Scoperto il trucco dei “Giove” caldi e retrogradi

Conosciamo più di 500 pianeti extrasolari, spesso ben diversi da quelli che siamo abituati a vedere nel nostro Sistema Solare. Come mai? Siamo noi gli “strani” o esistono altri processi non conosciuti? La Northwestern University di Chicago ha risolto uno dei problemi più intricati: quello dei pianeti giganti molto caldi e retrogradi.

Scoperto il trucco dei Giove caldi e retrogradi

Spesso e volentieri si scoprono pianeti delle dimensioni di Giove, o anche più grandi, che orbitano estremamente vicini alla propria stella. Già questo è un bel dilemma. Recentemente si è, però, osservato che molti di essi orbitano andando in direzione opposta a quella della rotazione stellare. Le due cose sembrano completamente in antitesi. Se un pianeta si trova vicinissimo alla sua stella dovrebbe facilmente rivolvere nello stesso verso della sua rotazione. Almeno così ci insegnano le teorie di formazione stellare e planetaria.

Proprio questa strana coppia di fenomeni apparentemente inconciliabili, ha fatto scattare la voglia di approfondire la situazione e preparare un modello di pura meccanica celeste che potesse simulare l’evoluzione di un sistema solare “normale”, o quasi, per un periodo molto lungo. Va ancora ricordato che finora le spiegazioni per formare pianeti giganti vicinissimi alle stelle si rifacevano alla presenza di un sistema binario e alla migrazione dei pianeti giganti in un sistema complesso. Si poteva ottenere la migrazione, ma mai un orbita retrograda.

I ricercatori di Chicago hanno allora semplificato le ipotesi di partenza, considerando un sistema planetario non troppo strano: una stella normale e due pianeti giganti piuttosto lontani da lei. Poi hanno dato il via al programma che teneva conto di tutte le più sofisticate interazioni tra i tre oggetti celesti. Ciò che sembrava stabile e duraturo, non è più risultato tale. I due giganti hanno cominciato a far giocare le rispettive forze mareali e a scambiarsi momento angolare. I “dispetti” reciproci sono deboli, lenti, ma non certo trascurabili. Alla lunga, chi cede è il pianeta più interno che comincia ad aumentare sensibilmente l’eccentricità orbitale, perdendo sempre più energia, regalando momento angolare al fratello più lontano.

Inizia quindi un’inesorabile migrazione verso la stella su orbite sempre più strette e anche più circolari. Nel frattempo, però, le forze mareali si divertono anche ad aumentare l’inclinazione dell’orbita che, a un certo punto, può addirittura ribaltarsi e diventare, quindi, retrograda. Non sempre il processo arriva fino a questo punto e si ottengono solo Giove caldi con moto diretto. La statistica delle simulazioni trova che in media solo un quarto dei Giove caldi mostra un’orbita retrograda, proprio la percentuale osservata direttamente dai telescopi.

Due considerazioni: a volte la soluzione di un problema intricato si risolve con metodi che sembravano troppo semplici, ma che invece si erano trascurati troppo in fretta. Il buon vecchio Newton non era uno sprovveduto e nemmeno i suoi illustri seguaci. Inoltre, chi ci dice che Saturno e Giove non abbiano voglia di iniziare anche loro a giocare? Forse avrebbero dovuto farlo già da molto tempo, ma mi ricordo ancora che un grande collega, meccanico celeste tra i più insigni, mi disse un giorno: “Nessuno dei nostri pianeti è veramente su un’orbita stabile e gli stessi giganti potrebbero ancora innescare processi ben più drastici di quelli che sembrerebbero possibili”. Quando vedremo Giove passarci davanti al naso e dirigersi verso Mercurio?

Sto ovviamente esagerando e scherzando, ma anche l’ordine più preciso e regolare può sempre cadere in preda al caos, che è pronto a intervenire in qualsiasi momento.

