La magnificenza del cielo stellato ha sempre spinto l’uomo a cercare una spiegazione del proprio mondo, dal collegare fatti di vita quotidiana con possibili interpretazioni del firmamento, alla semplice osservazione degli eventi più spettacolari visibili ad occhio nudo. Alcuni di questi sono comunemente chiamati “stelle cadenti” e concretamente sono residui e detriti di corpi minori come asteroidi o comete nel nostro Sistema Solare, i quali vengono in contatto con l’atmosfera terrestre e bruciano o evaporano a causa dell’attrito generato, causando dunque la spettacolare visione delle loro scie e piogge luminose.
Una descrizione fin troppo cinica che toglie sicuramente la magia dell’evento ad occhi poco esperti, ma per gli addetti ai lavori sono fenomeni molto importanti che possono dirci qualcosa sulle origini del Sistema Solare.
Indice:
- Stelle cadenti dell’autunno boreale
- La cometa di Halley e le stelle cadenti
- Le comete: oggetti misteriosi?
- Ma alla fine… cos’è una cometa?
- Le comete vivono per sempre?
Stelle cadenti dell’autunno boreale
Una particolarità mai sfuggita agli scrutatori del cielo è la periodicità di tali eventi, tale da poter prevedere il periodo dell’anno in cui essi avvengono e addirittura la posizione del cielo in cui poterli osservare. Infatti i nomi dei maggiori sciami meteorici visibili sono accostati alle costellazioni da cui sembrano provenire, quando in realtà le stelle così lontane c’entrano ben poco con questo fenomeno.
Questo di fine Ottobre/inizio Novembre è il periodo delle Orionidi, uno sciame che compare nella costellazione del cacciatore Orione e nel 2020 è inoltre un momento fortunato in quanto la Luna “nata” da pochi giorni crea un disturbo relativamente basso all’osservazione: per poter assistere con altrettanta facilità ad una pioggia bisogna aspettare il periodo di Santa Lucia, in Dicembre, con le Geminidi (Per cui forse sarò perdonato, grazie a questo suggerimento, del fatto di star parlando perlopiù di una pioggia di stelle cadenti non più visibile al momento della lettura di questo testo).
Queste ultime sono considerate la più prolifica doccia meteorica, fino ad un centinaio di oggetti contati all’ora nella costellazione dei Gemelli, visibile appunto nel periodo invernale nell’emisfero boreale.
Tornando a noi, Orione è ben visibile alle nostre latitudini e in questo periodo si possono apprezzare fino a 20 meteore all’ora nel momento di picco massimo. La peculiarità di questi oggetti è proprio la loro origine: non sono detriti di asteroidi, bensì di una cometa e non di una qualsiasi, ma della cometa di Halley. “Fermi tutti, questa l’ho già sentita”, probabilmente molti di voi lo stanno pensando, probabilmente molti di voi ne sapranno più di me in merito, probabilmente alcuni penseranno ad un personaggio di Big Bang Theory; per tutti in ogni caso cercherò di dare il giusto merito ad un oggetto simile.
La cometa di Halley e le stelle cadenti
La cometa di Halley deve il proprio nome all’omonimo astronomo inglese che per primo capì la periodicità dell’avvicinamento di questo oggetto alla Terra, predicendo con accettabile approssimazione il momento più adatto alla sua osservazione. In realtà la cometa è stata osservata numerose volte nella storia, successivamente tale fenomeno è stato ricondotto al passaggio al perielio (punto più vicino al Sole durante la sua orbita) del medesimo astro che torna con caparbietà a farsi vedere ogni 76 anni.
Per citare due esempi, l’arazzo di Bayeux [1] nell’XI secolo ne riporta l’evento e addirittura si pensa che la famosa stella cometa che secondo i testi cristiani ha guidato i magi alla nascita di Cristo, coincida con il ritorno dell’astro brillante nei nostri cieli. Questo oggetto celeste è diventato così rappresentativo che persino gli astronomi lo utilizzano come campione per descrivere una classe particolare di tali corpi, tra poco capiremo cosa intendo.
