Nettuno

La prima testimonianza da parte di astronomi sulla presenza di anelli attorno a Nettuno risale al 10 ottobre 1846 quando William Lassel, il futuro scopritore di Tritone (uno dei satelliti del pianeta) annoto` la presenza di un anello che attraversava il disco planetario quasi esattamente da nord a sud. Una successione enorme di altre osservazioni rilevarono anche il mutare di posizione dell'anello stesso fino al 1852. Si tratto` comunque di una incredibile serie di abbagli, in quanto e` evidente l'impossibilita` di osservare anelli nettuniani con un telescopio basato a Terra ed in luce visibile, e cio` sia a causa del piccolo diametro apparente del pianeta, sia perche` qualsiasi materiale posto nelle vicinanze sarebbe immerso nella sua luminosita`.

Nel 1968 due astronomi della Villanova University, Guinam e Shaw, seguirono un fenomeno di occultazione stellare da parte di Nettuno allo scopo di studiarne la composizione atmosferica attraverso la variazione dello spettro elettromagnetico della stella occultata. Essi pero`, prima dell'evento principale, registrarono un anomalo calo della luminosita` della stella che considerarono comunque spuro.

Nel 1977 venne la scoperta degli anelli di Urano proprio durante un'occultazione stellare. In questo caso diversi osservatori siti in varie parti del mondo registrarono cali di luminosita` della stella 20 minuti prima e dopo l'evento di occultazione principale, imputabili a 9 anelli di materia presenti attorno al pianeta. Conferma di tale presenza venne data 11 anni dopo proprio dal Voyager.

L'avvenimento fu di stimolo per Guinam e Shaw, i quali andarono a riverificare quanto rimaneva dei dati di 10 anni prima, concludendo che il fenomeno registrato allora poteva anche essere imputabile a materia oscura posta a circa 10'000 Km dalla vetta delle nubi del pianeta.

La notizia, pur venendo accolta con molto scetticismo dalla maggior parte degli scienziati, scateno` la curiosita` di un gruppo di ricercatori che dal 1981 ad oggi hanno osservato ben 21 occultazioni che hanno coinvolto Nettuno, con il solo scopo di cercare di scoprire gli ipotetici anelli. La tecnica usata e` quella di osservare l'occultazione evidenziando l'eventuale presenza di materiali attorno al pianeta attraverso l'artificiosa diminuzione della sua luminosita`, ovvero studiandola nell'infrarosso, dove Nettuno appare molto scuro a causa dell'assorbimento, operato dal metano presente, come gia` visto, in grandi quantita` nell'atmosfera.

Dei 21 casi sopracitati, 15 non hanno dato alcun esito, mentre in 6 di essi sono state osservate occultazioni prima oppure dopo l'evento principale causato dal disco di Nettuno, comunque sempre privi di cali simmetrici. La spiegazione piu` probabile e` che la causa sia dovuta ad archi di anello che si estendono attorno a Nettuno ad una distanza media di circa 64'000 Km e per un'estensione di non piu` del 10% della circonferenza totale.

Un fenomeno simile non e` ancora stato riscontrato in nessuna altra parte del Sistema Solare probabilmente a causa dell'estrema instabilita` delle strutture ad arco, le quali normalmente tenderebbero a distribuirsi in un anello completo. Gli esperti hanno elaborato due teorie per spiegare la stabilita` degli archi, la piu` probabile delle quali considera che due satelliti, detti pastori, troppo piccoli per essere osservati da Terra, mantengano segregate le particelle di materia attraverso la loro azione gravitazionale.

Il dubbio sulla presenza o meno degli archi di anello ha costretto gli scienziati incaricati della navigazione del Voyager a modificare la traiettoria della sonda, la quale doveva raggiungere il punto di massimo avvicinamento all'altezza dell'equatore. Si e` preferito invece farle attraversare il piano equatoriale di Nettuno ad una distanza di 73'500 Km, onde evitare ogni rischio di danni dovuti alla collisione tra la sonda e le particelle costituenti gli archi di anello; una eventuale ulteriore piccola correzione di rotta potra` essere eseguita entro il 21 agosto.

