5. ASTRONOMIA

5.2 ASTRI

5.2.2 SISTEMA SOLARE

Science, 9 Apr 93, Vol. 260, pg. 167 - Michael J. Gaffey - Centinaia di chilogrammi di materia cadono giornalmente nell’atmosfera terrestre e ogni pochi giorni un frammento più grande di alcuni chilogrammi attraversa l’atmosfera a bassa velocità ed una parte raggiunge la terra, in genere cadendo sul mare o in regioni non abitate. Buona parte della massa dei pianeti si è formata raccogliendo i meteoriti. La cintura di asteroidi fra Marte e Giove è rimasta invece indisturbata dalle forze gravitazionali di Giove e degli altri pianeti per quasi 4,5 miliardi di anni.

Science, 21 May 93, Vol. 260, pag. 1095 - Rosine Lallement - Lo spettro delle stelle vicine mostra linee di assorbimento prodotte dalle nubi di materia interstellare. Dalle misure doppler si deduce che queste nuvole si muovono con una velocità di 26 km/sec rispetto al sole e nella stessa direzione del vento interstellare. Dalle misure della sonda Ulisse si è trovato che l’elio neutro interstellare si muove attraverso il sistema solare con la stessa velocità mentre l’idrogeno neutro si muove a solo 20 km/sec. Ciò sta ad indicare che l’idrogeno neutro viene decelerato dall’eliosfera. L’effetto di questa decelerazione implica che l’eliosfera si estende fino a circa 100 unità astronomiche dal sole.

Science, 11 Jun 93, Vol. 260, pg. 1591 - Richard A. Kerr - Dove finisce il sistema solare? L’ultimo pianeta, Plutone, si trova a 50 AU (50 volte la distanza terra - sole), ma secondo i fisici dello spazio bisogna andare molto più lontano dove finiscono i gas ionizzati emessi dal vento solare o meglio dove questi si scontrano con un altro vento, quello più tenue dei gas del mezzo interstellare nel quale si muove il sistema solare cioè ai confini dell’Eliopausa. Si può arrivare fino a 1000 AU. Attualmente ci sono 4 sonde spaziali che hanno lasciato l’ultimo pianeta del sistema solare e sono diretti verso gli spazi interstellari: i Pioneer 10 e 11 ed i Voyager 1 e 2. Solo il Pioneer 10 è diretto in senso opposto al moto del sistema solare. Recentemente i due Voyager sembra abbiano sentito l’eco di ritorno dai confini dell’Eliopausa delle emissioni solari. Dopo l’aumento di emissioni del sole fra maggio e giugno 1991, in settembre il flusso di particelle ha raggiunto i Voyager alla velocità di 600 - 800 km/ s, tre mesi dopo i Voyager cominciarono a sentire un segnale proveniente dall’Eliopausa. Si pensa che le particelle del vento solare, interagendo con la materia interstellare più fredda, creano delle oscillazioni generando delle radio onde. Altri segnali simili ricevuti nel 1983 e 1984 erano stati preceduti da periodi di intensa attività solare. Si può dedurre che la distanza dell’Eliopausa sia fra 126 e 169 AU come valori limiti, più conservativamente si è calcolata una distanza fra 80 e 130 AU. Le quattro sonde, lanciate negli anni 70, stanno esaurendo l’energia disponibile: Pioneer 11 tacerà fra due anni, Pioneer 10 alla fine del decennio. I Voyager dovrebbero durare fino al 2015 o 2020 ed ora sono a 52 AU; nel 2020 il Voyager 1 raggiungerà i 148 AU ed il Voyager 2 i 123 AU. Se l’Eliopausa si trova entro i 150 AU sarà raggiunta dal Voyager 1.

Science, 9 Jul 93, Vol. 261, pg, 159 - Random Samples - Si è provato che il numero di piccoli asteroidi che colpiscono ogni anno la terra è 10 - 100 volte superiore di quanto precedentemente pensato. Fortunatamente l’atmosfera fa da schermo di protezione. Eccetto che per rari asteroidi di ferro tutti gli oggetti di dimensioni minori di 50 metri non raggiungono la superficie del pianeta, ma esplodono a 40 - 50 km sopra la terra senza produrre danni.

Science, 11 Feb 94, Vol. 263, pg, 756 - James Glanz - Durante le eclissi totali si può vedere la corona solare che si estende per parecchi diametri del Sole mantenendo una temperatura di parecchi milioni di gradi kelvin, 200 volte più calda della superficie del Sole stesso. Questo fatto è contrario al normale comportamento termodinamico che prevede l’abbassamento della temperatura dei gas con il crescere della distanza dalla sorgente principale. I fisici non mancano di teorie per spiegare questo fatto, ma vi sono poche misure per provarle. Si è creduto che solo le particelle a più alta energia filtrano attraverso la superficie del Sole, oppure che la corona sia generata dai microflares. L’indagine si concentra ora sulle immagini delle emissioni a raggi X del Sole prodotte dal Soft X-Ray Telescope (SXT), di un satellite giapponese e dal Normal Incidence X-Ray Telescope (NIXT) a bordo di razzi sonda. Da queste osservazioni sembra che la teoria favorita sia quella del riscaldamento della corona per effetto di intense correnti elettriche quasi stazionarie guidate dalle linee di forza dei campi magnetici. Si confida ora di acquisire dati più completi da una prossima versione del NIXT a bordo del Solar and Heliospheric Observing Mission (SOHO) che sarà lanciato nel 1995.

Science, 1 Apr 94, Vol. 264, pg. 28 - James Glanz - Nello spazio l’interazione fra il campo magnetico e le particelle di polvere che hanno acquistato cariche elettriche può provocare effetti maggiori della gravità. Queste forze elettromagnetiche devono avere una notevole influenza nella formazione degli anelli di Saturno, sulla coda delle comete e possono aver agito come forze di aggregazione nei primi stadi della formazione dei pianeti. In particolare le particelle di polvere con diametro inferiore a 0,1 micron si caricano positivamente per effetto del bombardamento degli elettroni energetici del plasma e vengono intrappolati intorno alle linee di forza del campo magnetico. Si pensa che quando la cometa Shoemaker-Levy colliderà con il pianeta Giove in luglio, le forze elettromagnetiche sulle particelle di polvere porteranno alla formazione di un nuovo anello intorno al pianeta.

Science, 13 May 94, Vol. 264, pg. 907 - Ray Jayawardhana - La frammentazione della cometa Shoemaker-Levy 9, avvenuta durante il precedente incontro con Giove nel luglio 1992, non è un fenomeno raro per le comete. Da una raccolta di 49 immagini di comete prese fra il 1986 ed il 1993 con rilevatori di immagini a CCD, 100 volte più sensibili delle lastre fotografiche, si è scoperto che 3 su 49 avevano il nucleo frammentato. Tuttavia il meccanismo di tale frantumazione non è chiaro, infatti la maggior parte non è mai passata vicina a grandi pianeti ed alcune si sono frantumate molto prima di essersi avvicinate abbastanza al sole.

