricerca di questo corpo celeste era iniziata molto tempo prima, addirittura nel 1781. Subito dopo la scoperta di Urano proprio nel 1781 gli astronomi avevano gia' dedotto che doveva esistere un nuovo pianeta ancora piu' lontano che perturbava gravitazionalmente la sua orbita. Nel 1846 fu effettivamente scoperto Nettuno, distante quattro miliardi e mezzo di km dal Sole, pero' ancora una volta i calcoli sembravano dimostrare che esisteva un ulteriore pianeta, ancora piu' lontano, che perturbava le orbite di entrambi i nuovi mondi. Con la scoperta di Plutone pero' il problema non si risolse, in quanto la massa del nuovo corpo non sembrava sufficiente a giustificare le perturbazioni osservate; fu solo molto piu' tardi che si scopri' che le masse di Urano e Nettuno erano diverse da quelle inizialmente calcolate, per cui le perturbazioni nelle loro orbite potevano essere giustificate senza che fosse necessaria la presenza di un altro pianeta. La coincidenza incredibile fu che Plutone fu scoperto a poca distanza nel cielo dalla posizione predetta in base ai calcoli errati.
La storia assume dei connotati ancora piu' paradossali e, se vogliamo, drammatici perche' alla ricerca di Plutone si dedico' in particolare il famoso astronomo statunitense Percival Lowell negli ultimi otto anni della sua nell'osservatorio astronomico di Flagstaff da lui stesso costruito e che diresse fino alla sua morte, nel 1916. Solo un anno prima di morire, nel 1915, predisse la posizione del pianeta ancora sconosciuto, quando Tombaugh lo scopri' nel 1930 lo trovo' effettivamente a poca distanza da dove aveva predetto Lowell. Per onorare la sua ricerca il simbolo di Plutone e' un monogramma stilizzato formato dalle iniziali del suo nome, P e L.
L'avventurosa storia di Plutone non finisce pero' qui, altri avvenimenti e vicissitudini dovevano infatti ancora interessarlo. Dopo una lunga diatriba tra astronomi, durata diversi anni, nel 2006 l'Unione Astronomica Internazionale in seguito a una travagliata riunione decise di declassare Plutone da pianeta al rango di pianeta nano accumunandolo ad un altro corpo di forma planetaria ma con un diametro troppo modesto per essere definito pianeta, ovvero Cerere, che orbita insieme ad una miriade di altri oggetti piu' piccoli in una fascia compresa tra Marte e Giove. Nel frattempo sono stati scoperti altri corpi minori di forma sostanzialmente sferica ma anche loro troppo piccoli per essere definiti come pianeti: questi oggetti, denominati Trans-Nettuniani si trovano sulle orbite piu' esterne del Sistema Solare e sembrano simili a Plutone; anche questi sono stati inseriti in questa nuova categoria di pianeti nani. Sorprendemente si sono sollevate diverse proteste in seguito a questa decisione, sia da una parte della comunita' astronomica sia dal grande pubblico; nel 2009 lo stato dell'Illinois ha addirittura votato una legge che ristabilisce di fatto lo status di "pianeta" a Plutone. In questa pittoresca decisione ha sicuramente contribuito, e non poco, il fatto che lo scopritore di Plutone, Clyde Tombaugh, fosse originario proprio dello stato dell'Illinois.