Le ricerche per i materiali anulari avranno inizio a partire dai primi giorni di agosto attraverso le immagini delle telecamere della sonda e lo studio della possibile occultazione della stella Sigma del Sagittario (Nunki) da parte della supposta regione degli anelli.

Come gia` detto, Nettuno possiede due satelliti naturali, dei quali non molto e` conosciuto.

Il maggiore e` Tritone, scoperto dall'astronomo inglese William Lassel il 10 ottobre 1846. Esso viaggia su di un'orbita praticamente circolare a 355'000 Km da Nettuno, che compie in 5.88 ore e con moto retrogrado, cioe` inverso al senso di rotazione del pianeta. Cio` comporta che le maree dovute dall'attrazione che il satellite provoca sul pianeta gli sottraggono energia, causando una progressiva diminuzione della distanza orbitale da Nettuno, Questo significa che Tritone sta "precipitando" sul pianeta, la cui forza gravitazionale un giorno lo disintegrera`; recenti calcoli anno ritenere che questo giorno e` ancora molto lontano, probabilmente oltre 10 miliardi di anni: piu` della vita rimanente al Sole.

Una decina di anni fa, osservazioni in infrarosso di Tritone rilevarono la presenza di ghiaccio di metano sulla superficie, nonche` di azoto sotto forma liquida o solida. Lo stato fisico di questo elemento dipende ovviamente dalla temperatura a cui esso si trova; un suo rilevamento ha dato valori dell'ordine dei 50*K, alla quale l'azoto, trovandosi liquido, formerebbe vasti oceani nei quali navigherebbero iceberg di metano ghiacciato.

Abbandonando questa ipotesi forse non cosi` fantasiosa, dobbiamo dire che se azoto e metano sono le sostanze piu` comuni in superficie, allora esse dovranno anche essere i costituenti principali di quell'atmosfera gia` scoperta tramite osservazioni da Terra. La tipica colorazione rosso-arancio di Tritone, osservabile al telescopio, fa supporre che su questo corpo sia presente anche ammoniaca; questa infatti, associandosi col metano con l'ausilio della radiazione ultravioletta del Sole, sarebbe andata a formare dei polimeri organici che possiedono proprio questo colore. Se poi essi si trovassero sospesi nell'atmosfera potrebbero nascondere per intero la superficie del satellite alle telecamere della sonda.

Un'esperienza analoga e` gia` stata vissuta dal Voyager 2 durante il fly-by con Titano, satellite di Saturno, il cui oceano di azoto liquido che dovrebbe ricoprirne la superficie rimane ancora un'ipotesi proprio a causa dei composti organici che hanno reso impenetrabile ai raggi ottici l'atmosfera di questo corpo celeste.

Non abbiamo ancora parlato del diametro di Tritone forse perche` esso non e` conosciuto con sufficiente precisione. A seconda dei metodi usati per la misurazione esso varia da un valore minimo di 3'000 Km ad uno massimo di 5'000 Km, che al momento sembra il piu` attendibile.

Tutti questi misteri potranno essere risolti dal Voyager 2 quando esso passera` ad appena 40'000 Km dal satellite. Per ben 8 ore Tritone sara` fotografato con una risoluzione massima di circa 800 metri e studiato attraverso un gran numero di esperimenti che tra gli altri includono: osservazioni UV dell'occultazione della stella Beta del Cane Maggiore, misure di diametro e di densita`, nonche` di deflessione delle onde radio attraverso l'atmosfera, per determinarne il grado di rarefazione.

Nereide venne scoperta nel 1949 dall'astronomo olandese Gerard P. Kujper ed e` tutt'oggi un corpo di cui si ignorano quasi tutte le caratteristiche, anche a causa del suo aspetto al telescopio di stellina di 19* magnitudine.

Il suo diametro e` stimato compreso tra 200 e 1'500 Km a seconda se esso riflette nello spazio tutta la radiazione che riceve dal Sole, oppure se la assorbe in massima parte. Cio` dipende dalla composizione chimica superficiale che potrebbe anche rivelarsi estremamente diversa per i due emisferi che Nereide rivolge alla Terra nel corso della rotazione attorno al proprio asse.

