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Le vagabonde del cielo: le comete


Tra i corpi che si muovono negli spazi celesti le comete sono senza dubbio i più straordinari, tanto da sembrare degli astri ribelli a ogni ordine prestabilito. Appaiono e scompaiono misteriosamente; percorrono gli spazi celesti in ogni direzione senza tener conto, almeno in apparenza, delle leggi che regolano i moti dei pianeti e degli altri corpi celesti del sistema solare; si presentano ornate di code di ogni dimensione e forma, talvolta smilze ed esigue, talaltra davvero impressionanti per lunghezza e spessore.

Non è quindi da meravigliarsi che apparizioni così inopinate e strane abbiano suscitato, specialmente nell’antichità, vaste ripercussioni nell’anima popolare. Nonostante il loro aspetto singolare e misterioso, le comete sono state per lo più considerate messaggere di eventi nefasti: guerre, stragi, carestie, pestilenze, sconvolgimenti tellurici e simili. Né si può dire che in tempi relativamente recenti non sia accaduto altrettanto. Contro la cometa apparsa nel 1532, papa Clemente VII lanciò addirittura la scomunica; e anche nel XX secolo la nuova apparizione della cometa di Halley, nel 1910, causò grandissimi timori, facendo notevolmente aumentare la percentuale dei suicidi, tanto era il terrore superstizioso che tale apparizione aveva suscitato e fu anche vista come presagio della I guerra mondiale.



Tutte queste paure e timori sono in realtà ingiustificati: le comete non soltanto sono semplicemente corpi celesti costituiti dalla stessa materia di cui sono composti tutti gli altri corpi dell’Universo, ma per di più sono assolutamente innocue, del tutto incapaci di causare catastrofi cosmiche; e questo per la semplice ragione che la loro massa è generalmente tanto esigua che, al confronto, quella della pur modesta Luna appare enormemente grande.

Come si vedrà, gli studi e le ricerche compiuti dagli astronomi e dagli astrofisica hanno permesso di formulare ragionate ipotesi sulla natura delle comete; inoltre, è ormai chiaro che si tratta di corpi il cui movimento nello spazio è regolato dalle leggi della meccanica celeste. È pur sempre vero, tuttavia, che le comete presentano tuttora, all’indagine scientifica, una somma di problemi irrisolti, mantenendo così un certo alone di mistero che il progresso delle ricerche riduce incessantemente, ma che nondimeno è tale da mantenere sempre desto l’interesse degli studiosi e del pubblico.




Com’è fatta una cometa.


Il nome cometa deriva dal latino coma <<capigliatura>>, e pochi nomi sono stati assegnati in modo più appropriato di questo, perché effettivamente la parte più vistosa e imponente di questi astri è un alone luminoso che suggerisce appunto l’immagine di una chioma fluente. In ogni cometa si distingue un punto molto luminoso, il nucleo, avvolto in un viluppo di vapori detto chioma. Nucleo e chioma formano la testa della cometa; a questa segue la parte più imponente, la coda, che può avere forma più o meno lunga e allargata. Nella testa della cometa la chioma può variare moltissimo, assumendo la forma di un alone circolare di varia luminosità, o quella di archi concentrici (cometa Chioggia), o ancora quella di un ovale striato o di pennacchio, o, più semplicemente, di piccola nube sfrangiata. In ogni caso la forma della chioma varia di continuo via via che la cometa, percorrendo la sua orbita si avvicina al sole. La coda ha la forma di una vera e propria coda; è solitamente molto allungata e luminosissima, di lunghezza tale che, a seconda dei casi, può giungere ad attraversare la volta apparente del cielo quasi da un capo all’altro. Nelle più grandi comete sono state osservate code di enorme lunghezza, di decine e anche di centinaia di milioni di km, come, ad esempio, nella cometa apparsa nel 1843, la cui coda era lunga ben 320 milioni di km, più del doppio della distanza Terra-Sole. In proporzione, anche la larghezza della coda è adeguata alla sua grandiosa lunghezza, giungendo non di rado a valori dell’ordine di centinaia di migliaia di chilometri. Nonostante questo, la coda, che appare come una tenue vaporosità, è perfettamente trasparente o quasi: attraverso di essa il cielo stellato rimane infatti visibile, il che significa che la coda delle comete deve essere composta di sostanze estremamente rarefatte.

Benché nella maggior parte dei casi le comete abbiano una sola coda, non è tuttavia infrequente l’apparizione di taluno di questi astri chiomati provvisto di coda bifida, o anche a tre, quattro e più code. Nel 1774, ad esempio, fu osservata una cometa che riempì il cielo con un maestoso ventaglio di ben sei code. Non è detto però che tutte le comete si facciano ammirare per le loro code particolarmente lunghe, raggiate o numerose; di solito, appendici tanto abbondanti si notano soltanto nelle comete più grandi. Quelle di minori proporzioni, quelle soprattutto troppo piccole per poter essere osservate ad occhio nudo, hanno code piuttosto insignificanti; e ve ne sono anche altre che ne sono addirittura prive, riducendosi ad apparire come un semplice punto luminoso contornato dal debole chiarore di una chioma anch’essa modesta.