Cosa c’entra la cometa con le stelle cadenti? Di nuovo, mi tocca infrangere l’aspetto magico che ogni bambino pensa che si nasconda: ad ogni passaggio più ravvicinato al Sole la cometa perde una scia di detriti, perlopiù composti di roccia e ghiaccio e in tale modo si assottiglia sempre di più. Tali residui vengono appunto in contatto con l’atmosfera terrestre in un suo particolare momento di rivoluzione, generando la pioggia brillante che si può osservare anche alle nostre latitudini.
Di seguito una rappresentazione dell’orbita di Halley: proprio quando entra nell’ellisse più interno rilascia quel materiale che noi andremo ad incrociare durante la nostra rivoluzione, attribuendo ad Orione la causa dello spettacolo.
In generale, questi eventi sono appunto generati da residui dei cosiddetti corpi minori quali meteoriti, asteroidi, comete, oggetti transnettuniani [2]: tutti questi astri hanno provenienze diverse, ma confinati per moto, composizione chimica e periodo di vita all’interno del Sistema Solare, nascondendo possibili informazioni sulle sue origini. È tempo di parlare in modo un pelo più tecnico, concentrandosi sulle comete.
Le comete: oggetti misteriosi?
Il modello più accreditato della formazione del sistema solare è chiamato Modello di Nizza e spiega in che modo al giorno d’oggi si trovino corpi maggiori e corpi minori nelle posizioni, nei moti e nelle composizioni attuali partendo dal collasso gravitazionale di una nube di gas. Da qui, più di 4 miliardi di anni fa, nacque il sistema solare: in particolare per noi si formò la nube di Oort, uno spazio sferico distante tra le 10 000 e le 100 000 AU [3] dal Sole.
È proprio questo il serbatoio di parte delle comete conosciute e il modello prevede come questi oggetti siano rimasti praticamente invariati dalla loro formazione, viste le poche interazioni che possono incorrere questi corpi così lontani dal centro nevralgico di massa, temperatura e densità di materia, ovvero il Sole.
Ora possiamo quindi rispondere ad una prima domanda, non banale, sulla loro origine e lo formalizzo definitivamente per sottolinearne l’importanza: le comete sono tra gli oggetti più primitivi e permettono di investigare le fasi primordiali e l’evoluzione del Sistema Solare conservando un ricordo praticamente immutato della composizione, temperatura e densità della nube primordiale. Tra le altre cose, le comete consentono di analizzare il vento solare grazie ad una coda di ioni rilevabili, ma procediamo con ordine.
La suddivisione per periodo orbitale
La suddivisione più comune che si fa delle comete è in base al periodo orbitale: non è solamente una separazione di comodo, ma accomuna caratteristiche nettamente diverse tra i due gruppi. Le comete che tornano al perielio in più di 200 anni mostrano un’orbita fortemente eccentrica (cioè un ellisse, come cita la prima legge kepleriana, ma molto schiacciata, non come i pianeti con una approssimabile ad una circonferenza) o addirittura parabolica o iperbolica.
Questi corpi hanno inclinazioni anche molto alte rispetto al disco di rivoluzione attorno al sole, anzi dimostrano spesso condizioni isotropiche in tale senso[4]: sono oggetti provenienti dalla nube di Oort con possibilità non nulle di sfuggire all’attrazione gravitazionale del Sole e di non tornare mai più. Allo stesso modo oggetti provenienti da zone più lontane possono risentire di tale forza e presentarsi per la prima volta nei paraggi solari.
Insomma, abbiamo capito cosa ci è stato suggerito fino ad ora: corpi vicini al centro del Sistema Solare dalla sua formazione ad oggi dovrebbero avere caratteristiche simili, come una bassa inclinazione di rivoluzione, una direzione prograda (antioraria) nel moto orbitale ed inoltre una forma più vicina possibile ad una circonferenza dell’orbita stessa. Viceversa oggetti più stranieri dovrebbero allontanarsi da tali caratteristiche, infatti oltre ai dati già citati, le comete più lontane hanno spesso direzioni retrograde (orarie) e tante vengono distrutte o escono dal Sistema Solare quante possono provenire dalla nube di Oort.