Infatti lo scorso anno due astronomi del Goddard Space Flyght Centre della NASA hanno scoperto ampie variazioni nella luminosita` del satellite. Questo potrebbe significare sia che un lato della sua superficie e` molto scuro mentre l'altro e` piu` chiaro, sia che il corpo non e` sferico ma di forma irregolare, per intenderci a forma di patata.

Dal Voyager comunque potremmo ottenere solo poche informazioni, in quanto esso passera` a ben 4.7 milioni di Km da Nereide e le immagini presenteranno quindi una risoluzione massima di un centinaio di Km.

Una curiosita`; modelli teorici oggi accettati ritengono che originariamente il sistema di Nettuno fosse costituito da Nereide e da Plutone, il nono pianeta del Sistema Solare. Tritone sarebbe stato in seguito mentre vagava per lo spazio interplanetario; questo fenomeno avrebbe causato l'espulsione di Plutone, il quali si sarebbe poi posto in orbita indipendente attorno al Sole, e modificato fortemente l'orbita di Nereide che oggi si presenta molto eccentrica, con una distanza minima da Nettuno di 1.3 miliardi di Km e massima di quasi 10 miliardi. Infine diremo che la ricerca di nuovi satelliti nettuniani da parte del Voyager avra` inizio tra la fine di luglio ed i primigiorni di agosto attraverso fotografie a grande campo e lunga posa.

Malgrado i mille problemi che avevano caratterizzato le fasi iniziali della missione Voyager 2, gli spettacolari risultati ottenuti dalla sonda nei 12 anni del suo lungo viaggio avevano abituato gli scienziati solamente a successi. Vi era quindi un grande ottimismo negli ambienti del Jet Propulsion Laboratory di Pasadena (Cal.) sulla buona riuscita anche dell'atto conclusivo del Grand Tour tra i pianeti giganti del Sistema Solare che si concludeva proprio nella sua estrema periferia. Infatti in questi anni Nettuno e` il pianeta piu` esterno del nostro sistema planetario, a causa della particolare orbita di Plutone che, al perielio, lo porta piu` vicino al Sole di quanto non sia appunto Nettuno.

L'ottimismo non e` stato disatteso da Voyager, le cui telecamere hanno inviato le prime spettacolari immagini il 23 gennaio 1989, riprese dalla fantastica distanza di 309 milioni di Km dal pianeta. In esse compaiono gia` notevoli dettagli atmosferici, simili a grandi strutture nuvolose il cui movimento ha permesso di valutare il periodo di rotazione del pianeta (forse solo quello dell'atmosfera) in 16-18 ore.

L'esuberanza per l'accertata attivita` atmosferica di Nettuno venne comunque "raffreddata" dal fatto che osservazioni di Tritone lo vedevano uniformemente colorato in rosso, rafforzando l'ipotesi sulla presenza dei famosi composti organici in sospensione nella sua atmosfera.

La fase ufficiale di incontro e` cominciata il 5 giugno con Voyager 2 alla distanza di 117 milioni di Km dal pianeta, ma gia` allora le immagini riprese dalla sonda permettevano una risoluzione dei particolari quattro volte migliore di quella ottenibile da Terra.

Tra la fine di luglio ed i primi giorni di agosto Voyager 2 ha eseguito la ricerca di nuovi satelliti di Nettuno, scoprendo ben sei nuovi corpi, provvisoriamente denominati 1989 N1, N2 . . . N6, in ordine cronologico di scoperta.

1989 N1 e` il maggiore dei sei con un diametro di 420 Km, superiore anche a quello del gia` conosciuto Nereide. Esso denota una forma particolarmente irregolare e cio` ha sconvolto alcune teorie di dinamica planetaria secondo cui qualsiasi corpo solido di diametro superiore ai 400 Km si sarebbe dovuto modellare secondo una forma sferica. Il satellite orbita a 117'500 Km da Nettuno e si mostra dotato di una superficie molto scura la quale, benche` studiata da 870'000 Km, ha permesso di osservare un grande numero di crateri da impatto e di fratture.