La figura mostra l’evoluzione dell’inclinazione dell’orbita del pianeta più interno

La figura mostra l’evoluzione dell’inclinazione dell’orbita del pianeta più interno (verde). Essa aumenta fino a superare il valore di 90° rispetto a un piano fisso. io è l’inclinazione iniziale e i finale quella finale (ovviamente). Come si vede il senso di rivoluzione si è invertito per effetto puramente geometrico – ingrandisci

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20 Commenti

  1. raga una domanda se giove o saturno avrebbero una rotazione come si è descritto nel testo, e quindi si avvicinerebbero al sole, la Terra come si comporterebbe? Potrebbe diventare una luna di giove a causa del forte campo di attrazione di giove poichè ci scipperebbe dalla nostra orbita? Oppure ci schianteremo su giove? Oppure tutto rimarrà identico? Ma quest’ultima ipotesi non potrà accadere….e questa la butto per ultima: potremmo essere sbalzati ad una distanza dal sole maggiore rispetto a quella che occupiamo adesso? Ad esempio potremmo prendere il posto di giove? Grazie per le eventuali risposte

  2. Sarebbe interessante inserire nella simulazione pianeti di taglia terrestre, giusto per vedere se rendono più stabile il sistema oppure se vengono trascinati nel ribaltamento d’orbita. (Sperando che non vengano espulsi o lanciati nella stella…)

  3. Non penso che tutto rimarrebbe così come è adesso e non credo proprio che potremmo seguire più di tanto la cosa senza essere scalfiti.
    L’ipotesi di diventare un satellite di Giove potrebbe sembrare la meno pericolosa ma siamo sicuri di essere trattati con rispetto orbitando intorno al gigante? Anche solo per il campo magnetico.

  4. @Rosario e Mario Fiori: Se Giove e Saturno si comportassero come dite, ogni possibilità resta aperta. Tutto dipende dalle loro orbite.
    Quantomeno, è quasi sicuro che la Terra cambierebbe orbita e sarebbe sottoposta a fortissimi effetti di marea, e quindi la probabilità maggiore è che finirebbe per essere distrutta (un anello di detriti intorno al Sole).
    Se non venisse distrutta, allora potrebbe finire per cadere sul Sole, oppure essere spinta su di un’altra orbita (più interna o esterna che sia), fino ad essere al limite sparata fuori dal sistema solare (o addosso a qualche altro pianeta).
    Che diventi un satellite di Giove o Saturno o che rimanga nella sua orbita, lo ritengo poco probabile.
    Ma, nel caso diventi un satellite dei due pianeti giganti, è probabile che venga distrutta anche in questo caso dagli effetti di marea. Diverrebbe un nuovo anello intorno ai due… 😥
    Lascio a Enzo il compito di correggermi… 🙂

  5. Penso siano troppe le condizioni al contorno e le variabili non note per poter dire “accadrebbe questo” piuttosto che “accadrebbe quest’altro”… Nei corsi di meccanica orbitale gli unici esercizi “fattibili” sono quelli del “Two Bodies Assumption”, ovvero considerando solamente due corpi celesti e trascurando le influenze di quelli più lontani. Già volendo affrontare la trattazione a “Three Bodies” i parametri da tenere in considerazione e le mutue influenze tra i tre bodies sono così complicate da rendere le equazioni irrisolvibili con carta e penna.

    La trattazione ad “N Body” diventa seriamente complicata anche per i calcolatori più sofisticati, per questo si cerca sempre di semplificare tutto il più possibile…

    In linea di massima tutto potrebbe accadere, ma impossibile da dire a priori. Appoggio anch’io le considerazioni di Red e come lui aspetto ulteriori delucidazioni da Enzo…

  6. ops… eccomi!
    sono abbastanza d’accordo con quanto detto da Lampo. Il problema degli N-body si risolve solo con il computer (non ammette soluzione tranne che in casi particolari, come i punti di Lagrange) e non è quindi preventivabile. Una migrazione dei pianeti giganti potrebbe però non far succedere niente ai pianeti di tipo terrestre. Tutto dipende dalle misure di difesa che questi azionerebbero (orbire risonanti e cose del genere) e dal tempo necessario alla migrazione (se fosse veloce non avrebbe grosse ripercussioni a meno di un passaggio ravvicinato). Ricordiamo poi che potrebbero già aver avuto una migrazione verso l’esterno (ci sono teorie a riguardo). Infine, di sicuro non può essere una cosa del prossimo futuro: al momento non vi sono perturbazioni reciproche significative. A mio parere, potrebbero diventare importanti solo in tempi superiori alla vita del Sistema Solare.
    Se dovesse succedere, è facile uno spostamento di orbita, ma sarebbe difficile la cattura e anche l’espulsione. Siamo piccoli, ma nemmeno asteroidi! Comunque…boh??? 🙄 😯