Le Halley-type
Le comete con un periodo orbitale inferiore a 200 anni mostrano dunque caratteristiche più omogenee come orbite ellittiche, direzioni prograde e basse inclinazioni, ma sia questi oggetti che quelli a lungo periodo non rimangono indifferenti ad un passaggio vicino alla nostra stella: rilasciano parte del loro materiale ed inoltre l’orbita viene inevitabilmente perturbata. Un’ulteriore suddivisione temporale viene capeggiata dall’ormai conosciuta cometa di Halley che ne guida il gruppo omonimo: la provenienza di tali oggetti è attribuita alla fascia di Kuiper, una regione che si estende oltre l’orbita di Nettuno a circa 40 AU. Di seguito propongo una sintesi di questa suddivisione.
Un secondo metodo di suddivisione è quello di Tisserand, decisamente più tecnico e complesso, merita comunque di essere menzionato anche se non approfondito. Esso tiene conto della variazione dei parametri orbitali cometari dovuti alle perturbazioni dei pianeti maggiori come Giove ed infine alla diminuzione della massa del nucleo cometario generata dalla perdita di materiale lungo l’orbita. Questo parametro è risultato molto importante nella conferma e nell’analisi di dati relativi ai pianeti più massicci.
Ma alla fine… cos’è una cometa?
Come si riconosce e da cosa è composta una cometa?
Forse questa domanda trova una risposta più facile o più conosciuta: le comete sono oggetti solidi di roccia e ghiaccio. Ghiaccio? Si, ghiaccio d’acqua, ma formatosi a temperature e pressioni così basse da essere amorfo[5], ciò non toglie che possa darci informazioni sul luogo in cui si è formato. I bambini sanno che una cometa possiede una parte centrale molto luminosa ed una coda altrettanto brillante e tutto ciò è vero, non solo: le code sono più di una.
Una è formata dall’interazione col vento solare[6]: è una coda di plasma di colore blu e la direzione è sempre radiale; possiede invece una direzione a ventaglio una seconda coda formata dalla polvere rilasciata dagli strati superficiali della cometa in sublimazione e quest’ultima segue il moto dell’astro stesso. In mezzo a questa moltitudine di molecole di disturbo è difficile per i telescopi terrestri risolverne il nucleo[7], l’unico metodo per studiarne la composizione è quello di avvicinarsi: nel 1986 la missione Giotto[8] portò uno spacecraft a 600 km da Halley, analizzandone la chimica e creando un modello 3D dell’astro.
..E il nucleo?
A discapito di quanto si possa pensare il nucleo cometario è un oggetto molto scuro, irregolare, poco denso e riusciamo a studiarne l’interno solamente dalle particelle secondarie prodotte per fotoionizzazione e fotodissociazione[9] nelle chiome; per non scendere nel tecnico riassumo di seguito le caratteristiche fondamentali della loro chimica e altre informazioni da qui desunte. Prima di ciò cito solamente uno dei modelli che descrivono il nucleo cometario, chiamato Dirty Snowball, in cui la struttura debole di roccia e ghiaccio compone una serie di stratificazioni non omogenee, le quali subiscono continue fratture a causa della rotazione dell’astro.
I punti salienti degli studi ravvicinati:
- Gli elementi principali sono sostanze volatili che compongono la maggior parte dei corpi conosciuti: C, H, O, N, con una predominanza della molecola dell’acqua.
- Come sottolineato nel punto precedente è fondamentale la presenza del Carbonio che ne risalta la natura organica.
- La maggior parte delle specie è formata da ioni chimicamente molto reattivi, ciò indica che non possono esistere come tali nel nucleo, ma rimangono quiescenti sotto forma di composti più inerti e il contatto con l’attività solare genera la “vita” della cometa.
- Solamente un 10% della cometa è attiva, il rimanente non viene intaccato e tende a spegnere il corpo stesso generando uno strato più duro di crosta.
- Alcuni fattori come la abbondanza atomica e il rapporto polvere/gas discriminano tra comete interne e quelle più lontane: queste sono nuovamente informazioni utili per studiare regioni e tempi diversi dell’universo circostante.