Science, 9 Sep 94, Vol. 265, pg. 1543 - M. J. S. Belton - Il 28 agosto scorso la sonda Galileo ha incontrato l’asteroide 243 Ida ed ha acquisito 150 immagini in 18 diversi aspetti dell’asteroide, 5 immagini sono state riprese ad una distanza fra 3800 e 3100 Km. L’aspetto dell’asteroide è irregolare con una forma ellissoidica di 56 x 24 x 21 km. Le immagini sono state confrontate con quelle dell’asteroide Graspa, molto più piccolo, prese precedentemente dalla stessa sonda. La craterizzazione di Ida, per crateri del diametro maggiore o uguale a 1 Km, è 5 volte superiore a quella di Graspa la cui età è stata stimata a 200 milioni di anni, quindi si pensa che l’età di Ida sia di circa 1 miliardo di anni.

Science, 9 Dec 94, Vol. 266, pg. 1639 - John Travis - Una nuova branca dell’astronomia, detta astrosismologia, permette i vedere all’interno del Sole e di altre stelle misurando le pulsazioni della superficie, effetto di onde sonore che si propagano e si riflettono all’interno. Fin dagli anni ‘60 gli astronomi avevano notato che la superficie del Sole pulsava su e giù e negli anni ‘70 era stata sviluppata una teoria sul significato di queste pulsazioni. Il Sole risuona come una campana, variazioni di pressione generano onde sonore che si propagano con velocità dipendenti dalla densità e dal moto dei materiali che attraversano e così è possibile ricavare informazioni sui fenomeni che avvengono all’interno. Dallo studio di queste onde, per esempio, gli astronomi hanno potuto calcolare il rapporto fra elio ed idrogeno all’interno del nucleo del Sole. Gli spostamenti prodotti sulla superficie sono dell’ordine di alcune dozzine di metri e vengono rilevati dagli spostamenti doppler delle radiazioni provenienti dagli strati superficiali. Questa tecnica non funziona altrettanto bene per le stelle lontane a causa delle distorsioni provocate dall’atmosfera terrestre. Solo per le nane bianche che hanno pulsazione della superficie più pronunziate si sono misurate piccole variazioni di intensità. Le onde sonore producono anche variazioni di temperatura dell’ordine di millikelvin e queste si possono misurare dalle variazioni dell’intensità relativa delle righe di assorbimento dell’idrogeno attraverso la larghezza del loro spettro. Con questa tecnica si sono potute rilevare oscillazioni sulla Alpha Centauri, la stella più vicina.

Science, 9 Jun 95, Vol. 268, pg. 1435 - Donald Goldsmith - In un recente simposio presso l’università del Colorado, 120 astronomi hanno discusso sulle tecniche per rivelare la presenza di pianeti come la Terra vicino alle stelle. Con tecniche indirette si possono localizzare pianeti delle dimensioni di Giove misurando a lungo termine le variazioni di posizione o gli spostamenti dello spettro doppler delle stelle. Altre tecniche sono basate su interferometri ottici o infrarossi confrontando la luce di due o piu telescopi distanti anche centinaia di metri. Si propone anche di sfruttare l’effetto di microlente gravitazionale quando nella direzione del corpo da osservare si trova una stella che lo focalizza con la sua gravità producendo un picco di luminosità della stella e dei pianeti associati. L’analisi della luce può dare indicazioni sulla possibile presenza di vita, in particolare la presenza di ossigeno, ozono e metano.

Science, 29 Sep 95, Vol. 269, pg, 1818 - Richard A. Kerr - La cometa Hale-Bopp, così chiamata dai due astronomi amatori che la hanno scoperta indipendentemente il 23 luglio scorso, passa ora per l’orbita di Giove ed ha una luminosità 25000 volte superiore a quella della cometa di Halley. Alla sua minima distanza, tra marzo ed aprile 1997, dovrà quindi fornire uno straordinario spettacolo.

Science, 1 Dec 95, Vol. 270, pg. 1455 - Theodore P. Snow - Il nostro Sole mostra di avere una eccezionale abbondanza di carbonio per una stella della sua età: il valore misurato è di 468 atomi di C per 10E6 atomi di H. C’è anche abbondanza di ossigeno ed altri elementi come il ferro. Si pensa quindi che questi elementi esistevano già nel mezzo interstellare con cui si è formato il nostro sistema solare 4,6 miliardi di anni fa e si fa avanti l’ipotesi che la formazione si debba associare ad una supernova di tipo II, cioè al collasso ed esplosione di stella massiva.

Science, 8 Mar 96, Vol. 271, pg. 1367 - Random Samples - Una nuova cometa è stata scoperta il 31 gennaio scorso da un amatore astronomo giapponese, Hayakutake da cui ha preso il nome. Si avvicinerà alla Terra fino a 15 milioni di km e sarà visibile nell’emisfero nord fra il 21 marzo e metà aprile. Il suo perielio sarà a circa 35 milioni di km dal Sole ed il suo periodo è valutato a diverse migliaia di anni.

Science, 12 Apr 96, Vol. 272, pg. 194 - James Glanz - L’osservazione della cometa Hayakutake con il ROSAT (Röentgen Satellite) ha scoperto un’intensa emissione a raggi X sul lato esposto al Sole della cometa a circa 300000 km dal nucleo. L’emissione è circa 100 volte più intensa di quanto prevedano i meccanismi teorici noti di interazione con le radiazioni solari, in particolare con le molecole d’acqua, e non è stata mai osservata in altre comete.

Science, 31 May 96, Vol. 272, pg. 1263 - Kim Peterson - L’analisi della cometa Hyakutake, oltre all’emissione di raggi X, ha riservato un’altra sorpresa: la presenza di abbondanti quantità di etano e metano, circa 1% ciascuno, mai trovate nelle comete e questo porta a rivedere le idee su come esse si formano. Le comete contengono invece in abbondanza del metanolo, fino al 5% del loro ghiaccio, mentre le righe corrispondenti sono deboli nella Hyakutake. Si pensa che un alto livello di etano indichi che la cometa si sia formata nella zona più vicina al Sole, vicino a Giove o Saturno, mentre le comete che contengono metanolo si sono formate più lontano, nell’area di Urano e Nettuno. Il metano abbondava nelle zone più vicine al centro della nebulosa solare e le intense radiazioni ultraviolette del primo sole hanno trasformato parte del metano in etano e distrutto il metanolo presente.

Science, 20 Sep 96, Vol. 273, pg. 1661 - Random Samples - Il flusso dei neutrini solari risulta circa 1/3 del valore previsto teoricamente, ma a questo mistero se ne aggiunge ora un altro: l’esame dei dati in 20 anni ha mostrato che il flusso è periodico con un picco ogni 21,3 giorni ed una variazione fra il 30 ed il 100%. Una spiegazione potrebbe essere l’interazione con il campo magnetico all’interno del Sole che ruota o oscilla ogni 21,3 giorni, oppure che la combustione nucleare nel nucleo del Sole non è un processo stazionario, ma ciclico.