Particolare importante: non è detto che la coda segua sempre la testa; può accadere anche il contrario, che cioè la preceda. Questo si verifica quando la cometa ha doppiato il Sole, e ha iniziato il cammino di ritorno. In generale, infatti, è stato osservato che i materiali costituenti la coda tendono a disporsi in direzione opposta al Sole, e ha iniziato il cammino di ritorno. In generale, infatti, è stato osservato che i materiali costituenti la coda tendono a disporsi in direzione opposta al Sole, ossia, in altre parole, tracciata una retta ideale dal Sole alla testa della cometa, la coda si orienta dalla parte opposta rispetto al Sole, verso l’esterno, per così dire, della traiettoria. La ragione di ciò è da ricercarsi in numerose cause tra cui, di primaria importanza, la pressione esercitata dalla radiazione solare sul materiale estremamente rarefatto che costituisce la coda della cometa.



Quante sono le comete?


A questa domanda Keplero rispondeva con un’altra domanda: <<Quanti sono i pesci in mare?>> volendo in tal modo significare che essa era priva di senso. Diverso è invece chiedersi quante siano state le comete osservate. Gli astronomi infatti, ivi compresi quelli dell’antichità, raccolgono e catalogano diligentemente tutto ciò che riescono a scoprire in cielo; ed è grazie appunto alla loro diligenza che si può stabilire, sia pure con una certa approssimazione, che le comete osservate dall’antichità ai nostri giorni ascendono al numero di circa un migliaio, di cui quasi la metà è stata scoperta dopo l’invenzione del cannocchiale (1609). È evidente che, con il moltiplicarsi e il perfezionarsi degli strumenti di osservazione, gli astronomi riusciranno ad individuare comete in numero sempre maggiore, poiché le grandi comete visibili ad occhio nudo sono relativamente scarse. Bisogna però tener presente che gli astri chiomati hanno abitudini diverse; alcuni tornano puntualmente ad apparire in cielo in epoche prestabilite, altri invece spariscono dopo pochissime apparizioni (talvolta dopo una soltanto), sicché non è facile distinguere le apparizioni periodiche di una stessa cometa dalle apparizioni occasionali di altre, soprattutto quando si tratti di osservazioni effettuate durante l’antichità o il Medioevo.



La cometa di Halley.


Tra le comete più note o più importanti ve n’è una, celeberrima, perché è stata la prima in cui si sono potute determinare le leggi del movimento tanto da poterne predire anche i successivi ritorni. Si tratta della cometa di Halley, così denominata in onore del grande astronomo inglese Edmund Halley (1656-l742), che ne calcolò l’orbita.

All’inizio del XVIII secolo gli osservatori del cielo, abituati alla grande regolarità dei moti celesti, non erano ancora giunti a formarsi un’opinione sufficientemente chiara sulla natura degli strani astri chiomati e caudati che di tanto in tanto apparivano inopinatamente nella volta celeste, seminando il terrore tra le genti e lo sgomento generale. Da poco, però, Isaac Newton aveva enunciato la teoria della gravitazione universale, secondo la quale tutti i corpi celesti debbono obbedire alle stesse leggi movimento. Amico e collaboratore di Newton, Halley aveva il dubbio che si trattasse di una sola cometa descrivente una rivoluzione intorno al Sole ogni 75 anni circa; compì a fatica i calcoli necessari e ne trasse la convinzione che le tre comete erano in realtà uno stesso astro. In tal caso però la cometa avrebbe dovuto riapparire in un’epoca che doveva esser possibile prestabilire a mezzo del calcolo; Halley predisse che detta riapparizione poteva essere prevista verso la fine del 1758. La cosa mise a rumore il mondo scientifico: mai prima di allora si era osato predire l’apparizione di una cometa. Alcuni astronomi e matematici, tra cui i francesi Alexis-Claude Clairaut e Joseph-Jèròme Lalande, si assunsero il compito di determinare esattamente la data dell’appuntamento e, dopo mesi di faticosi calcoli, poterono stabilire che la cometa sarebbe passata al perielio (massima vicinanza al Sole) verso la metà dell’aprile del 1759, con l’approssimazione di un mese.

L’attesa fu vivissima in tutto il mondo civile, e il 12 marzo 1759, proprio un mese prima della data prevista, la cometa passò al perielio confermando pienamente le previsioni. Da quel momento anche le misteriose stelle caudate furono definitivamente assoggettate al calcolo astronomico perdendo così buona parte del fascino leggendario che le aveva circondate per millenni. La cometa di Halley riapparì puntualmente nell’autunno del 1835 e, 75 anni dopo, nella primavera del 1910.



Di che cosa sono fatte le comete.


L’astrofisica ha saputo compiere l’analisi chimica dei corpi celesti per mezzo dello spettroscopio. Anche le comete sono state esaminate nello stesso modo, soprattutto la loro coda e la loro chioma, assai più facili da analizzare in quanto composte prevalentemente di gas. La coda delle comete si è rilevata composta di particelle estremamente rarefatte di elementi o composti quali il carbonio, gli idrocarburi, l’idrogeno, l’azoto, ecc. Dalla conoscenza della composizione chimica della coda è possibile risalire a quella del nucleo. Secondo un modello teorico. Già abbondantemente confermato da dati sperimentali, il nucleo di una cometa è composto essenzialmente di un conglomerato di sostanze solide a bassa temperatura (acqua, ammoniaca, metano e anidride carbonica), mescolate grossolanamente con materiale meteorico. A grande distanza dal Sole questo ammasso di ghiaccio e pietre, del diametro di non più di pochi chilometri, rimane completamente inattivo, e non sarebbe neppure visibile all’indagine ottica; a mano a mano che si avvicina al Sole, però, esso comincia a espellere materiali gassosi, che formano la caratteristica coda, e ad apparire sempre più brillante, l’espulsione di gas, e la conseguente formazione della coda, è dovuta al riscaldamento solare, che scioglie gli strati superficiali, i quali evaporano disperdendosi nello spazio e trasportandosi dietro anche particelle solide. Continuando ad avvicinarsi al Sole, la cometa diventa sempre più brillante, e la sua coda si ingrandisce continuamente (ciò è vero in linea generale perché, come già è stato detto, esistono comete munite di una coda del tutto irrilevante, e altre che ne sono addirittura prive). Va notato infine che i materiali componenti la coda si dispongono nel piano dell’orbita della cometa, cioè la coda stessa si presenta con una struttura bidimensionale, simile a un enorme foglio di carta dispiegato nel cielo. La forma della coda dipende inoltre dal modo e dalla velocità con cui le polveri e i gas vengono espulsi dal nucleo, nonché dalle interazioni tra le particelle gassose di cui la coda è composta.




