Fascia di Kuiper: intuire le origini del Sistema Solare

In questo articolo parleremo del Sistema Solare e delle sue origini, e di come la fascia di Kuiper, una regione molto interessante per gli astronomi, possa dare risposte a domande quali, per esempio, come si è venuto a creare il Sole ed i pianeti che gli orbitano attorno?

Tutti sappiamo cos’è il Sistema Solare: la nostra casa, il luogo scaldato dai raggi del Sole, quel piccolo angolo della Via Lattea dove risiedono tutta la nostra storia, cultura, amori e guerre. Ma non tutti sanno quanto il Sistema Solare sia effettivamente grande. Esso si estende per molte unità astronomiche dopo l’orbita di Nettuno, nella cosiddetta fascia di Kuiper, che contiene affascinanti oggetti che possono suggerire come il Sistema Solare stesso si sia formato.

Iniziamo dalle basi: 1 AU (dall’inglese astronomical unit) corrisponde a circa 150 milioni di kilometri, ovvero la distanza che separa la Terra dal Sole. La fascia di Kuiper ha un’estensione di circa 20 AU oltre l’orbita di Nettuno, a 30 AU circa dal Sole. Essa è costituita da una miriade di corpi minori, ossia oggetti di piccole dimensioni, residui della formazione dei pianeti principali. Questi oggetti non sono solamente rocciosi, come i pianeti più vicini al Sole e la fascia di asteroidi tra Marte e Giove, bensì prettamente sostanze volatili congelate, ovvero ghiacci di acqua, metano e altri elementi, esattamente come i giganti gassosi delle orbite esterne. La spiegazione del perché è molto semplice: oltre una certa distanza, chiamata snowline (letteralmente, linea della neve), i raggi del Sole non riescono a scaldare a sufficienza la materia affinché essa sia sopra il suo punto di congelamento.

Come anticipato, la fascia di Kuiper contiene residui della formazione dei pianeti. Questo è un fatto noto tramite simulazioni fatte al computer: inserite le variabili (la densità del materiale intorno al Sole, la temperatura, la velocità e altre), le simulazioni mostrano come la materia si aggreghi, grazie a interazioni gravitazionali, in ciò che viene chiamato planetesimi, ovvero i semi originali dei pianeti. Man mano che la massa dei planetesimi aumenta, aumenta anche la loro attrazione gravitazionale. I più grandi ne attraggono altri di più piccoli, fino a formare proto-pianeti, ovvero pianeti di dimensioni ridotte rispetto a quelli tipici che vediamo nel nostro Sistema Solare, e che potrebbero ancora non rispettare i parametri planetari (descritti nel prossimo paragrafo). Una volta conclusasi la simulazione (la “formazione del Sistema Solare”) si è notato come oltre l’orbita di Nettuno rimanessero decine di migliaia di piccoli oggetti, in orbite molto larghe intorno al Sole, che non erano stati attratti da nessun planetesimo o proto-pianeta. Questi oggetti sono ciò che costituiscono la fascia di Kuiper.

Ovviamente, la nostra conoscenza della fascia di Kuiper non proviene solamente da simulazioni. Numerosi oggetti sono stati scoperti, visivamente (grazie, di solito, ad Hubble) oppure indirettamente grazie ad effetti gravitazionali, che si ritiene facciano parte di questa regione del Sistema Solare. Altra conferma dell’esistenza della fascia ci è giunta dalle sonde Voyager, che l’hanno attraversata e hanno mandato segnali alla Terra.
Anche se, come detto inizialmente, la maggioranza dei KBO (Kuiper belt objects) sono materie volatili congelate, sono presenti anche oggetti rocciosi. Si pensa, sempre grazie a simulazioni, che questi corpi siano proto-pianeti espulsi dal Sistema Solare (inteso in maniera classica, ovvero entro l’orbita di Nettuno) durante i suoi primi tempi di formazione. I pianeti più esterni orbitano con varie risonanze, ovvero essi orbitano, l’uno rispetto all’altro a causa di influenze gravitazionali, con un rapporto di piccoli numeri interi. Ad esempio, Plutone e Nettuno hanno una risonanza 2:3, ovvero ogni due orbite di Plutone, Nettuno ne compie tre. Si ritiene che queste risonanze abbiano permesso l’esplusione in orbite lontane di alcuni proto-pianeti.
Plutone, il pianeta nano che ha subito una declassazione alcuni anni fa, è tra l’altro il più famoso dei KBO.

Ebbene sì, Plutone è ufficialmente un KBO, da quando è stato declassato nel 2006 a causa della scoperta di Eris. Cogliamo l’occasione per spiegare perché Plutone non è più uno dei pianeti principali: la scoperta di Eris, che è il 27% più grande di Plutone, ha costretto la International Astronomical Union (IAU) a porsi delle domande circa quali siano le condizioni che un corpo deve rispettare affinché esso possa essere definito un pianeta. Questo perché se la massa fosse stata l’unico parametro essenziale, Eris sarebbe dovuto essere un pianeta. E insieme a Eris, decine di altri corpi nella fascia di Kuiper che sono più grandi di Plutone. Perciò la IAU ha stabilito che un pianeta debba:
1. Ruotare intorno al Sole.
2. Aver raggiunto l’equilibrio idrostatico, ovvero la sua stessa gravità deve avergli conferito una forma sferica o quasi sferica.
3. Aver ripulito la sua orbita da altri asteroidi o detriti.
Plutone non rispetta l’ultimo di questi tre parametri, in quanto la sua orbita è disturbata dalla presenza di altri oggetti minori.

In chiusura, un breve riassunto di ciò che abbiamo imparato oggi: la fascia di Kuiper estende il Sistema Solare oltre i confini normalmente conosciuti e pone, tramite simulazioni, dei limiti che aiutano a ricostruire le origini e posizioni dei pianeti principali. Inoltre, abbiamo finalmente chiarito perché Plutone non è più considerato un pianeta.