Oggetti Trans-Nettuniani

Con il termine di Trans-Nettuniani si intendono tutti quei corpi celesti orbitanti intorno al Sole che si trovano al di la' dell'orbita di Nettuno; anche Plutone, una volta che e' stato declassato a pianeta nano, ha trovato posto in questa categoria. Gli oggetti piu' grandi tra i Trans-Nettuniani sono stati classificati anche loro come pianeti nani: Eris, scoperto nel 2005, dista in media dal Sole piu' di 10 miliardi di km ma si trova su un'orbita molto eccentrica che lo porta ad avvicinarsi alla nostra stella fino a 5,6 miliardi di km per poi allontanarsi fino a oltre 14,5 miliardi di km; l'intero percorso intorno al Sole viene eseguito in poco piu' di 556 anni. Eris ha dimensioni paragonabili a Plutone, con un diametro che dovrebbe essere intorno ai 2.300 km e possiede anche un satellite, battezzato Disnomia, del diametro approssimativo di 250 km. Un altro oggetto classificato come pianeta nano appartenente alla stessa categoria e' Makemake, scoperto il 31 marzo 2005 ed orbitante ad una distanza media dal Sole di 6,8 miliardi di km; con un diametro presunto di 1.502 km si tratta del terzo oggetto Trans-Nettuniano in dimensioni dopo Plutone ed Eris. Come luminosita', invece, si trova al secondo posto dopo Plutone con un capacita' riflettente del 77%, il che fa pensare che la superficie sia quasi interamente ricoperta da ghiacci e che quindi la temperatura media non dovrebbe essere lontana dai 32°K ovvero -241°C. Makemake impiega quasi 310 anni per compiere una rivoluzione completa intorno al Sole su un'orbita fortemente inclinata e possiede una piccola luna del diametro approssimativo di 160 km ad una distanza di 21.000 km su un'orbita circolare.
L'immagine riporta i piu' grandi oggetti Trans-Nettuniani finora conosciuti (dicembre 2019). Solo per Plutone e Caronte sono disponibili foto reali, per gli altri corpi si tratta di ricostruzioni teoriche basate sui dati osservativi finora raccolti e sui probabili parametri fisici che li caratterizzano. La Terra in basso e la Luna a sinistra sono posti come riferimento per le dimensioni relative.

Una rappresentazione artistica di Eris e della sua luna Dysnomia ricostruita in base alle osservazioni effettuate dall'Osservatorio La Silla in Cile dell'European Southern Observatory.
La superficie di Eris dovrebbe presentare del metano ghiacciato, simile a quello osservato su Plutone e sul maggiore dei satelliti di Nettuno, Tritone. Si tratta di una caratteristica non comunune anche per degli oggetti cosi' distanti dal Sole, tanto che fino a questo momento e' stato rilevato solo in un numero limitato di corpi celesti e tutti posti a grande distanza dal Sole: infatti la presenza di una sostanza cosi' volatile in superficie allo stato ghiacciato testimonierebbe che questi corpi si siano sempre mantenuti su orbite molto distanti dalla nostra stella, dove le temperature estremamente basse possono favorire la sua formazione e la sua presenza stabile. Eris tuttavia detiene delle ulteriori peculiarita' in quanto la sua superficie sembra essere di un colore grigiastro, differente quindi da quelle di Tritone e Plutone.

Il pianeta nano Makemake e il suo satellite fotografati dal Telescopio Spaziale Hubble. La misurazione del periodo di rotazione sul proprio asse di questo oggetto ha richiesto un periodo di studio molto lungo e, anche se ancora non del tutto certo, si puo' presumere che questo sia pari a circa 22,83 ore. Le difficolta' di misurazione sono state determinate principalmente dal fatto che Makemake mostra lievissime differenze di luminosita' sulla sua superficie, al massimo pari a due centesimi di magnitudine; si e' anche ipotizzato che il pianeta nano mostri sempre uno dei poli alla Terra, per giustificare questo fenomeno. Dovrebbe anche possedere un'atmosfera transitoria nel periodo in cui si avvicina di piu' al Sole; la superficie e' ovviamente completamente ghiacciata e le analisi spettroscopiche hanno rilevato la presenza di metano, presente sotto forma di granuli delle dimensioni fino a un centimetro, etano e delle toline, quest'ultime gia' identificate su altri corpi ghiacciati del Sistema Solare e generate probabilmente da fenomeni di elettrolisi del metano. L'azoto ghiacciato, seppur presente, dovrebbe trovarsi in quantita' nettamente inferiori a quelle medie presenti sulla maggior parte degli altri oggetti Trans-Nettuniani, tali da far pensare che si sia verificato qualche fenomeno che abbia comportato la perdita di tale elemento. Altra particolarita' di questo oggetto e' la sua forte inclinazione orbitale, pari a quasi 29°, che lo porta anche molto lontano dal piano dell' eclittica, tanto che all'epoca della sua scoperta il pianeta nano si trovava nella costellazione della Chioma di Berenice. Makemake e' abbastanza luminoso che avrebbe potuto essere scoperto dallo stesso Clyde Tombaugh nel 1930, quando scopri' Plutone: tuttavia all'epoca esso si trovava in una regione piuttosto densa di di stelle, tra le costellazioni del Toro e dell'Auriga, e sarebbe comunque stato molto improbabile rilevarlo.