Le più grandi comete della storia.


Tra le molte comete osservate negli ultimi secoli la più grandiosa è senza dubbio quella apparsa nel 1843. Passò al perielio transitando a una distanza di appena 52.000 km dal Sole, attraversando impunemente le infuocate protuberanze gassose dell’astro (va ricordato che sono state osservate protuberanze alte anche più di 300.000 km) e allontanandosi poi, maestosa, trascinandosi dietro un’enorme coda lunga circa 320 milioni di km. Un’altra grande cometa fu quella del 1811: aveva la testa (nucleo e chioma) del diametro di circa 2 milioni di km, e la coda di 176 milioni di km.

Assai grande e bellissima fu la cometa scoperta dall’astronomo Donati il 2 giugno 1858. Molti astronomi poterono osservarla e studiarla a lungo, misurandone con grande esattezza le caratteristiche più salienti. Il nucleo aveva un diametro di circa 900 km; la coda, che appariva brillantissima e graziosamente sfrangiata, misurava una lunghezza complessiva di circa 88 milioni di km.

Tre anni dopo la sa della cometa di Donati, ne apparve un’altra, di un’imponenza quasi eguale. La cometa del 1861 aveva infatti una coda lunga circa 68 milioni di km; ma gli astronomi la considerano importante soprattutto per le trasformazioni osservate nella sua testa, che diedero luogo a un succedersi di striature luminose nella chioma e di getti, fuoriuscenti dal nucleo, simili a quelli di una grande fontana illuminata artificialmente.

Non soltanto grandiosa ma anche di particolare interesse storico è infine la grande cometa osservata nel 1860. Passò, al perielio, a una distanza dal Sole inferiore a un milione di km e offrì, ai fortunati che poterono contemplarla, la visione di una stupenda ed enorme coda lunga circa 240 milioni di km. Secondo alcuni si tratterebbe della stessa cometa apparsa nel 44 a.C., anno in cui fu ucciso Gaio Giulio Cesare, e nella quale i Romani vollero identificare la sua anima divinizzata.


Le orbite delle comete.


A differenza dei pianeti, le cui orbite di rivoluzione intorno al Sole sono ellissi assai poco allungate, le comete descrivono ellissi allungatissime. Poiché il Sole occupa uno dei fuochi di queste ellissi, accade che la distanza delle comete dall’astro maggiore vari tra un minimo (distanza al perielio) e un massimo (all’afelio) i cui rispettivi valori sono estremamente diversi. La celebre cometa di Halley, ad esempio, dista dal Sole circa 100 milioni di km, al perielio; ma se ne allontana tanto da mettere tra sé e il grande astro di fuoco un intervallo che, all’afelio, è pari a circa 6 miliardi di km.

Tale distanza è però ben poca cosa rispetto a quella di certe comete osservate di recente e al cui proposito sono state calcolate distanze all’afelio di oltre 1000 miliardi di km: un’enormità, se si pensa che tali distanze sono 100 volte maggiori del diametro massimo dell’intero sistema solare.

Non tutte le comete però descrivono orbite chiuse intorno al Sole, ossia ellissi; alcune girano attorno all’astro descrivendo archi di parabola o di iperbole: il che significa che esse, attirate momentaneamente dalla grande massa solare, se ne allontanano poi definitivamente andando a disperdersi per sempre nei lontanissimi spazi siderali. È comunque difficile, in molti casi, determinare se il cammino percorso da una cometa (durante il tempo in cui questa è visibile) sia un arco di ellisse oppure di iperbole o di parabola. È a causa di ciò che per talune comete gli astronomi non possono dire se ritorneranno o se non riappariranno più. Va inoltre tenuto presente che tutte le comete, a causa della loro esigua massa, subiscono forti perturbazioni di traiettoria quando passano in prossimità di qualche pianeta. Giove soprattutto tiranneggia una gran quantità di comete causando gravi perturbazioni nel loro moto con la sua massa gigantesca. Il cammino delle comete è dunque cosparso di insidie; e non è quindi da farsi meraviglia se di tanto in tanto qualcuno di questi astri chiomati finisce per andare a schiantarsi su qualche altro corpo celeste o per dissolversi nello spazio a causa dei complicati giochi di attrazione e repulsione cui sottostà ogni corpo celeste.