  7. ri-ops… e sono anche d’accordo in buona parte con Red…. (non l’avevo letto)…
    😐 😳

  8. Su uno degli ultimi Coelum c’era un articolo proprio sui possibili spostamenti nel passato di Giove e Saturno verso il Sole e ritorno . Questi spostamenti, dovuti a risonanze orbitali, renderebbero bene conto di alcune stranezze del sistema solare come la piccolezza di Mercurio e Marte, che secondo le simulazioni dovrebbero essere grandi come la Terra, la composizione mista degli asteroidi, la lontananza di Urano e Nettuno, letteralmente sparati lontano dai due giganti. Speriamo che stiano dove sono e abbiano definitivamente smesso col vai e vieni che di problemi su questo pianeta ne abbiamo già troppi.
    A Rosario: ma non si scrive avessero e avvicinassero? Aveva ragione Fantozzi: l’italiano è una lingua maledetta con ‘sto congiuntivo! :mrgreen:

  9. Meno male che ci sono anche Urano e Nettuno, abbastanza massicci da sparigliare le carte tra Giove e Saturno!
    ..E’ meglio che Giove se ne stia li buono, a difenderci dalle comete!!

  10. Mi sa che non ho capito molto.

    Quello che mi chiedo è se in un certo istante un ipotetico pianeta Giove, sotto l’influsso di un altro pianeta, abbia innestato la retromarcia e sia diventato retrogrado.
    Possibile?

  11. @Carlo: In effetti, questo è quello che risulta dalla ricerca.
    Le reciproche influenze tra due pianeti giganti possono portare il più interno dei due a ribaltare la propri a orbita e a ruotare in senso retrogrado attorno alla sua stella.

  12. caro carlo,
    forse ho capito dove non hai capito… 😉
    le perturbazioni reciproche hanno fatto allungare l’orbita del pianeta più interno (aumento dell’eccentricità) e lentamente ha diminuito anche il semiasse (orbita più stretta), ma ha anche aumentato sensibilmente l’inclinazione. Se questa diventa maggiore di 90°, l’orbita si “ribalta” e l’oggetto rivolve in senso opposto. Non è quindi un processo che inverte il senso di rivoluzione, ma che fa diventare l’inclinazione superiore a 90°, che vuole anche dire però invertire il senso. Prova a disegnarlo e vedrai che è facile da vedere… Sempre che io abbia capito bene il problema…
    fammi sapere
    😛

  13. Ahhhh!!!!! Avevo frainteso pur’io… insomma, l’asse di rotazione si è dapprima “coricato” sul piano dell’ellittica e poi ha continuato fino a ribaltare.
    Per così dire una stella “polare nord” è diventata “polare sud”, giusto?

  14. perfetto AndreaGG… comunque basta che superi i 90° e rimanga ad alta inclinazione e diventa comunque retrograda. Per rimetterla anche sul piano dell’eclittica (o quello che era) devi ruotare il piano orbitale di 180°…un po’ troppo.Perfetto!!!

  15. caro peppe,
    ho mandato una figura a Stefano da aggiungere alla fine dell’articolo. Dovrebbe essere suffucientemente chiara (spero…) 😉

  16. Ora con la figura è chiarissimo il discorso.

    Sul serio, immaginarsi mentalmente il pianeta che si ferma come ad un stop ed innesca la retro mi pareva veramente pazzesco; pure per un universo che non manca mai di meravigliarci.

    Complimenti comunque per il lavoro che fate.
    Oramai ogni volta che mi arriva il feed di un vostro articolo, vi leggo sistematicamente. 🙂

  17. @ Mario Biolett: sto parlando di un ipotetico futuro e quindi il verbo usato è corretto! E cmq credo che in questo caso si poteva usare tutti e due i verbi