Science, 8 Nov 96, Vol. 274, pg. 920 - Charles Seife - La maggior parte delle comete sono visitatori rari che provengono da un vasto alone sferico di oggetti di ghiaccio che si estende a un anno luce di distanza da Plutone. Le orbite di questi oggetti sono disturbate dagli effetti gravitazionali della galassia e forse anche da quelli di galassie esterne. Il meccanismo più comune è che una stella, avvicinandosi, sposti le orbite di alcune comete spingendole verso l’interno del sistema solare ogni poche centinaia o migliaia di anni; questo fenomeno è però responsabile solo di 1/5 di tutte le comete e gli altri 4/5 vengono attribuiti ad una spinta galattica ancora non ben compresa.

Science, 31 Jan 97, Vol. 275, pg. 623 - Random Samples - Una massiccia nube di gas è stata eruttata dalla magnetosfera solare il 6 gennaio scorso arrivando sulla Terra il giorno 11 alla velocità di 450 km/s e sembra sia stata responsabile della messa fuori servizio del satellite Telestar da 200 milioni di US$ verificatasi lo stesso giorno. Al passaggio il livello di energia della magnetosfera terrestre era aumentato di 100 volte.

Science, 14 Feb 97, Vol. 275, pg. 927 - James Glanz - Ogni 11 anni delle macchie scure compaiono sulla superficie del Sole e vengono emesse particelle ad alta energia legate al ciclo magnetico del Sole. I fisici solari non sanno però predire con certezza l’intensità di questi picchi nonostante le numerose teorie. Si pensa che il prossimo massimo intorno al 2000 sarà uno dei più intensi e permetterà di verificare la teoria della dinamo che descrive come il Sole genera e cambia il suo campo magnetico. Sembra che l’intensità del campo, e quindi l’attività al massimo, dipenda dall’intensità del campo al polo durante il minimo; i prossimi 4 anni aiuteranno a comprendere meglio la teoria.

Science, 28 Mar 97, Vol. 275, pg. 1895 - Dale P. Cruikshank - La comprensione delle comete è cambiata profondamente negli ultimi 20 anni. La svolta è iniziata a metà degli anni ‘70 quando si è cominciato a pianificare l’incontro con la cometa P/Halley. Le comete hanno avuto importanza nella formazione della Terra, in biologia stanno emergendo come veicoli della vita, esse hanno fornito la maggior parte di sostanze volatili come acqua, anidride carbonica, azoto e complessi composti organici che hanno potuto innescare i processi della vita già 4 miliardi di anni fa. Corpi delle loro dimensioni possono essere stati causa di impatti catastrofici che hanno portato a estinzioni di massa reindirizzando l’evoluzione. Le comete derivano dal ghiaccio interstellare condensato nei granuli di polvere emesso dalle stelle in evoluzione delle galassie. Questo ghiaccio sporco, sottoposto a radiazioni ultraviolette ed al bombardamento di altre particelle, produce una ricca varietà di composti chimici organici che contengono fino a 9 atomi di carbonio. Uno dei composti più abbondanti, dopo l’acqua, è il metanolo punto di partenza di molte reazioni fotochimiche; ci sono anche polimeri della formaldeide. Recentemente la scoperta della cometa Hale-Bopp, avvenuta il 23 luglio del 1995 a 7,1 AU dalla Terra, ha polarizzato l’attenzione degli astronomi. La cometa ha un diametro di 30-40 km (mentre la Halley era solo di 10 km) e già a 7 AU mostrava una voluminosa chioma. A 4 AU è iniziata l’evaporazione del ghiaccio di CO da diversi punti del nucleo. A 3,5 AU erano ancora presenti granuli di ghiaccio d’acqua, ma a 3 AU l’acqua evaporava direttamente dal nucleo.

Science, 16 May 97, Vol. 276, pg. 1106 - G. R. Sarson - I dati del magnetometro della sonda Galileo hanno rivelato la presenza di un consistente campo magnetico di origine interna nei satelliti di Giove, Io e Ganimede. Il normale processo magneto-idro-dinamico (MHD) in un nucleo liquido conduttore che provoca il campo magnetico potrebbe essere diverso nel caso di Io e Ganimede per la presenza del campo magnetico di Giove che aiuta l’innesco, tuttavia Io è molto più vicino a Giove di Ganimede, ma ambedue hanno circa lo stesso momento di dipolo e quindi è più probabile che il campo di Ganimede sia prodotto da un vero effetto dinamo.

Science, 30 May 97, Vol. 276, pg. 1336 - James Glanz - 20 mesi fa si è avuta la scoperta del primo pianeta intorno ad una stella della nostra galassia, la 51 Pegasi. Come i successivi scoperti, si tratta di pianeti giganti della taglia di Giove che però spesso si trovano a distanze orbitali inferiori a quella di Mercurio. Queste scoperte hanno fatto approfondire i meccanismi di formazione dei pianeti. Quando una vasta nube di materia collassa sotto l’effetto della gravità per formare un disco di gas intorno alla stella in formazione, gradualmete la materia si coagula a formare i cosiddetti planetesimi, blocchi di roccia e di ghiaccio che collidendo formano il nucleo dei pianeti, ma c’è un limite alla formazione dei pianeti giganti; quando il nucleo di roccia e di ghiaccio raggiunge le 10 masse terrestri comincia a raccogliere idrogeno ed elio fino a creare un vuoto intorno alla sua orbita ed a questo punto cessa di accrescersi. Se si formano più di un pianeta gigante l’interazione può portare uno di questi molto vicino alla stella mentre l’altro si allontana con un’orbita molto eccentrica e potrebbe sfuggire dal sistema. Alcuni dei pianeti giganti potrebbero essere anche delle nane grigie. I meccanismi di formazione sono diversi ed un sistema solare simile al nostro potrebbe non essere una soluzione inevitabile. La tabella seguente riporta un elenco di pianeti scoperti intorno ad altre stelle vicine.

Science, 13 Jun 97, Vol. 276, pg. 1670 - Martin J. Duncan - Vi sono circa 160 comete controllate dinamicamente da Giove che costituiscono la famiglia delle comete di Giove (JFC) e, essendo di breve vita, devono essere rifornite da una riserva esterna. Si ipotizza che le JFC abbiano origine dalla cintura di Kuiper che si trova al di là dell’orbita di Nettuno fra 30 e 50 AU. Una simulazione dell’evoluzione degli oggetti di Kuiper perturbati da Nettuno ha mostrato che si forma una seconda cintura detta degli “scattered icy objects” (SIO) da cui traggono poi origine gli JFC.