Comunque le comete generalmente si raggruppano in 3 classi, in base alla geometria dell’orbita e al periodo di rivoluzione. Comete di periodo corto: periodi inferiori ai 20 anni, orbite poco inclinate sull’Eclittica, bassa eccentricità, punti di afelio (massime distanze dal Sole) compresi fra l’orbita di Marte e quella di Giove. Comete di periodo intermedio: periodi compresi fra 20 anni e 200 anni, orbite abbastanza inclinate sull’Eclittica, eccentricità accentuata, punti di afelio compresi fra l’orbita di Giove e quella di Nettuno. E il gruppo col minor numero di costituenti noti (una quindicina). Comete di periodo lungo: periodi maggiori di 200 anni, distribuzione dei piani orbitali del tutto casuale, eccentricità sempre molto elevate, punti di afelio compresi tra 300 e 3000 volte il raggio dell’orbita di Nettuno. Hale-Bopp appartiene a questo gruppo, che comprende anche le comete che non dovrebbero più far ritorno verso il Sistema Solare interno.


Da dove vengono le comete


Comunemente si pensa che il sistema solare termini con l’orbita del più lontano fra i pianeti noti. Plutone. Invece l’influenza gravitazionale del Sole si estende 3000 volte più in là, fino a circa metà della distanza dalle stelle più vicine. E questo spazio non è vuoto: lo riempie un gigantesco “serbatoio” di comete, materiale residuo della formazione del sistema solare, che prende il nome di nube di Oort.

Questa regione è la Siberia del sistema solare, un’immensa e gelida frontiera i cui abitanti sono esiliati dal dominio del Sole e ricadono a malapena sotto la sua autorità. Le temperature massime tipiche sono appena di quattro gradi sopra lo zero assoluto, e le comete sono in genere distanziate l’una dall’altra di decine di milioni di chilometri. Il Sole, pur essendo ancora la stella più luminosa fra quelle visibili, non appare più brillante di Venere nel cielo terrestre dopo il tramonto.

Non abbiamo mai “visto” la nube di Oort. Ma è anche vero che nessuno non ha mai visto un elettrone: ne deduciamo l’esistenza e la proprietà dagli effetti fisici che osserviamo. Nel caso della nube di Oort, questi effetti sono rappresentati dal continuo stillicidio di comete a lungo periodo che penetrano nel sistema solare interno. L’esistenza della nube di Oort è la risposta a una domanda che ci si è posta sin dall’antichità: che cosa sono le comete, e da dove vengono?

Seneca, nel I secolo d.C. propose che esse fossero corpi celesti, che percorrevano il loro cammino attraverso il firmamento. Dovevano passare 15 secoli prima che la sua ipotesi venisse confermata dall’astronomo danese Tycho Brahe, che confrontò osservazioni della cometa del 1577 compiute in diverse località d’Europa. Se la cometa fosse stata un oggetto vicino, allora da ciascuna località essa avrebbe avuto una posizione leggermente diversa sullo sfondo delle stelle. Brahe invece non riuscì a rilevare alcuna differenza e concluse che la cometa doveva essere più lontana della Luna.

Quanto fosse lontana cominciò a essere chiaro solo quando gli astronomi riuscirono a calcolare le orbite delle comete. Nel 1705 l’inglese Edmond Halley compilò un primo catalogo di 24 comete. Le osservazioni su cui si basava erano abbastanza rozze, e Halley riuscì solo a far corrispondere parabole molto approssimative alla traiettoria di ciascuna cometa. Tuttavia, sostenne che le loro orbite potessero essere ellissi allungate intorno al Sole: perché così il loro numero sarà determinato e, forse, non tanto grande.

Inoltre lo spazio tra il Sole e le stelle fisse è così immenso che vi è posto a sufficienza perché una cometa compia la propria rivoluzione, per quanto il periodo di questa sia enormemente lungo.

In un certo senso la descrizione fatta da Halley di comete circolanti in orbite che si estendevano fino alle stelle anticipava la scoperta della nube di Oort, che avvenne due secoli e mezzo più tardi. Halley notò anche che le comete del 1531, 1607 e 1682 avevano parametri orbitali molto simili e che i loro passaggi erano distanziati da intervalli di circa 76 anni. Egli suppose che queste comete apparentemente distinte fossero in realtà la stessa cometa, che tornava a intervalli regolari. Questo corpo celeste, oggi chiamato cometa di Halley, ha compiuto il suo ultimo passaggio nel sistema solare interno nel 1986.

Dall’epoca di Halley, gli astronomi hanno diviso le comete in due gruppi, a secondo della durata della loro orbita intorno al Sole (che è direttamente correlata alla distanza media della cometa intorno al Sole). Le comete di lungo periodo, come le luminose comete Hyakutake e Hale-Bopp apparse di recente, hanno periodi orbitali superiori a 200 anni; le altre sono dette comete di breve periodo. Nell’ultimo periodo gli astronomi hanno ulteriormente suddiviso in due gruppi le comete di breve periodo: quelle della famiglia di Giove, come le comete Encke e Tempel 2, con periodi inferiori a 20 anni; e quelle di periodo intermedio, o di tipo Halley, con periodi compresi fra 20 e 200 anni.

Queste definizioni sono in una certa misura arbitrarie, ma riflettono differenze reali. Le comete di periodo intermedio e lungo entrano nel sistema solare intorno provenendo da tutte le direzioni in modo casuale, mentre le comete della famiglia di Giove hanno orbite il cui piano è tipicamente inclinato di non più di 40 gradi rispetto all’eclittica, ossia il paino dell’orbita terrestre. Le comete di periodo intermedio e lungo sembrano provenire dalla nube di Oort, mentre oggi si ritiene che quelle della famiglia di Giove abbiano origine nella fascia di Kuiper, una regione dell’eclittica situata oltre l’orbita di Nettuno.

Un anno dopo l’astronomo Gerard Kuiper suggerì che alcuni residui della formazione del sistema solare si dovevano trovare appena oltre Nettuno, sul piano dell’eclittica da cui provengono le comete di breve periodo.