Ancora tra gli oggetti piu' cospicui presenti in questa regione esterna del Sistema Solare troviamo Haumea scoperto da due gruppi di ricercatori indipendenti nel 2005. Distante in media dal Sole 6,5 miliardi di km, si muove su un'orbita leggermente eccentrica e fortemente inclinata rispetto a quelle della maggior parte dei corpi del Sistema Solare; questa caratteristica lo accumuna a Makemake. Haumea impiega quasi 286 anni a completare una rivoluzione intorno al Sole ed ha raggiunto il suo punto piu' distante nel 1992. Dal punto di vista fisico questo pianeta nano possiede caratteristiche abbastanza insolite e, per prima cosa, la sua forma: le misurazioni della luminosita' superficiale hanno rivelato un periodo di rotazione intorno al proprio asse inferiore alle quattro ore; avendo dimensioni paragonabili a quelle di Plutone, si arriva alla conclusione che si tratta dell'oggetto con diametro superiore ai 100 km con il periodo di rotazione piu' rapido conosciuto nel Sistema Solare. In conseguenza di questo la sua forma dovrebbe essere fortemente ellissoidale, con dimensioni pari a 2.300 x 1.700 x 1.100 km. Sono state anche scoperte due lune di Haumea: Hi'iaka e Namaka, quest'ultimo avente un diametro di circa 170 km. Nel 2017, inoltre, delle osservazioni relative all'occultazione di una stella da parte di Haumea hanno fatto scoprire che intorno al pianeta nano dovrebbe esistere una sorta di anello di polveri, come una versione in miniatura di Saturno, che si estende per oltre 2.200 km ed una larghezza di 70 km. Il nome Haumea deriva da quello della dea hawaiana della fertilita'.
Nell'immagine di sinistra il pianeta nano e le sue due lune riprese dal Telescopio Spaziale Hubble, a destra una rappresentazione artistica, basata pero' su dati reali, di questi oggetti Trans-Nettuniani: particolarmente evidente e' la forma fortemente ellissoidale di Haumea.

Molti altri oggetti Trans-Nettuniani popolano questa zona estrema del nostro Sistema Solare, denominata anche Fascia di Kuiper. Tra i piu' rilevanti e interessanti troviamo Orcus e il suo satellite Vanth ad una distanza media dal Sole di 5,9 miliardi di km con un periodo di rivoluzione di 247 anni; il suo diametro e' ancota incerto ma dovrebbe essere compreso tra i 1.000 ed i 1.800 km; Vanth dovrebbe invece avere delle dimensioni pari a circa un quarto di Orcus. Un altro corpo celeste e' Quaoar che si posiziona a 6,5 miliardi di km ed impiega 287 anni per completare un giro intorno al Sole; ha un diametro di circa 1.250 km e possiede un satellite, chiamato Weywot, del diametro di circa 80 km. Poi ancora Ixions, anche questo orbitante ad una distanza media di 5,9 miliardi di km con periodo di rivoluzione di 248 anni, con un diametro di un migliaio di km circa e una superficie che sembra mostrare una pressoche' assoluta assenza di ghiacci d'acqua con, viceversa, una massiccia presenza di depositi di carbonio e di composti organici. Varuna che si colloca a circa 6,5 miliardi di km e ha un diametro sempre intorno al migliaio di km; Varuna completa un'orbita in 283 anni. Salacia si trova ad una distanza di 6,2 miliardi di km con un diametro intorno ai 900 km accompagnato da una luna di circa 300 km di diametro.
Nell'immagine a lato una visione dall'alto, in proiezione polare, delle orbite di alcuni degli oggetti facenti parte della Fascia di Kuiper, tra cui Quaoar, Varuna e Makemake. L'orbita di Quaoar e' in giallo, quella di Plutone viola e quella di Nettuno in blu.