Science, 20 Jun 97, Vol. 276, pg. 1836 - Alan P. Boss - La scoperta di pianeti giganti extrasolari ha provocato un riesame delle teorie correnti di formazione dei pianeti. Queste si fondavano sul meccanismo di formazione di un primo nucleo di roccia e di ghiaccio che una volta arrivato alle dimensioni di circa 10 masse terrestri innescava l’accrescimento a spese dei gas del disco planetario, ma questo deve avvenire entro i primi 10 milioni di anni della vita della stella prima che questa perda il suo disco gassoso. Recentemente si era anche trovato che Giove e Saturno hanno nuclei più piccoli di quelli prima supposti, da 3 a 10 masse terrestri per Giove e da 1 a 13 per Saturno invece che rispettivamente 10-30 e 15-25 mettendo così in crisi la possibilità dell’accrescimento gassoso. La nuova teoria si basa sul meccanismo delle instabilità gravitazionali che si creano all’interno della nebulosa solare e che favoriscono la formazione dei cosiddetti “giant gaseous protoplanets” (GGPP) che successivamente si contraggono e collassano a formare i pianeti giganti.

Science, 25 Jul 97, Vol. 277, pg. 478 - David Ehrenstein - Gli astronomi sanno che certe microscopiche particelle che si trovano nelle meteoriti sono più antiche del nostro sistema solare avendo una composizione isotopica diversa da quella delle polveri condensatesi nel nostro sistema e quindi si pensa che si siano formate nelle atmosfere di altre stelle. Si sono trovati granuli di carburo di silice che contengono un alto rapporto di isotopi pesanti di silicio come quello che esiste solo al centro delle stelle e più alto di quello all’interno del nostro Sole. Un luogo dove si sono potuti formare è verso il centro della nostra galassia dove si sono formate e morte molte stelle massive. Questo suggerisce che il nostro Sole abbia migrato negli ultimi 4,5 miliardi da anni allontanandosi dal centro della galassia giustificando il fatto di avere molti più elementi pesanti delle altre stelle oggi vicine.

Science, 25 Jul 97, Vol. 277, pg. 479 - Alexander Hellemans - La sonda SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), dal suo punto di osservazione di 1,5 milioni di km dalla Terra, sta osservando con i suoi 11 strumenti ogni movimento della fotosfera solare a diversi livelli e temperature. I grandi getti di gas detti Coronal Mass Ejections (CMEs) sono segni delle tempeste magnetiche ed il magnetismo solare è direttamente coinvolto nel processo di accelerazione del vento solare e del riscaldamento della corona a milioni di gradi, centinaia di volte più alto della fotosfera, fino a distanze di diversi raggi solari. Un risultato sorprendente è che l’accelerazione del vento solare avviene sotto i due raggi solari e con maggiore efficienza dove le linee del campo magnetico sono aperte come verso i poli. I CMEs sono capaci di proiettare enormi quantità di gas nello spazio fino ad un miliardo di tonnellate. Due di questi getti sono stati osservati in gennaio ed aprile di quest’anno.

Science, 3 Oct 97, Vol. 278, pg. 76 - Adrian Brearley - Una delle domande più difficili sul nostro sistema solare è quella su come si è formato. La risposta si può trovare nella cintura degli asteroidi fra 2 e 4 AU dal Sole, compresa fra le orbite di Marte e Giove, dove orbitano centinaia di migliaia di piccole rocce planetesimali. Questa cintura è la sorgente dei meteoriti fra i quali si trovano le condriti costituite da sferule di silicati delle dimensioni di 1 mm chiamate condruli (dal greco kondros che significa granuli). Le condriti si sono formate 4,56 miliardi di anni fa dentro la nebulosa solare, il disco di polvere collassata che ha dato origine al Sole ed ai pianeti. Le condriti sono rimaste relativamente invariate dal momento della loro formazione e rappresentano quindi una testimonianza, anche se imperfetta, della nebulosa originaria. Molte condriti hanno subito successivamente un processo di alterazione secondaria o all’interno della nebulosa o all’interno dei singoli asteroidi dopo l’aggregazione. Un tipo di alterazione è quello di idratazione subito dalle condriti carbonacee e, dove nello stesso asteroide coesistono condriti alterate ed inalterate, l’alterazione deve essersi verificata prima dell’aggregazione mentre dove l’asteroide presenta delle venature, risultanti da un percorso fluido, ciò si è verificato dopo l’aggregazione. Altri processi sono quelli di ossidazione del ferro e l’aggiunta di elementi volatili come sodio, potassio e clorina. Questi processi vengono ora introdotti in un modello che cerca di conciliare tutte le apparenti contraddizioni.

Science, 2 Jan 98, Vol. 279, pg. 20 - N. Murray - Secondo la corrente teoria della formazione del sistema solare i materiali orbitanti nella nebulosa originale si condensano formando dei piccoli corpi detti planetesimali, per accrezione di questi si formano poi i protopianeti. Se un protopianeta raggiunge una massa di circa 10 volte quella della Terra è capace di catturare un involucro di gas e diventare un pianeta gigante come Giove. Si conoscono ora pianeti della massa di Giove che orbitano molto all’interno del raggio dove condensano i materiali rocciosi e non si capisce come tali pianeti possano essersi formati sul posto, ma se è difficile che si siano formati sul posto, una volta lì sono in grado di sopravvivere, si pensa quindi che ci sia un meccanismo di migrazione che provoca l’avvicinamento dei pianeti giganti alla stella centrale. Un altro meccanismo di migrazione coinvolge più pianeti giganti che si siano formati con modesta separazione. Le loro orbite risultano instabili e ne deriva o una collisione o l’allontanamento con scambio di energia e di momento angolare, risonanza e scattering gravitazionale e collisioni con altri planetesimali. Il processo sottrae energia al pianeta più vicino alla stella che quindi si avvicina di più e la trasferisce a quello più lontano ed ai planetesimali che vengono scagliati lontano. Quando più pianeti sono presenti il meccanismo diviene più complesso, ma è improbabile che due pianeti giganti si portino ambedue a poca distanza dalla stella. Nel sistema solare Urano e Nettuno migrano verso l’esterno perché Giove agisce come pianeta più interno.

Science, 24 Apr 98, Vol. 280, pg. 523 - Govert Schilling - Una nuova generazione di strumenti rivelatori sensibili nelle bande infrarosse medie e submillimetriche vengono ora puntate verso le giovani stelle dove si trovano dischi di polvere che le circondano, sedi di formazione dei pianeti. Il telescopio submillimetrico da 15 m a Mauna Kea nelle Hawaii ha osservato le stelle Vega, Formalhaut e Beta Pictoris che erano già note per emettere molta radiazione infrarossa certamente perché circondati da dischi di polveri calde. Queste stelle con i loro dischi di polveri sono vecchie di parecchie centinaia di milioni di anni ed hanno ben superato l’età di formazione dei pianeti, ma ora gli astronomi di Cerro Tololo in Cile hanno osservato una stella più giovane, la HR4796A della costellazione meridionale del Centauro. Questa ha solo 10 milioni di anni di vita, un’età perfetta per la formazione dei pianeti nel suo disco. Le polveri del disco hanno una temperatura di 110 K. La HR4796A fa parte di un sistema binario e la compagna è una stella debole che orbita a 75 miliardi di km ed essendo molto lontana non disturba il disco protoplanetario.