A suo parere infatti era strano trovare un confine discreto al sistema solare. Negli anni ottanta le simulazioni al calcolatore hanno effettivamente mostrato che oltre l’ultimo dei pianeti giganti, dovrebbe esservi una grande quantità di frammenti rocciosi che non si sono mai aggregati.



L’intuizione di Kuiper rimase però teoria fino al 1992, anno in cui fu rivelato un corpo di 250 km di diametro poco al di là di Nettuno. Molte altre scoperte simili hanno confermato l’esistenza della fascia che ora porta il suo nome.

Il pianeta Plutone si rivela essere dunque il più grande di tali oggetti. Anche i satelliti di Nettuno, Tritone e Nereide, così come il satellite di Saturno Febo, per la loro inusuale orbita, dovrebbero essere corpi della fascia di Kuiper catturati dai giganti gassosi.



IL CUPO MONDO OLTRE PLUTONE

All’inizio del XX secolo, erano state ormai calcolate orbite di comete di lungo periodo in numero sufficiente per studiarne la distribuzione statistica. Emerse così un problema. Circa un terzo di tutte le orbite seguite dalle comete hanno un punto di massimo avvicinamento al Sole iperbolico; il guaio è che un’orbita iperbolica ha origine nello spazio interstellare e poi vi ritorna, al contrario delle orbite ellittiche che sono gravitazionalmente legate al Sole. Il fatto che le orbite fossero iperboliche indusse alcuni astronomi a proporre che le comete si trovassero nello spazio interstellare e venissero catturate da incontri ravvicinati con i pianeti.

Per valutare quest’ipotesi, si estrapolarono indietro nel tempo le orbite delle comete di lungo periodo e si scoprì che, a causa dell’attrazione gravitazionale a grande raggio esercitata dai pianeti, le orbite attuali, che giungono molto vicino al Sole, non sono quelle originarie. Quando si presero in considerazione gli effetti dei pianeti quasi tutte le orbite isultarono ellittiche. Perciò se ne doveva concludere che le comete fossero membri del sistema solare e non vagabondi interstellari.

Inoltre, sebbene due terzi di queste orbite presentassero ancora una distribuzione uniforme, ben un terzo aveva energie orbitali che ricadevano in un piccolo ristretto, il quale rappresentava orbite che si estendevano fino a grandissime distanze: 20000 unità astronomiche o più (una UA è pari alla distanza Terra-Sole). Queste orbite hanno periodi superiori al milione di anni. Perché tante comete giungono da distanze così grandi? Verso la fine degli anni quaranta l’astronomo olandese Adrianus F.van Woerkom dimostrò che la distribuzione uniforme poteva essere spiegata dal fatto che le perturbazioni etarie disperdono a caso le comete in orbite sia grandi sia piccole; ma che cosa si poteva dire del picco di comete con periodi dell’ordine del milione di anni?

Nel 1950 un altro olandese Jan H. Oort, già famoso per aver determinato negli anni venti la rotazione della Via Lattea, cominciò a interessarsi del problema. Egli riconobbe che il picco deve rappresentare la fonte delle comete di lungo periodo: una vasta nube sferica che circonda il sistema dei pianeti e si estende fino a metà della distanza dalle stelle più prossime.

Oort dimostrò che le comete della nube sono così debolmente legate al Sole che perfino i moti stellari possono facilmente modificarne le orbite. Ogni milione di anni una decina di stelle passa a meno di un parsec dal Sole. Questi incontri ravvicinati sono sufficienti a perturbare le orbite delle comete, rendendone casuale l’inclinazione e inviando una serie continua di questi corpi celesti nel sistema solare interno, su orbite ellittiche molto allungate. Quando entrano per la prima volta nel sistema solare, le comete vengono “sparliate” dai pianeti, e guadagnano o perdono energia orbitale. Alcune sfuggono interamente al sistema; altre diventano periodiche e vengono osservate di nuovo come membri del gruppo di comete a distribuzione uniforme.

Alcune comete apparivano ancora come provenienti dallo spazio interstellare, ma questa era probabilmente un’impressione scorretta dovuta a piccoli errori nella determinazione delle orbite. Inoltre le comete possono modificare la propria orbita perché i getti di gas e polvere emessi dalla loro superficie ghiacciata, quando esse si avvicinano al Sole, agiscono come piccoli motori a razzo. Queste forze non gravitazionali possono far sì che le orbite appaiano iperboliche anche se sono in realtà ellittiche.



UNA PIOGGIA DI COMETE                     

Il successo di Oort nell’interpretare correttamente la distribuzione orbitale delle comete di lungo periodo è ancora più notevole quando si consideri che egli aveva a disposizione solo 19 orbite accuratamente misurate. Oggi gli astronomi possono contare su dati 15 volte più cospicui e sanno che le comete di lungo periodo che entrano per la prima volta nella regione occupata dai pianeti provengono da una distanza media di 44000 unità astronomiche. Queste orbite hanno periodi di 3,3 milioni di anni.

Si è anche compreso che le perturbazioni stellari a volte sono tutt’altro che lievi. Di tanto in tanto, una stella si avvicina al Sole a tal punto da attraversare addirittura la nube di Oort, perturbando violentemente le orbite cometarie lungo il proprio cammino. Statisticamente ci si aspetta che una stella passi a meno di 10000 unità astronomiche dal Sole ogni 36 milioni di anni, e a meno di 3000 unità astronomiche ogni 400 milioni di anni. Le comete vicine alla traiettoria della stessa sono scagliate nello spazio interstellare, mentre le orbite delle altre comete della nube subiscono sostanziali alterazioni.