Tutti questi oggetti sono considerati Trans-Nettuniani in quanto le loro orbite giacciono al di la' di quella di Nettuno; in questo senso anche Plutone, oramai declassato a pianeta nano, viene compreso in questa grande categoria. Finora sono stati scoperti circa un migliaio di questi corpi celesti ma si stima che ce ne possano essere almeno centomila con un diametro superiore ai 100 km. All'interno di questa grande categoria e' pero' necessario fare alcune distinzioni: tutti gli oggetti finora descritti risiedono nella gia' citata regione dello spazio interplanetario chiamata Fascia di Kuiper, che si estende appossimativamente da circa 4,5 miliardi a 7,5 miliardi di km dal Sole, ovvero dall'orbita di Nettuno verso l'esterno; tutti i corpi celesti che si trovano al suo interno vengono anche chiamati KBO (Kuiper Belt Object). L'unica eccezione tra i pianeti nani finora presentati e' rappresentata da Eris, che non si adatta perfettamente alle condizioni per essere un KBO in quanto la sua massima distanza dal Sole supera abbondantemente i 7,5 miliardi di km, spingendosi fino a 14,5. Eris quindi dovrebbe essere inserito in un'altra categoria: quella degli oggetti facenti parte del Disco Diffuso la cui parte piu' interna sfuma nella Fascia di Kuiper mentre quella piu' esterna dovrebbe coprire fino ad una distanza di 15 miliardi di km ed oltre. Un altro oggetto con orbita simile a quella di Eris e' 2007 OR₁₀, chiamato in via provvisoria Gonggong dal nome di una divinita' cinese: la sua orbita lo porta infatti da una distanza minima dal Sole di 4,9 miliardi di km fino a 15,1 miliardi di km, quindi la distanza media risulta essere di circa 10 miliardi di km. Questo pianeta nano ha un diametro stimato di 1.500 km e possiede anche un piccolo satellite che non dovrebbe superare il diametro di 100 km.
Nell'immagine sono rappresentate le orbite di Eris e 2007 OR₁₀ confrontate con quelle di Plutone: a vista e' dall'alto rispetto al piano dell'orbita terrestre (eclittica) e da questo punto di vista non e' possibile apprezzare le inclinazioni delle orbite: quella dell'orbita di Eris e' di 44° rispetto all'eclittica mentre quella di 2007 OR₁₀ 30° per confronto quella di Plutone e' di soli 17°. Sono ben evidenti, invece, le varie eccentricita' orbitali, ovvero di quanto le orbite si discostano da un cerchio perfetto; nel caso di un'orbita circolare il valore dell'eccentricita' e' pari a zero, quando l'orbita diventa parabolica l'eccentricita' sara' uguale ad uno ma, in questo caso, non sara' piu' una curva chiusa e il corpo celeste che la percorre si allontanera' definitivamente dal Sole. L'eccentricita' dell'orbita di Eris e' pari a circa 0,44, quella di 2007 OR₁₀ e' 0,50 mentre quella di Plutone e' 0,24. I parametri orbitali, tra cui la distanza media dal Sole, l'inclinazione e l'eccentricita' sono fondamentali non solo per poter calcolare la posizione dell'oggetto per ogni istante passato e futuro ma anche per poter ricostruire la storia dell'oggetto stesso, risalendo indietro nel tempo per quanto possibile.