Science, 26 Jun 98, Vol. 280, pg. 2071 - Alessandro Morbidelli - La cintura di corpi al di là di Nettuno, nota come Kuiper belt, non conserva la struttura originale della formazione del sistema solare, ma si è alterata nel tempo. Fino ad ora sono stati scoperti 64 oggetti. Fino a 40 AU gli oggetti trovati hanno grandi eccentricità, questa è la cintura interna con risonanza circa 3/2 con il pianeta Nettuno come Plutone per cui i corpi sono stati chiamati Plutini. Oltre i 42 AU inizia la cintura classica ma, anche se inclinazioni ed eccentricità sono generalmente più modeste di quelle della cintura interna, non mantiene l’aspetto del disco protoplanetario ed alcuni oggetti hanno alte inclinazioni. Secondo le statistiche, sulla base delle attuali scoperte, fino a 48 AU devono esistere circa 70000 oggetti più grandi di 100 km e solo il 10-20% appartengono alla cintura interna. La massa totale è incerta ed è compresa fra 0,06 e 0,3 masse terrestri mentre nell’originale disco protoplanetario vi si dovevano trovare circa 30 masse solari. Oltre i 48 AU, nella cintura profonda, non si hanno informazioni dirette. L’evoluzione della Kuiper belt viene spiegata dalle mutue collisioni dei corpi e dall’influenza di Nettuno.

Science, 25 Sep 98, Vol. 281, pg. 1971 - Richard Greenberg - Il nome di meteoriti deriva dal fatto che fino al secolo XVIII venivano considerati fenomeni meteorologici; oggi si cerca di capire perché le loro orbite vengano ad incrociarsi con quelle della Terra entrando a far parte della classe dei Near Earth Asteroids (NEA). Alla fine del XIX secolo Kirkwood scoprì che nella distribuzione degli asteroidi esistono dei vuoti nelle orbite per le quali il periodo è commensurabile con quello di Giove formando rapporti di piccoli numeri interi. Queste orbite sono dette risonanti e per esse vengono esaltate le perturbazioni e scacciati gli asteroidi. Studiando gli effetti secolari di queste risonanze si sono scoperte quelle che generano eccentricità tali da portare ad incrociare Marte ed altre la Terra come in particolare la risonanza 3/1 che in circa un milione di anni provoca la formazione di NEA ed in 100 milioni di anni porta all’impatto con la Terra. Le zone di risonanza vengono poi occupate da frammenti liberati da collisioni fra altri asteroidi. Il processo è caotico e può essere accelerato da risonanze con pianeti minori.

Science, 9 Oct 98, Vol. 282, pg. 211 - Govert Schilling - Gli astronomi ritengono che al centro della nostra galassia, dove si trova la radiosorgente Sagittario A, esista un buco nero con una massa di 2,6 milioni di soli. Il buco nero è invisibile ma, facendo la mappa delle emissioni radio si è trovato che queste regioni sono molto allungate e questo suggerisce che il buco nero emetta getti di materia fuori dal piano della galassia. Le onde radio sono emesse dagli elettroni veloci che spiralizzano in un forte campo magnetico; è stato trovato che nel piano della galassia la sorgente misura circa 150 milioni di km, quasi la distanza fra Terra e Sole, 10 volte il diametro calcolato per il buco nero. In senso perpendicolare al piano della galassia la sorgente si allunga per circa 4 volte questa distanza.

Science, 6 Nov 98, Vol. 282, pg. 1032 - Andrew Lawler - Il prossimo 17 febbraio la Terra attraverserà a coda della cometa 55P/Tempel-Tuttle tornata dopo 33 anni di assenza. Si è aperto un dibattito circa l’intensità della caduta di queste meteore dette Leonidi e sul pericolo da esse presentato per le delicate apparecchiature dei numerosi satelliti (circa 650) che circondano la Terra. Allo scopo di raccogliere dati la NASA userà un osservatorio montato su un aereo e la USA Air Force e gli astronomi canadesi disporranno un campo di osservazione nel deserto del Gobi ed in quello australiano. Gli osservatori useranno radar sofisticati per rivelare la massa delle meteore e telescopi ottici per registrare immagini dettagliate. Per precauzione la NASA ruoterà lo Hubble Space Telescope (HST) nel verso opposto a quello di arrivo delle meteore e i cosmonauti del MIR si ritireranno nella capsula di salvataggio durante il passaggio. La predizione sull’intensità dello sciame di polveri è basata sui dati storici e su un complesso modello matematico ed il valore probabile è di 15-20 meteore visibili per ora per alcuni giorni con un picco nella sera del 17 novembre per circa 2 ore, tuttavia le perturbazioni di Giove e di altri pianeti non sono esattamente note e possono produrre cambiamenti notevoli. La velocità delle Leonidi è di circa 72 km/s, ma l’effetto più dannoso per le apparecchiature elettroniche può essere provocato dal campo magnetico generato dalle particelle cariche e gli esperti dell’ESA ritengono che questa sia stata la causa del danneggiamento subito dal satellite di ricerca Olympus nel 1993.

Science, 31 Mar 2000, Vol. 287, pg. 2434 - Douglas Gough - Il campo magnetico del Sole cambia drasticamente durante il suo ciclo di 22 anni e si pensa comunemente che questa attività sia controllata in un sottile strato dell’interno del Sole detto tachocline che si trova alla transizione fra la zona radiante e la zona convettiva avente uno spessore di pochi percento del raggio solare. Lo studio dell’interno del Sole viene fatto attraverso l’eliosismologia che misura le onde acustiche che si propagano all’interno. La zona convettiva ha una velocità di rotazione che è minima ai poli e massima alle basse latitudini mentre la zona radiante, che arriva al 70% del raggio solare, si muove in modo rigido. Le differenze di rotazione nella zona tachocline producono per effetto dinamo un forte campo magnetico, ma le variazioni di velocità con la latitudine deformano il campo e creano delle instabilità che emergono sulla fotosfera e provocano i fenomeni magnetici che si osservano. Non si sono però osservato periodicità di 11 anni che possano spiegare il ciclo solare, ma fino ad ora le osservazioni si sono protratte solo per 4,5 anni e sarà necessario estenderle all’intero ciclo di 22 anni.

Science, 10 Nov 2000, Vol. 290, pg. 1071 - Richard A. Kerr - 50 anni fa Jan Oort, studiando la forma e l’orientamento delle orbite delle comete dedusse l’esistenza di una nube sferica di corpi costituiti da “ghiaccio sporco” con dimensioni fino a decine di km o più grandi e ad una distanza minima dal Sole da 20000 AU fino a 50000 AU. Questi blocchi di roccia e di ghiaccio devono essersi formati entro 40 AU dal Sole mentre nascevano gli altri pianeti e quindi proiettati lontano per effetti gravitazionali del sistema solare; successivamente gli effetti gravitazionali della galassia e delle stelle vicine hanno distribuito questi corpi in una nube sferica dalla quale si originano periodicamente le comete a lungo periodo. Vi sono poi comete con periodo di 200 anni o inferiore le cui orbite stanno nel piano dei pianeti o con piccole inclinazioni che, dal 1988, si crede provengano da un anello posto al di là di Nettuno chiamato Kuiper belt. Un altro gruppo di comete con periodo inferiore a 200 anni, a cui appartiene la cometa di Halley, sembra invece provenire dal bordo più interno della nube di Oort, a 20000 AU dal Sole che sembra si appiattisca in un denso disco. Queste ipotesi derivano dalla simulazione di 27700 comete prodotte dagli effetti di gravità del Sole, dei pianeti giganti, della galassia e di stelle di passaggio. La conclusione è che, ogni poche centinaia di milioni di anni, una stella di passaggio proietta una pioggia di comete verso il centro del sistema solare e l’ultimo avvenimento di questo genere si è verificato circa 35 milioni di anni fa.