Sebbene gli incontri ravvicinati con altre stelle non abbiano conseguenze dirette sui pianeti (il massimo avvicinamento previsto da parte i un’altra stella in tutta la storia del sistema solare è di 900 unità astronomiche dal Sole) le ripercussioni indirette possono essere disastrose. Nel 1981 Jack G. Hills del Los Alamos National Laboratory affermò che un passaggio stellare ravvicinato potrebbe inviare una “pioggia” di comete verso i pianeti, aumentando la frequenza degli impatti cometari e forse provocando anche un’estinzione di massa sulla Terra. Secondo una simulazione al calcolatore che eseguì nel 1985 insieme con Piet Hutn, la frequenza dei passaggi di comete durante una simile pioggia potrebbe arrivare a 300 volte l’attuale, e il fenomeno durerebbe da due a tre milioni di anni.

Di recente Kenneth A. Farley e i colleghi del California Institute of Technology hanno trovato dati a conferma di un’antica pioggia di comete. Usando il raro isotopo elio 3 come  marcatore di materiale extraterrestre, hanno misurato l’accumulo nel tempo di particelle di polvere di origine interetaria nei sedimenti oceanici. Si pensa che la velocità di accumulo della polvere rifletta il numero di comete che passano nel sistema solare interno (ogni cometa lascia polvere lungo il proprio cammino). Farley ha scoperto che la velocità di accumulo è aumentata nettamente alla fine dell’Eocene (circa 36 milioni di anni fa) riducendosi a poco a poco nel corso di 2-3 milioni di anni, esattamente come prevedono i modelli teorici delle piogge di comete. Nel tardo cenozoico è stato identificato un modesto evento di estinzione biologica, e diversi crateri di impatto in sedimenti terrestri, quali strati ricchi di iridio e microtectiti. La Terra rischia oggi di essere sottoposta a una pioggia di comete? Fortunatamente non è così. Garcia-Sanches, A. Preston, L. Jones, e Weissman hanno utilizzato le posizioni e la velocità delle stelle misurate dal satellite Hipparcos per ricostruire le traiettorie delle stelle nei pressi del sistema solare. Hanno scoperta che nessuna stella è passata nei pressi del Sole nell’ultimo milione di anni. Il prossimo passaggio ravvicinato avverrà fra 1,4 milioni di anni; l’astro in questione sarà una nana rossa, Gliese 710, che attraverserà la parte esterna della nube di Oort, a circa 70000 unità astronomiche dal Sole. A quella distanza Gliese 710 potrebbe incrementare la frequenza dei passaggi cometari nel sistema solare interno del 50% circa: qualche goccia quindi, non certo uno scroscio di pioggia.

Oggi si sa che, oltre ai passaggi stellari casuali, vi sono altri due fattori capaci di perturbare la nube di Oort. In primo luogo, essa è abbastanza grande per risentire delle forze di marea generate dal disco della Via Lattea e, in misura minore, dal nucleo galattico. Le maree sono dovute al fatto che il Sole e la nube si trovano a distanze leggermente differenti dal piano del disco o dal centro galattico, e quindi avvertono un’attrazione gravitazionale lievemente diversa. Gli effetti di marea contribuiscono a spingere nuove comete di lungo periodo nella regione occupata dai pianeti. Anche le nubi molecolari giganti della Galassia possono perturbare la nube di Oort. Queste immense nubi fredde di idrogeno, la “culla” delle stelle e dei sistemi etari, hanno una massa da 100000 a un milione di volte maggiore di quella solare. Quando il sistema solare si avvicina ad una di esse le perturbazioni gravitazionali strappano le comete alle loro orbite e le scagliano nello spazio interstellare. Per quanto violenti, questi incontri sono abbastanza rari: avvengono solo una volta ogni 300-500 milioni di anni. Nel 1985 i fratelli Tremaine hanno dimostrato che, nella storia del sistema solare, le nubi molecolari hanno avuto lo stesso effetto cumulativo di tutti i passaggi stellari.


NOCCIOLO DURO

Oggi i ricercatori che si occupano della nube di Oort cercano di chiarire tre problemi principali. In primo luogo, qual’è la sua struttura? Nel 1987 alcuni astronomi hanno studiato in che modo le perturbazioni stellari e quelle prodotte dalle nubi molecolari ridistribuiscono le comete all’interno della nube di Oort. Si è visto che le comete ai margini esterni della nube vanno rapidamente perdute, migrando o nello spazio interstellare o nel sistema solare interno, a causa delle perturbazioni. Ma più in profondità probabilmente esiste un “nocciolo” relativamente denso che a poco a poco ripristina la popolazione dei margini esterni.

Duncan, Quinn e Tremaine hanno dimostrato anche che, quando le comete provenienti dalla nube di Oort migrano verso il Sole, l’inclinazione delle loro orbite tendono a restare immutata. Questo è uno dei motivi principali per cui gli astronomi oggi ritengono che sia la fascia di Kuiper, anziché la nube di Oort, a dare origine alle comete della famiglia di Giove, con orbite poco inclinate. Tuttavia la nube di Oort è sempre la fonte più probabile delle comete di periodo intermedio e con orbite più inclinate. Probabilmente un tempo esse erano comete di lungo periodo che sono state trasferite in orbite più brevi dalle perturbazioni etarie.