1989 N2 viaggia su di un'orbita circolare a 73'000 Km dal pianeta ed assomiglia molto al precedente N1 tranne che per il diametro: solo 200 Km.

Vengono poi quattro corpi piu` piccoli:

• 1989 N3 Diametro 140 Km Distanza da Nettuno 52'500 Km
• 1989 N4 Diametro 160 Km Distanza da Nettuno 62'000 Km
• 1989 N5 Diametro 90 Km Distanza da Nettuno 50'000 Km
• 1989 N6 Diametro 50 Km Distanza da Nettuno 48'200 Km

E` probabile che questi corpi si siano condensati dalla nebulosa protosolare assieme a Nettuno, considerato che le loro orbite giacciono praticamente sul piano equatoriale del pianeta, con un massimo di inclinazione di 4.5 dovuto all'orbita di 1989 N6. Comunque essi si sono rapidamente raffreddati ed irrigiditi e la loro evoluzione superficiale e` stata affidata solo ai frequenti impatti meteoritici.

All'inizio di agosto e` cominciata anche la ricerca della regione degli archi di anello e gia` il giorno 11 Voyager 2 dava i primi responsi, benche` si trovasse ancora a 18 milioni di Km di distanza. Le immagini mostravano due archi di materia giacere sul piano equatoriale del pianeta ad una distanza di 62'000 e 53'000 Km dal suo centro ed estendersi per rispettivamente 50'000 e 10'000 Km, associati ai due piccoli satelliti N4 ed N3, i quali potrebbero fungere da pastori.

Il progressivo avvicinamento della sonda ha permesso di rilevare un terzo arco e soprattutto un fatto fondamentale: essi appartengono ad un anello completo che si estende attorno al pianeta a 63'000 Km ma che presenta una distribuzione molto eterogenea dei materiali.

Non solo! Le telecamere del Voyager hanno anche scoperto un anello secondario piu` debole ed un anello diffuso che, partendo da un confine esterno posto a 42'000 Km da Nettuno, sfuma verso l'atmosfera del pianeta non avendo un limite interno ben definito. Tra i due anelli propriamente detti si estende una zona di materiale diffuso, anche se quantitativamente piuttosto ricca, detta "plateau".

Malgrado questi dati e` al momento impossibile spiegare come le disomogeneita`, specie dell'anello principale, possano essere stabili; ecco perche` gli scienziati stanno ancora ricercando, nelle immagini della sonda, tracce di satelliti pastore.

Nella sua progressiva marcia di avvicinamento a Nettuno Voyager era ormai arrivato alla vigilia del fly-by e gli scienziati attendevano dati che confermassero inequivocabilmente la presenza di un campo magnetico attorno al pianeta. Al contrario sono stati necessari sei giorni di esami delle informazioni raccolte durante gli esperimenti sul plasma, perche` il 29 agosto si potesse ottenere un modello il piu` possibile realistico. Si tratta di un campo magnetico non molto intenso, meno di quello di Urano, e con intensita` variabile in vicinanza del pianeta. Esso ha polarita` invertite rispetto ai poli geografici e l'asse forma un angolo di 50 con quello di rotazione del pianeta. Inoltre il centro del campo magnetico non coincide col cento del pianeta, ma se ne discosta di circa 10'000 Km. Anomalie simili sono gia` state riscontrate anche su Urano. I teorici ritengono che se si attribuisce la formazione di tale campo ad un processo dinamo, le correnti elettriche che lo stimolano sono generate in vicinanza della superficie del pianeta.

Spettacolare come sempre l'osservazione di numerose aurore distribuite in varie parti del pianeta.

Veniamo ora a quel fatidico 25 agosto 1989. Voyager 2 entrato ormai nel sistema di Nettuno ha avuto il primo incontro "ravvicinato" con il satellite Nereide, alla notevole distanza di 4'700'000 Km. Scarsi sono quindi i dati raccolti. Nereide, contrariamente alle attese, si e` rivelato di forma approssimativamente sferica con diametro di 340 Km, ma la scarsa risoluzione delle immagini (circa 43 Km) non ha permesso di osservare alcun particolare della superficie.