Science, 6 Apr 2001, Vol. 292, pg. 33 - Govert Schilling - Una gigantesca cometa, chiamata 2000 CR105 dal diametro di 400 km, è uno delle centinaia di Trans-Neptunian Objects (TNO) che orbitano al di là di Nettuno fra i quali il più grande è Plutone. I TNO fanno parte della Kuiper Belt e le loro orbite giacciono vicine al piano del sistema solare con perielio vicino all’orbita di Nettuno a 4,5 miliardi di km dal Sole. La 2000 CR105 è stata scoperta nel febbraio del 2000, il suo periodo orbitale è di 3175 anni, non si avvicina mai più di 6,6 miliardi di km dal Sole e la sua orbita arriva a 58,2 miliardi di km, 13 volte la distanza di Nettuno. Non si sa quale sia stata l’evoluzione della sua orbita, potrebbe essere l’effetto di spinte periodiche da parte di Nettuno o effetti gravitazionali di un oggetto più massivo esterno al Sole. Un’altra possibilità è che esista un corpo della massa di Marte a 15 miliardi di km dal Sole che non ha effetti misurabili sui pianeti noti, ma che ha causato l’allungamento dell’orbita della cometa.

Science, 18 May 2001, Vol. 292, pg. 1307 - Hermann Boehnhardt - La cometa C/1999S4 LINEAR è apparsa il 27 settembre del 1999 un po’ più debole delle famose Hale-Bopp e Hyakutake, ma nell’estate del 2000 si è potuta vedere anche ad occhio nudo nell’emisfero nord. Inaspettatamente 10 mesi dopo la sua scoperta e pochi giorni prima della sua minima distanza dal Sole (0,77 AU), è esplosa e si è divisa in molti pezzi da 100 m di diametro e, dopo due settimane a metà agosto, si è affievolita ed è stata considerata morta. Le comete sono considerate i resti della nascita del nostro sistema solare, evolutosi 4,6 miliardi di anni fa, e si sono originate nella parte esterna del disco, nella regione di formazione dei pianeti più grandi: Giove, Saturno, Urano e Nettuno. In questa zona la temperatura era fra 200 K e 30 K (vicino a Nettuno) e si è avuta l’aggregazione di ghiaccio d’acqua e di CO. Dopo l’agglomerazione dei grandi pianeti, i corpi minori come le comete vennero disperse per l’azione gravitazionale dei maggiori pianeti in parte verso l’interno, contribuendo al violento bombardamento dei pianeti terrestri, e in parte verso l’esterno con la formazione della nube di Oort. Da questa nube, occasionalmente, alcune comete vengono proiettate verso l’interno per effetto di interazioni gravitazionali di stelle vicine o delle nubi di polveri della Via Lattea. L’osservazione della LINEAR ha permesso di ottenere nuove informazioni sulla formazione del sistema solare. La cometa si è formata nella zona fra Giove e Saturno dove la temperatura era abbastanza elevata da perdere le molecole più ricche di carbonio; il nucleo della cometa era un’aggregazione di planetesimi che alla fine si separarono nell’ultima fase di vita. Il nucleo di una cometa è molto fragile, ma è ancora poco chiaro il modo con cui molte comete si frammentano. Nei prossimi 12 anni NASA ed ESA hanno programmato di visitare numerose comete. La serie comincia nell’estate del 2001 quando il DEEP SPACE 1 avvicinerà la cometa 19P/Borrelly, poi la missione STARDUST raccoglierà nel 2004 granuli della cometa 81P/Wild 2 e nel 2006 li riporterà a Terra. La sonda CONTOUR visiterà 3 diverse comete fra il 2003 ed il 2008: la 2P/Encke, la 6P/d’Arrest e la 73P/Schwassmann-Wachmann 3. La sonda DEEP IMPACT sparerà un proiettile da 500 kg sulla 9P/Tempel 1 e ne analizzerà il materiale emesso nell’impatto. Infine nel 2012-13 la missione ROSETTA porterà per la prima volta una sonda con strumentazione in orbita intorno alla cometa 46P/Wirtanen e vi depositerà un lander per analisi dirette.

Science, 6 Jul 2001, Vol. 293, pg. 55 - Edward C. Stone - Il vento solare che investe la Terra prosegue oltre tutti i pianeti formando l’eliosfera, una gigantesca bolla di plasma magnetizzato. Le due sonde spaziali, Voyager 1 e 2 si stanno ora avvicinando ai confini dell’eliosfera, detta eliopausa, dove la pressione del vento solare viene bilanciata dalla pressione del mezzo interstellare. Le dimensioni dell’eliosfera cambiano con il cambiare dell’attività del Sole nel suo ciclo di 11 anni, inoltre la sua forma è distorta come quella di una cometa per il moto del Sole rispetto al mezzo interstellare. I due Voyager si trovano nella direzione dove l’eliopausa è più vicina al Sole, ma su angoli diversi e sono ancora lontani per poterla localizzare, tuttavia quando fra non molto si troveranno a circa 40 AU dalla eliopausa potranno incontrare il fronte detto del termination shock dove il vento solare gradualmente piega verso la coda. Questo confine è stato calcolato essere ad una distanza dal Sole di 88 +/- 22 AU. L’eliopausa viene localizzata invece fra 110 e 160 AU. Il Voyager 1 si trova attualmente a 82 AU e si move con una velocità di 3,6 AU per anno seguito dal Voyager 2 ora a 66 AU con una velocità di 3,3 AU per anno. La traiettoria del Voyager 1 potrebbe rivelare il termination shock una o più volte entro il 2005, se ciò non succede questo confine potrebbe allontanarsi ancora e passerebbero da 2 a 5 anni perché ritorni alla distanza del Voyager 1 permettendo così una misura diretta dell’eliosfera.