La sonda spaziale New Horizons dopo aver visitato Plutone nel 2015 ha fatto rotta verso uno degli oggetti facenti parte della Fascia di Kuiper. E' stato scelto un corpo celeste che fosse il piu' vicino possibile alla traiettoria orbitale della sonda, per evitare eccessive correzioni di rotta. L'asteroide Arrokoth soprannominato Ultima Thule, scoperto nel 2014, soddisfaceva questo requisito ed e' stato effettivamente avvicinato e fotografato dalla New Horizons il 1 gennaio 2019; si tratta quindi delle prime immagini e dei primi dati relativi ad un KBO, l'oggetto celeste piu' lontano mai avvicinato dall'uomo e dalle macchine da lui create.
Le prime immagini trasmesse alla Terra rivelarono uno stranissimo oggetto, somigliante in qualche modo a un pupazzo di neve, come lo defini' il responsabile di missione della New Horizon. Si tratta di due corpi rocciosi simili, di forma schiacciata, uniti insieme da una sorta di "collare" composto da un materiale piu' chiaro e meno rossastro del resto della superficie. Complessivamente l'asteroide ha una lunghezza di 36 km: le due parti, chiamate "lobi", hanno dimensioni di 21 x 20 x 9 km e 15 x 14 x 10 km, quindi il piu' piccolo ha una forma meno schiacciata di quello piu' grande. La composizione superficiale rivela una predominanza di metanolo, ghiaccio d'acqua e da una mistura di composti organici noti, le toline, gia' viste presenti su Plutone e su altri corpi del Sistema Solare esterno come Titano, satellite di Saturno. Le toline si formano a seguito del bombardamento dei raggi ultravioletti del Sole e dei raggi cosmici su sostanze volatili come metano ed ammoniaca; le piccole dimensioni di Arrokoth fanno pensare che queste sostanze non possono essere state trattenute dalla sua debole gravita', per cui e' possibile che la loro funzione possa essere stata svolta da metanolo, acetilene, etano ed acido cianidrico. La fotolisi ha trasformato nel tempo queste sostanze nella fanghiglia organica ghiacciata definita come tolina che contribuisce in maniera determinate alla colorazione rossastra osservata.

Mappa geologica di Arrokoth / Ultima Thule, talmente complessa da farla ribattezzare "Mappa Frankenstein" dai ricercatori. Si suppone che le varie parti denominate da ma a mh presenti nel lobo principale siano i "blocchi" originali dell'asteroide, inizialmente separati e che si sono poi uniti miliardi di anni fa. E' anche indicato, in scala, il nucleo della cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko fotografata a distanza ravvicinata dalla sonda Rosetta nel 2014 e che mostra una forma molto simile a quella di Ultima Thule.

La teoria attualemente piu' accreditata su come si sia formato l'asteroide Arrokoth (Ultima Thule) avente numero di catalogo 2014 MU69, ovvero la sua sigla identificativa iniziale. Diversi frammenti di roccia e ghiaccio presenti nel Sistema Solare esterno 4,5 miliardi di anni fa si unirono tra di loro fino a formare due corpi distinti e vicini, a questo punto la reciproca attrazione gravitazionale li fece avvicinare sempre di piu' fino ad unirli.