La seconda grande domanda è: quante comete popolano la nube di Oort? Questo valore dipende dalla velocità con cui le comete vengono perse nello spazio interetario. Per giustificare il numero osservato di comete di lungo periodo, si stima che la nube contenga 6000 miliardi di comete, il che rende gli oggetti che popolano questa zona i più numerosi fra i corpi di discrete dimensioni del sistema solare. Solo un sesto di esse si trova nella regione esterna, dinamicamente attiva, descritta da Oort: le altre sono contenute nel nocciolo relativamente denso. Se si applica la stima più probabile della massa media di una cometa – circa 40 miliardi di tonnellate – la massa totale delle comete della nube di Oort al momento attuale sarebbe circa 40 volte quello della Terra.



Infine dove hanno avuto origine le comete della nube di Oort? Di certo non possono essersi formate nella loro posizione attuale, perché a simili distanze dal Sole la materia è troppo rarefatta per condensare. Né possono essersi originate nello spazio interstellare: la cattura di comete da parte del Sole è molto inefficiente. L’unica possibilità rimanente è il sistema etario. Oort suppose che le comete si siano formate nella fascia degli asteroidi e ne siano state espulse a opera dei pianeti giganti durante la formazione del sistema solare. Ma le comete sono composte in gran parte da ghiaccio (essenzialmente sono palle di neve sporche) e la fascia degli asteroidi è troppo calda per la loro condensazione.

Un anno dopo la pubblicazione del lavoro di Oort, Kuiper ipotizzò che le comete condensassero più lontano dal Sole, fra i pianeti giganti. La fascia di Kuiper prende il nome da lui perché egli propose che alcune comete si formassero anche al di là delle più estreme orbite etarie. Le comete probabilmente hanno avuto origine in tutta la regione dei pianeti giganti, ma un tempo i ricercatori erano convinti che quelle vicine a Giove e a Saturno sarebbero state espulse nello spazio interstellare anziché nella nube di Oort. Urano e Nettuno, con la loro massa più piccola, non avrebbero invece scagliato molte comete su traiettorie di fuga. Ma studi dinamici più recenti gettano dubbi su questo scenario. Giove e soprattutto Saturno collocano una frazione significativa delle comete loro adiacenti della nube di Oort. Questa percentuale è presumibilmente più piccola di quella relativa a Urano e Nettuno, ma ciò potrebbe essere compensato dalla maggiore quantità di materia che inizialmente si trovava nella zona dei pianeti più grandi.

Pertanto le come della nube di Oort potrebbero venire da zone collocate a distanze molto diverse dal Sole e avere quindi un ampio intervallo di temperature di formazione. Ciò potrebbe spiegare in parte le diversità di composizione osservata. In effetti, lavori recenti effettuati da Weissman e da Levison, hanno dimostrato che la nube contiene persino asteroidi provenienti dal sistema solare interno. Oggi questi oggetti composti soprattutto da roccia anziché ghiaccio, potrebbero costituire il 2-3% della popolazione totale della nube di Oort.

La chiave di questa ricostruzione è la presenza dei pianeti giganti, che scagliano le comete verso l’esterno, e modificano le loro orbite se queste rientrano nella regione occupata dai pianeti. Se altre stelle hanno pianeti giganti, come fanno pensare recenti osservazioni, anch’esse potrebbero possedere nube di Oort. E se ciascuna stella ha la propria nube, allora, nel corso dei passaggi stellari ravvicinati, la nube di Oort delle altre stelle passa attraverso quella del Sole. Anche in questo, la collisione tra comete devono essere rare, perché la distanza tipica fra due comete è dell’ordine dell’unità astronomica o più.

Ogni sistema stellare potrebbe quindi perdere lentamente comete verso lo spazio. Queste comete interstellari dovrebbero essere facilmente riconoscibili se passassero presso il Sole, perché si avvicinerebbero a velocità molto più elevata ma ciò non sorprende: dato che il sistema solare è un bersaglio molto piccolo nella vastità dello spazio, la probabilità che una cometa interstellare sia mai giunta a distanza osservabile è davvero bassa.

La nube di Oort è importante perché conserva un campione di materia risalente ai primordi del sistema solare. Studiando la documentazione cosmochimica congelata nelle comete, si stanno mettendo in luce preziosi indizi sull’origine del sistema solare.

Diverse missioni spaziali in fase di preparazione ci sveleranno questi segreti. La seconda STARDUST, che sarà lanciata quest’anno (1999), volerà attraverso la chioma della cometa Wild 2 raccogliendo campioni di polvere cometaria e riportandoli a terra per le analisi di laboratorio. Alcuni anni più in là, la sonda CONTOUR incontrerà tre comete e ne confronterà la composizione. La missione DEEP SPACE 4/CHAMPOLLION invierà un modulo orbitante e un modulo di atterraggio verso la cometa Tempel 1, e la missione ROSETTA farà la stessa cosa con la cometa Wirtanen. Sarà sicuramente un momento entusiasmante per lo studio delle comete.