Science, 14 Dec 2001, Vol. 294, pg. 2276 - Richard A. Kerr - Negli ultimi 20 anni i planetologi hanno supposto che gli asteroidi di tipo S, sorgenti dei meteoriti più comuni, siano formati da normali condriti perché ciò è confermato dalle loro caratteristiche spettrografiche. Ora la sonda spaziale NEAR Shoemaker, inviata intorno all’asteroide Eros per confermare questa ipotesi, non ha in realtà risolto il problema ed ha lasciato ancora dei ragionevoli dubbi. I dati dei sensori confermano che Eros è molto probabilmente una normale condrite, ma questa non è la sola possibilità. Finché non si riesce a prelevare un campione la questione rimane aperta; l’incertezza deriva dai limiti dei sensori remoti e dai limiti di progetto della sonda, la prima della missioni NASA secondo la politica del “faster, cheaper, better”. L’analisi telescopica delle radiazioni visibili ed infrarosse permette di giudicare l’assorbimento di specifiche lunghezze d’onda. Le condriti ordinarie sembrano avere la stessa composizione di minerali degli asteroidi tipo S subclasse IV. C’è tuttavia una leggera tinta rossastra che suggerisce ai planetologi la possibilità che ci sia stata una differenziazione termica con fusione e separazione fra rocce e minerali e quindi si sarebbe in presenza di qualcosa di diverso dalle condriti ordinarie, ma altri scienziati pensano che il colore rossastro sia solo superficiale per pochi micrometri dovuto alla radiazione solare. Nonostante l’analisi ravvicinata della sonda NEAR, rimasta in orbita per un anno e posatasi sulla superficie per 10 giorni, non è chiaro se la differenziazione sia solo superficiale o profonda. Alcune delle incertezze sono inerenti alle misure a distanza mentre altre dipendono dal progetto della sonda e sono dovute ai limiti di peso e di costo. La sonda è stata la prima ad avere il gamma ray spectrometer montato sul corpo della sonda e non all’estremità di un lungo braccio che avrebbe reso insensibile lo strumento ai raggi gamma prodotti dai raggi cosmici sul corpo della sonda che creano un rumore di fondo e riducono la sensibilità. La missione giapponese MUSES-C che verrà lanciata nel 2002 promette di riportare a Terra nel 2007 un campione dall’asteroide tipo S(IV) 1998-SF36.

Science, 10 May 2002, Vol. 296, pg. 1042 - T. E. Cravens - Nel 1996 il satellite ROSAT ha scoperto una forte emissione di raggi X della cometa Hyakutake e questo è stato una sorpresa perché l’atmosfera delle comete è fredda. La potenza totale emessa nella banda X è stata stimata di 10E9 W. C’è anche un’emissione nell’estremo ultravioletto (EUV) misurata dal ROSAT e dal satellite Extreme Ultraviolet Explorer (EUVE), ma non vi sono emissioni X con energia superiore a 2keV. Dopo la Hyakutake è stata scoperta emissione X da parte di altre 5 comete ed emissioni in EUV di altre per un totale di 14 comete. Una cometa è un miscuglio di sostanze come acqua, ossido di carbonio, metano, ammoniaca ed altro che rimane allo stato solido finché la cometa è lontana dal Sole, avvicinandosi si riscalda ed i gas volatili vengono rilasciati e formano la chioma che si estende fino ad un milione di km. Atomi e molecole possono essere ionizzati e dissociati dalle radiazioni solari. L’emissione di raggi X diminuisce con l’aumentare della distanza dal Sole con una dipendenza inversa dalla distanza o del suo quadrato, varia con il tempo ed è correlata al flusso del vento solare. Il vento solare ha origine nella corona solare che ha una temperatura di un milione di K ed è formato da plasma. Il meccanismo della generazione di radiazioni X dalle comete sembra associato alla collisione degli elettroni del vento solare con i gas e le polveri della cometa ed è detto “solar wind charge exchange” (SWCX): gli elettroni veloci deflessi nelle collisioni con particelle cariche come i nuclei emettono fotoni che cadono nella banda X se l’energia degli elettroni supera i 100 eV. Lo stesso meccanismo di SWCX viene ora considerato responsabile dell’emissione X di Venere e Marte, di quella della geocorona terrestre e dei gas neutri interstellari.

Science, 16 Aug 2002, Vol. 297, pg. 1134 - H.-Th. Janka - Una volta al secondo, in qualche parte dell’universo una stella di grande massa esplode come supernova ed è visibile anche a distanze cosmiche fornendo informazioni sulla storia dell’universo. Nell’esplosione vengono emessi detriti per diverse masse solari ed il mezzo interstellare si arricchisce di elementi pesanti. L’esplosione visibile è però solo la parte più debole dell’evento. Dalla teoria si sa che nel collasso del nucleo che forma una stella di neutroni o un buco nero la maggior parte dell’energia viene emessa con i neutrini e ciò fu confermato dalla rivelazione di due dozzine di neutrini (dei 10E58 emessi) da parte del rivelatore giapponese Kamiokande durante l’esplosione della supernova 1987A. Come si trasferisca l’energia, durante il collasso della stella, alla materia eiettata è ancora un meccanismo poco compreso. Il nucleo di ferro di una stella inizia ad essere instabile quando i fotoni ad alta energia iniziano a frantumare i nuclei in particelle alfa e nucleoni, protoni e neutroni. Allo stesso momento gli elettroni sono catturati dai nuclei ed i protoni si trasformano in neutroni emettendo neutrini. Il collasso avviene in meno di un secondo e la densità della stella diviene quella dei nuclei. A questo punto un’onda d’urto si propaga verso l’esterno, ma non è questa che provoca direttamente l’esplosione, c’è una perdita di energia nella fotodisintegrazione degli atomi di ferro ed il raggio della stella collassa a 100-200 km, ma solo una frazione di secondo dopo la situazione cambia, il flusso di neutrini viene assorbito dai nuclei dello strato esterno e provoca l’esplosione ritardata. Questo fenomeno è stata simulato al calcolatore facendo delle assunzioni che però non sono generalmente accettate mentre altri fenomeni non sono presi in considerazione. Dalle osservazioni spettrali della supernova 1987A si trova che atomi di nichel radioattivo si muovono a grande velocità cosa che indica come un flusso di materia emana dal nucleo della stella. Anche se mancano prove conclusive, l’emissione dei neutrini domina il processo energetico e determina le condizioni della nucleosintesi. Ciò che manca è la nostra conoscenza dell’interazione dei neutrini in presenza di materia molto densa ed il ruolo del campo magnetico.