Al momento dell'incontro con Ultima Thule la New Horizons si trovava a circa 6,5 miliardi di km dalla Terra, che rappresenta l'oggetto celeste piu' lontano che una macchina fabbricata dall'uomo abbia mai avvicinato. Superato l'asteroide la sonda sta continuando la sua corsa attraverso la Fascia di Kuiper e potra' continuare a riprendere altri piccoli corpi celesti che potranno capitare lungo il suo percorso. Al 22 settembre 2019 la New Horizons si trovava ad oltre 6,7 miliardi di km di distanza dalla Terra e i segnali radio impiegavano gia' piu' di sei ore per raggiungerci; la sonda sta ancora trasmettendo dati, inclusi quelli del suo passaggio ravvicinato con Ultima Thule, alla velocita' di 2 kbyte al secondo. Periodicamente vengono effettuati check ed aggiornamenti del software di bordo anche per preparare la sonda all'eventuale incontro con altri oggetti.

Brian May, il celebre chitarrista della storica Rock Band inglese Queen era stato ingaggiato dalla NASA in qualita' di consulente per questa missione; l'artista inglese e' infatti anche astrofisico. Il suo ruolo tuttavia e' stato piu' molto piu' vicino alla sua consueta attivita' di artista musicale, creando un brano dedicato proprio all'avventurosa missione della New Horizons.
La NASA ha creato un video di accompagnamento al brano musicale e l'effetto finale e' stato decisamente suggestivo e coinvolgente; come dichiarato dallo stesso Brian May a proposito dell'incarico ricevuto dall'Agenzia Spaziale Americana: "All'inizio avevo qualche riserva, pensavo che sarebbe stato difficile, perche' non riuscivo a pensare cosa potesse fare rima con Ultima Thule. Ma poi ho iniziato a sentire nella mia testa la musica di un oggetto che cade nello spazio piu' velocemente di qualsiasi altra cosa prima. Cosi' piu' che focalizzarsi sulle specificita' della missione, ha cercato di catturare lo spirito dell'esplorazione rappresentato da New Horizons. E' diventata una canzone che e' un inno alle imprese umane"

Se pensiamo di essere arrivati molto lontani dal Sole, nel freddo vuoto dello spazio e prossimi ai profondi abissi interstellari ci dobbiamo in realta' ricredere: e' come se fossimo appena usciti dalla porta di casa. A quasi 13,5 miliardi di km dal Sole troviamo una altro corpo celeste del diametro di 1.800 km circa chiamato Sedna. Scoperto il 14 novembre 2003, quasi subito fece notare alcune peculiarita', tra cui il fatto che si stava avvicinando al suo punto piu' vicino al Sole (perielio) ma che lo raggiungera' solamente nel 2075. Calcolando con cura la sua orbita, gli scienziati hanno scoperto che Sedna puo' raggiungere una massima distanza dal Sole di ben 134 miliardi di km; questo significa che la sua distanza media e' pari a 72,8 miliardi di km e che l'eccentricita' della sua orbita e' addirittura pari a 0,84. Un oggetto estremo, ben al di fuori della Fascia di Kuiper e che puo' trovare una collocazione solo nella categoria degli oggetti facenti parte del Disco Diffuso e, forse, nemmeno in quella visto che alla massima distanza potrebbe rientrare nella zona ancora piu' esterna di quella che viene chiamata Nube di Oort. Dal punto di vista fisico le poche informazioni che si dispongono su Sedna sembrano indicare una superficie priva di ghiacci d'acqua e di metano; la sua composizione primaria superficiale dovrebbe essere una sorta di fanghiglia ghiacciata di idrocarburi, ovvero la tolina gia' incontrata su altri corpi freddi del Sistema Solare; la sua temperatura superficiale dovrebbe aggirarsi intorno ai 12°K, cioe' all'incirca -261°C. Sedna impiega ben 10.738 anni per compiere una rivoluzione completa intorno al Sole, per cui l'occasione attuale, con questo pianeta nano prossimo al perielio, ha fatto pensare alle maggiori Agenzie Spaziali del mondo che sarebbe necessario organizzare una missione esplorativa con una sonda automatica, tipo quella della New Horizons su Plutone. Partendo nel 2033 la sonda impiegherebbe circa 25 anni per arrivare in prossimita' di Sedna; un'occasione pressoche' unica, anche perche' il prossimo passaggio in vicinanza del Sole di questo corpo celeste avverra' nell'anno 14025.
Nell'immagine come dovrebbe apparire il cielo visto dalla superficie di Sedna con il Sole lontanissimo e ridotto ad un puntino incandescente: e' ancora l'oggetto piu' luminoso di tutto il cielo ma la sua luce impiega cinque giorni per raggiungere questo remoto angolo del Sistema Solare. L'ambiente in cui ci si trova e' freddissimo e inospitale, con un temperatura media di -260°C, vicina allo zero assoluto, e una superficie ricolma di una fanghiglia ghiacciata fatta di idrocarburi vecchi di miliardi di anni.