IL DESTINO DELLE COMETE E POLVERIZZAZIONE


Una cometa proseguirà nel suo moto di rivoluzione attorno al Sole finché non andrà incontro a vari possibili destini: in relazione al maggiore o minor sviluppo della loro orbita, le comete che descrivono orbite chiuse intorno al Sole percorrono periodicamente il loro cammino in tempi prestabiliti. La cometa di Encke impiega poco più di 3 anni a compiere una rivoluzione completa; quella di Tuttle quasi 14; quella di Halley 75; fino a una delle comete scoperte di recente e il cui periodo di rivoluzione è stato calcolato in circa 300.000 anni. È naturale che gli astronomi osservino con particolare interesse le comete a periodo breve, che per le loro frequenti riapparizioni consentono studi ati e ripetuti; e così accadeva anche nel secolo scorso, durante il quale ben nota e frequentemente osservata era la cometa di Biela, caratterizzata da un periodo di circa 6 anni e mezzo. Questa cometa era oltretutto diventata famosa per essere passata a soli 80 milioni di km dalla Terra (1832), causando molto spavento. Non causò comunque nessun danno e ritornò puntualmente nel 1839 e nel 1845. Se ne seguiva il cammino, quand’ecco che il 13 gennaio 1846 accadde un fatto inatteso: la cometa si spezzò in due. Gli astronomi non riuscivano a spiegarsi che cosa fosse successo e attesero con estremo interesse il successivo ritorno del 1852.

Quell’anno apparvero due comete, ciascuna con tanto di nucleo, chioma e coda; percorrevano entrambe lo stesso cammino, ma a una distanza l’una dall’altra di circa 20.000 km. Cosa sarebbe accaduto in futuro? La domanda rimase senza risposta. Da allora la cometa di Biela non riapparve più, tanto che tutti, concordemente, la ritennero ormai perduta, vittima di un misterioso cataclisma. Ma il 27 novembre 1877 milioni di meteore caddero in poche ore: una vera pioggia di stelle cadenti quale non era mai stata osservata per l’innanzi. L’epoca corrispondeva all’incirca a quella in cui sarebbe dovuta riire la cometa di Biela; e lo straordinario avvenimento fu subito spiegato ammettendo che l’enorme quantità di meteore osservate provenisse dai materiali di disfacimento della cometa ssa. Quest’interpretazione corrispondeva assai bene, del resto, ai classici studi compiuti qualche tempo prima (1866) da Schiapparelli il quale, ricorrendo agli antichissimi cataloghi astronomici risalenti alle più lontane osservazioni fatte dai Cinesi, aveva potuto stabilire che le meteore o stelle cadenti dovevano essere causate da corpi solidi ruotanti attorno al Sole in orbite fisse. Calcolando l’orbita delle meteore dette Perseidi, Schiapparelli trovò che essa era quasi uguale all’orbita di una cometa detta di Tuttle, e ne dedusse che le meteore dovevano arrivare dai materiali in disgregazione delle comete. Anche l’orbita delle meteore dette Leonidi risultò coincidere con quella della cometa detta di Temple, per cui diventò facile riconoscere infine che la defunta cometa di Biela era la generatrice delle meteore dette Andromedidi, di cui si era registrata l’eccezionale caduta il 27 novembre 1877.

Molti meteoriti giungono sulla superficie della Terra quando questa incontra i frammenti del nucleo di qualche cometa; è quindi evidente che basta analizzare i meteoriti stessi per avere un’idea dei materiali che compongono il nucleo delle comete. Questo esame, però, rivela solo la composizione dei materiali contenuti nel nucleo delle comete (che risultano essere ferro puro, nichel, silicati, feldspati e simili), ma non è in grado di fornire informazioni in merito alle sostanze liquide e gassose congelate che il riscaldamento solare fa evaporare. Le ipotesi in merito vengono controllate per mezzo dell’esame spettroscopico della testa il quale, benché difficoltoso per via della intensa luminosità di fondo dovuta alla radiazione solare, ha permesso di raccogliere dati estremamente interessanti. Anche se non tutto, in merito alle comete, è ancora perfettamente chiaro, è facile prevedere che grazie ai sempre nuovi e perfezionati strumenti astronomici ben presto anche queste <<vagabonde del cielo>> non avranno più segreti per gli scienziati.


Espulsione

In condizioni particolari, un pianeta può fornire alla cometa un’energia sufficiente a trasformare la traiettoria ellittica originale in una linea aperta (un’iperbole). In questo caso il nucleo cometario, dopo qualche decennio di cammino, abbandonerà per sempre il Sistema Solare.


Asteroide

A ogni transito al perielio una cometa perde un po’ della sua massa. I primi ingredienti ad andarsene sono quelli più volatili: monossido di carbonio, anidride carbonica, acqua,ecc. La componente rocciosa è più difficile da rimuovere e così, un passaggio dopo l’altro, si forma una specie di mantello costituito da pulviscolo e materiale oscuro, che avvolge progressivamente tutto il nucleo, impedendo ogni ulteriore espulsione di gas da parte del nucleo. La cometa viene soffocata dai suoi stessi detriti e diventa inattiva e il suo aspetto esteriore non è più distinguibile da quello di un asteroide.


impatto

Un evento ancora più raro (per nostra fortuna) è l’impatto di nuclei cometari con i pianeti. Forse un evento del genere è accaduto il 30 giugno del 1908, in una sperduta località della Siberia, nei pressi del villaggio di Vanovara, non lontano dalle rive del fiume Tunguska.

Alle sette del mattino di quel giorno si udì un tremendo boato fino a mille chilometri di distanza; una spedizione effettuata alcuni anni dopo (nel 1927) trovò gli alberi della taiga abbattuti e bruciati nel raggio di 30 chilometri, ma non fu rilevato alcun cratere, che di solito indica l’impatto di un meteorite. Si pensa che questo strano evento sia stato causato dalla caduta di un piccolo nucleo cometario sfuggito alle osservazioni astronomiche. Vale la pena rilevare che se l’impatto si fosse verificato poche ore dopo, a causa della rotazione terrestre il bersaglio della cometa non sarebbe stata una sperduta località della Siberia, ma la città di San Pietroburgo.














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