Gli eventi che possono far scaturire un’evoluzione termica della cometa sono dovuti principalmente a 3 fattori: la radiazione solare, i raggi cosmici [10] e i decadimenti radioattivi.
Le comete vivono per sempre?
Per concludere, ci si può chiedere quale sia il possibile finale di questa storia. Quale sorte si prospetta per il brillante corpo che ogni tanto avvicina la sua traiettoria a quella della Terra ed ispira chi riesca ad osservarla?
Le possibilità non sono molte: la cometa potrebbe avvicinarsi troppo ad un pianeta da venirne catturata ed addirittura rischiare l’impatto e la successiva distruzione.
Una seconda possibilità, non meno tragica, comporta la deviazione della traiettoria da parte di un grande corpo, come il già citato pianeta e invece che avvicinarsi al perielio come avrebbe dovuto, impatta direttamente sul Sole.
L’ultimo caso è sicuramente quello più romantico perchè ammette la possibilità di lasciare quei detriti da cui si possono innescare le piogge meteoriche: stiamo parlando di un progressivo spegnimento del corpo dovuto alla disintegrazione del nucleo o ad una perdita di tutte le componenti volatili o infine per il troppo spessore di quella crosta citata in precedenza. Se dovesse sopravvivere un residuo di nucleo compatto, risulterebbe un corpo inattivo e asteroidale, da cui ancora l’espulsione di polveri e altro materiale si associano sciami meteorici, come le Geminidi (in Dicembre, non dimenticatelo), residui dell’asteroide Phaeton.
Concludendo..
Infine è d’obbligo ricondursi al mistero iniziale: le comete possono dirci qualcos’altro sulla composizione primordiale al momento della formazione del Sistema Solare o addirittura c’è qualche relazione con l’acqua presente sulla Terra? Dalle analisi effettuate sui rapporti deuterio/idrogeno[11] si nota che l’origine dell’acqua terrestre non può essere cometaria: solamente l’ormai amica Halley ha valori compatibili coi nostri oceani. Questo riporta ancora alle teorie iniziali sulle comete più lontane: la loro chimica praticamente immutata dalla loro formazione riserva informazioni di luoghi e tempi difficilmente accessibili con altri mezzi e strumenti; questi oggetti meritano una considerazione di rilievo che va oltre la pura bellezza della loro osservazione.
Note:
[1] Arazzo di Bayeux: una celebrazione della vittoria normanna nella battaglia di Hastings, per dettagli: https://lastoriaviva.it/larazzo-di-bayeux-trascrizione-e-commento/
[2] Oggetti transnettuniani: oggetti transienti, le cui orbite sono situate oltre quella di Nettuno, ultimo baluardo tra i pianeti del Sistema Solare
[3] Unità Astronomiche: la distanza Terra-Sole, poco meno di 150 000 000 km
[4] Isotropia: una condizione di indipendenza spaziale di un fenomeno
[5] Ghiaccio amorfo: formatosi troppo velocemente per permettere alle molecole di organizzarsi in un reticolo cristallino ben definito, il principio è lo stesso del vetro
[6] Vento solare: insieme di particelle cariche provenienti dagli strati più esterni dell’atmosfera solare
[7] Risolvere: in gergo significa avere una completa visione accurata dell’oggetto. Si usa per indicare oggetti di cui si possono discriminarne i dettagli, piuttosto di corpi di cui si ha solamente una visione d’insieme, come galassie lontane
[8] Missione Giotto: per dettagli visitare la pagina https://www.asi.it/esplorazione/sistema-solare/giotto/
[9] Processi chimici in cui intervengono fotoni solari per liberare elettroni da molecole o scinderle in composti più leggeri
[10] Raggi Cosmici: particelle libere altamente energetiche, soprattutto protoni ed elettroni, che provengono da zone più remote dell’Universo. La loro natura è fonte di studi approfonditi, condotti con rilevatori, telescopi e simulazioni. Per saperne di più, di seguito il link di un’importante progetto in merito: https://www.iap.kit.edu/corsika/
[11] Deuterio: è un isotopo dell’idrogeno, composto da un protone e un neutrone nel nucleo, più pesante del più semplice idrogeno.
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