Alle ore 3:55:35 di T.U. (ora di Greenwich) Voyager 2 ha raggiunto la minima distanza da Nettuno sorvolando il polo nord alla distanza di 4'905 Km, per poi "scivolare" dietro il pianeta ed attraversarne il piano equatoriale a circa 49'000 Km dalla vetta delle nubi. E'subito apparsa evidente la struttura a fasce e bande parallele tipica dei pianeti gioviani propriamente detti, sulla quale spicca un'estesa chiazza scura. Questa struttura, denominata appunto Grande Macchia Scura e posta nell'emisfero sud del pianeta, e` interpretata come un grande vortice ciclonico del diametro di 14'000 Km. Essa e` accompagnata poco piu` a sud dalla Seconda Macchia Scura, un'analoga struttura piu` piccola della precedente e dal cui centro si innalzano per circa 60 Km un ciuffo di nubi chiare in continuo turbinio.

Ad una latitudine intermedia si pone una terza struttura denominata Scooter. Essa e` molto piu` piccola, ma e` stata facilmente individuata per via del suo colore cangiante e del suo movimento nell'atmosfera di Nettuno in direzione opposta al senso di rotazione delle altre formazioni.

E` interessante notare come le macchie scure siano strutture che si trovano piu` in profondita` rispetto al limite medio dell'atmosfera, mentre le nubi piu` chiare se ne innalzano generando spettacolari increspature. A questo proposito Voyager ha eseguito accurati rilievi stratigrafici dell'atmosfera nettuniana esterna.

Lo Scooter, neanche a dirlo, conserva la sua originalita` posizionandosi ad una quota intermedia.

I dati sulla composizione dell'atmosfera di Nettuno sono ancora piuttosto incerti anche se indicano una netta prevalenza dell'idrogeno (85%) sul metano e derivati quali acetilene ed etilene. Per quanto riguarda l'abbondanza di elio si ha solo un approssimativo valore del 13%.

Le tanto discusse correnti convettive che venivano supposte dominare l'atmosfera del pianeta sono state confermate attraverso rilevamenti della temperatura atmosferica a varie quote.

Infatti se in profondita` la temperatura diminuisce progressivamente dall'equatore ai poli, piu` superficialmente l'atmosfera e` relativamente piu` "calda" all'equatore ed ai poli, per raffreddarsi a latitudini intermedie. Cio` comporta movimenti dei gas che salgono in superficie, raffreddandosi alle medie latitudini, per venire in seguito spostati ai poli ed all'equatore dove si riscaldano, sprofondando.

L'atmosfera di Nettuno e` anche interessata da intensi venti che spirano fino ad una velocita` di anche 1'000 Km/h e questo a causa sia dei movimenti differenziati dell'atmosfera stessa, sia per il diverso periodo di rotazione del nucleo, determinato in poco piu` di 16 ore.

Cinque ore e quindici minuti dopo aver superato Nettuno, Voyager 2 ha incrociato Tritone alla fantastica velocita` di 18 Km/sec.

Il timore di non poter osservare al disotto dell'atmosfera del satellite andava sfumando man mano che la sonda inviava immagini da distanze sempre piu` ravvicinate. Queste mostravano particolari tali da poter essere attribuiti esclusivamente a strutture della superficie.

Al punto di massimo avvicinamento, circa 40'000 Km, lo spettacolo e` stato assicurato: Tritone si e` mostrato ricoperto di una crosta di azoto e metano ghiacciati che presenta superfici estremamente diverse tra loro ed accomunate solo dall'essere molto pianeggianti. I dislivelli piu` elevati, dell'ordine di pochi metri, si trovano tra la superficie ed il fondo di ampi bacini da impatto, vagamente simili ai mari lunari. Questi pero` sono colmati non di lava ma di azoto ghiacciato il quale, emesso liquido dalle profondita` del satellite al momento dell'urto col meteorite che fuse la crosta in quel punto, e` poi solidificato a causa della bassa temperatura, diminuendo ovviamente il suo volume e livellandosi quindi ad una quota piu` bassa.