La Nube di Oort e' una vasta regione di forma approssimativamente sferica che dovrebbe iniziare ad una distanza media di 300 miliardi di km dal Sole ed estendersi fino a 7.500 miliardi di km, anche se alcune stime parlano di una distanza fino a 15.000 miliardi di km, ovvero 1,6 anni-luce circa. Postulata fin dal 1932 dall'astronomo estone Ernst Opik e riproposta in maniera indipendente da Jan Oort nel 1950, la Nube dovrebbe ospitare milioni o forse miliardi di nuclei cometari, troppo deboli per essere osservati dalla Terra con i telescopi attualmente disponibili. La sua presenza e' stata teorizzata per spiegare l'esistenza delle comete a corto e lungo periodo: le comete sono degli oggetti con orbite fortemente ellittiche che le portano molto vicine al Sole per poi allontanarsi fino a notevoli distanze; ad ogni passaggio ravvicinato con la nostra stella le comete perdono un poco dei ghiacci e le altre sostanze volatili che le ricoprono e che creano quelle chiome e code spettacolari che talvolta si possono osservare nel cielo. In questo senso, se le comete facessero parte delle parti piu' interne del Sistema Solare, si dovrebbero essere gia' tutte esaurite considerando che sono passati 4,5 miliardi di anni dalla formazione del Sistema. Deve esistere, quindi, una sorta di "serbatoio" di comete che provvede a rifornire il Sistema Solare interno, sostituendo quelle che si esauriscono. I nuclei cometari residenti nella Nube di Oort possono essere perturbati dall'attrazione gravitazionale di altre stelle vicine o da collisioni interne alla Nube stessa e "cadere" verso il Sole, l'attrazione dei pianeti interni, specie di Giove, potrebbe poi modificare le loro orbite e trasformarle in corto o lungo periodo.
Nell'immagine il riquadro in alto riporta uno schema della Fascia di Kuiper con indicate l'orbita di Plutone e di un tipico asteroide della Fascia, scoperto nel 1998. Il riquadro trova le sue corrette proporzioni quando viene collocato nello schema raffigurante la Nube di Oort, in basso dell'immagine.

Il diagramma a lato mostra le distanze dalla Nube di Oort dal Sole, in scala logaritmica e riferite ad AU (Astronomical Unit); 1 AU corrisponde a 149,6 milioni di km. La zona chiamata Heliosphere e' la zona d'influenza del Vento Solare, un flusso continuo di particelle energetiche emesso dal Sole; quando queste particelle incontrano quelle presenti nello spazio interstellare siamo nella zona denominata Termination Shock. Piu' avanti si trova la Heliopause dove il Vento Solare diminuisce progressivamente; da quel momento in poi si presuppone di essere entrati nello spazio interstellare. Tuttavia non si puo' dire di avere davvero abbandonato il nostro Sistema Solare senza aver raggiunto e superato la Nube di Oort. La sonda Voyager 1, indicata nel grafico, si trova gia' nominalmente nello spazio esterno ma deve ancora superare la Nube; impieghera' ancora 300 anni prima di poter raggiungere i suoi contrafforti piu' interni.