Cio` avvalora l'ipotesi che l'azoto si possa trovare allo stato liquido a profondita` di circa 30 metri.

Tritone presenta una crosta di colore rosato, dovuto all'azione dei raggi ultravioletti del Sole sul metano ghiacciato, e molto eterogenea con "terreni" piu` vecchi e scuri affiancati ad altri molto piu` giovani e quindi piu` chiari, nonche` ricchi di segni di attivita` tettonica, come la grande faglia a forma di "Y" posta ai confini della calotta polare sud. Su di essa regna in questo periodo l'estate tritoniana, che durera` ancora per diversi secoli.

Questa stessa superficie presenta delle strane strutture di forma ovale che si estendono tutte nella medesima direzione. Queste sono particolarmente scure ma presentano una "macchia" biancastra posizionata al loro interno nel limite sud. Benche` esista ancora molta incertezza sulla loro origine, gli scienziati pensano possa trattarsi di una sorta di geyser di azoto. In pratica l'azoto superficiale si fonderebbe improvvisamente per cause ignote, lasciando via libera all'espulsione di materiale scuro da sotto la crosta, il quale verrebbe trasportato per diversi Km da venti che ovviamente soffiano dal piu` caldo polo sud verso le fredde regioni equatoriali. Successivamente nuovo azoto ghiacciato, bianco in quanto non ha ancora subito l'azione dei raggi ultravioletti, andrebbe a tappare la bocca del geyser.

Parlando di temperatura bisogna dire che essa e` stata valutata in 37*K (-238*C) che rende Tritone il corpo piu` freddo del Sistema Solare. La causa di questo e` l'alta riflettivita` del ghiaccio di azoto nei confronti della radiazione solare che viene percio` assorbita solo in minima parte. Lo stesso fenomeno aveva portato a sovrastimare il diametro di Tritone per via della sua elevata magnitudine al telescopio. Voyager ha dato un valore molto piu` basso, appena 2'720 Km. La sua densita` risulta quindi piuttosto elevata (circa 2 g/cc), cioe` Tritone, nel suo interno, deve contenere buone quantita` di elementi pesanti e rocce.

Per quanto riguarda l'atmosfera essa e` stata studiata sia attraverso l'occultazione Beta del Cane Maggiore che tramite esperimenti di rifrazione delle onde radio inviate dalla sonda verso Terra. Il fatto che queste non siano state assolutamente deviate implica che l'atmosfera debba generare una pressione pari ad appena un 1/100'000 di quella terrestre.

La composizione presenta azoto molecolare e ionizzato negli strati elevati e metano in quelli piu` profondi.

Tengo a fare presente che tutti i dati fino ad ora scritti sono suscettibili, nei prossimi mesi, di variazioni grazie al lavoro che gli scienziati stanno conducendo sull'impressionante mole di informazioni che la sonda ha fornito.

Voyager 2 e` uscito dal sistema di Nettuno, e conseguentemente dal Sistema Solare, sfrecciando al di sotto del piano dell'eclittica.

L'incontro ufficiale si e` concluso il 2 ottobre con la sonda a 56 milioni di Km oltre il pianeta ed ora Voyager e` un viaggiatore degli spazi interstellari. La sonda dovrebbe trasmettere dati per ancora 25 anni sulla struttura del plasma e sull'ambiente del campo magnetico del Sistema Solare attorno ai pianeti.

Esso e` ora un messaggero del genere umano, trasportando un disco fonografico in oro con incisi i saluti in 60 lingue diverse, musiche di Beethoven, l'inno statunitense "Stars and Stripes" ed immagini digitali della struttura del DNA e di paesaggi con animali. Il tutto e` ovviamente destinato ad eventuali forme di vita aliene che dovessero "catturare" la sonda e leggere le istruzioni per l'uso.

Andrea Milanesi
[Associazione Ravennate Astrofili Rheyta]