Science, 11 Oct 2002, Vol. 298, pg. 350 - Richard A. Kerr - Dopo 200 anni di studio sulle meteoriti non si sa comprendere ciò che esse ci dicono e forse il problema è che bisogna pensare meno come geologi e più come astrofisici. Nella formazione del sistema solare una grande sfera di gas e polveri è collassata a formare un disco rotante o nebulosa ed i pianeti si sono agglomerati ruotando intorno al primitivo sole. I modelli al computer ci dicono che questo processo ha impiegato 100 milioni di anni per formare la Terra e gli altri pianeti mentre per i planetesimi sono state necessarie poche decine di milioni di anni. Dalla vita del radioisotopi si è trovato che la Terra si è accresciuta per circa 60 milioni di anni dopo la formazione della nebulosa solare. Tuttavia durante l’accrescimento il ferro fuso si separa dalle rocce e, poiché contiene afnio-182 radioattivo che decade in tungsteno-182 con tempo di dimezzamento di 9 milioni di anni, si può misurare la vita della Terra. Le meteoriti che non hanno separato il ferro dalle rocce rappresentano ancora il materiale originario ed il rapporto afnio-tungsteno è diverso e danno un’altra scala di tempi; dal confronto risulta che l’accrescimento della Terra è durato 30 milioni di anni e non 60. Questo riduce anche il tempo di formazione della Luna a 30 milioni di anni dopo la formazione della nebulosa solare. Altro problema è quali trasformazioni chimiche abbia subito la materia cosmica, polveri, ghiaccio e gas, nella nebulosa solare prima della formazione dei pianeti. Nel 1996 è stato proposto il modello X-wind per la formazione delle condrule, le sferette millimetriche di materiale che formano il nucleo delle meteoriti. In questo scenario le radiazioni del Sole hanno formato gocce di materiale fuso che aggregandosi hanno formato le condrule. Trovano spiegazione anche altri componenti delle condriti come le calcium-aluminium inclusions (CAI) più rare. La presenza di isotopi radioattivi a breve vita come l’alluminio-26 fanno pensare all’irraggiamento da parte di una supernova che ha favorito il collasso della nebulosa solare. Altre prove mineralogiche e chimiche mostrano però che le condrule si sono formate per un rapido riscaldamento a 1800-2100 K di parecchi minuti seguito da un raffreddamento di diverse ore e si va affermando il meccanismo dello shock termico; rimane aperta la questione di come si sia prodotto questo shock e questo è un problema da astrofisici.

Science, 18 Oct 2002, Vol. 298, pg. 511 - Andrew Lawler - La scorsa settimana è stato accettato il piano del Senato USA di continuare a finanziare il progetto Pluto per l’esplorazione del pianeta Plutone e della Kuiper belt approvando un aumento di 400 milioni di US$ alla NASA sul budget 2003. Sono stati anche aumentati i fondi per l’esplorazione di Marte, per estendere la vita dello Hubble Space Telescope e per la ricerca sui materiali nella Stazione Spaziale Internazionale. La missione su Plutone non è stata popolare nelle amministrazioni Clinton e Bush che preferivano si lavorasse a nuovi sistemi di propulsione che avrebbero ridotto i tempi di viaggio, ma adesso le difficoltà sono cadute. Il lancio previsto per il 2006 porterà la sonda vicino a Plutone nel 2015 e nella Kuiper belt nel 2026. Si temeva che una data più lontana avrebbe trovato l’atmosfera del pianeta congelata, perché il pianeta si va allontanando dal Sole, ma altre osservazioni degli astronomi mostrano che il pianeta potrebbe invece riscaldarsi; il 2006 potrebbe essere troppo presto perché sia pronto il generatore nucleare necessario alla sonda.

Science, 30 May 2003, Vol. 300, pg. 1356 - Robert Irion - Al centro della nostra galassia astronomi tedeschi ed americani hanno scoperto grandi stelle muoversi in orbite strette intorno ad una massa invisibile ad una velocità di 9000 km/s, circa il 3% della velocità della luce. Questo moto fornisce una prova convincente che nella nostra galassia esista un buco nero con una massa di 4 milioni di masse solari. Questa scoperta ha però suscitato altri interrogativi, ad esempio come mai stelle così grandi possano trovarsi in quel luogo perché sono troppo grandi per essersi formate nel centro caotico della galassia, ma sono troppo giovani per essere migrate in questo posto. Anche il buco nero intorno a cui orbitano (chiamato Sgr A*) è strano perché è poco attivo e la sua emissione di raggi X indica che assorbe poca materia. Miliardi di anni fa il buco nero della nostra galassia doveva essere una sorgente di energia molto intensa come i quasar dell’universo lontano ed ora si trova invece in un’età adulta molto tranquilla. Le osservazioni sono state fatte per circa una decade con il telescopio da 3,6 m dell’European Southern Observatory (ESO) e con la coppia di telescopi Keck a Mauna Kea nelle Hawaii, lo scorso anno si è aggiunto anche il Very Large Telescope array di Cerro Paranal in Cile usando l’ottica adattiva. Una stella si è avvicinata a 17 ore-luce dal centro, una distanza pari a 120 volte la distanza della Terra dal Sole e, applicando le leggi di Newton, la massa centrale deve essere di 3,7 milioni di volte quella del Sole. Seguendo l’orbita molto allungata di un’altra stella, la sua velocità raggiungeva 1/30 di quella della luce Gli astronomi suppongono che il vento delle grandi stelle spazza le nubi di polveri e lasciano al buco nero solo poca materia da ingoiare. Si pensa che solo una frazione del gas disponibile vicino cade nel buco nero e la maggior parte è cacciata via. Solo un 1% della massa della Terra cade quindi ogni anno nel buco nero che sembra essere piuttosto isolato e per i teorici la cosa è poco comprensibile. Si notano spesso emissioni brevi molto intense come se ingoiasse masse delle dimensioni di comete. Le stelle che circolano intorno hanno masse intorno a 15 volte quella del Sole e possono vivere solo 10 milioni di anni e non si capisce come possano essersi formate o arrivate in quel punto. La situazione di pozzo gravitazionale vicino al buco nero può essere tale da accelerare la formazione delle stelle in modo catastrofico e ad ogni passaggio vicino possono essere strappate le molecole più pesanti come carbonio ed ossigeno e le stelle possono ringiovanire. Le ricerche proseguono e con l’ottica adattiva si potranno vedere stelle più piccole e vicine e con i nuovi telescopi in onda millimetrica, entro il 2010, si potrà osservare vicino all’orizzonte degli eventi.

Science, 30 Jul 2004, Vol. 305, pg. 600 - Robert Irion - Fra la fine di novembre e l’inizio di ottobre 2003, nel periodo di Halloween, il Sole ha avuto una delle sue più potenti tempeste magnetiche investendo la Terra e danneggiando dei satelliti. Telescopi da Terra e dallo spazio sono entrati in azione riprendendo i dettagli della superficie solare durante l’evoluzione dell’eruzione. L’attività magnetica del Sole ha un ciclo di 11 anni e l’ultimo picco si è avuto nel 2001. I fisici solari ritengono che il ciclo sia prodotto da un effetto dinamo delle correnti elettriche al di sotto della superficie visibile. Per ragioni non ancora chiare alcune regioni attive immagazzinano enormi quantità di energia in contorti campi magnetici. Ne conseguono processi violenti che lanciano nello spazio fiumi di particelle cariche. A metà dello scorso ottobre tre gigantesche macchie solari hanno ruotato una dopo l’altra deturpando la superficie del Sole. Le macchie si sono formate in pochi giorni; cominciate il 19 ottobre, entro il 5 novembre, un gruppo di macchie aveva emesso tre dei più intensi flare la cui esplosione aveva rilasciato un’energia pari a parecchi miliardi di bombe da un megatone. Queste emissioni sono dette Coronal Mass Ejections (CME) e provocano l’esplosione di pezzi di corona nello spazio. Intensi campi magnetici emettono il plasma fino alla velocità di 2800 Km/s. Questa tempesta ha prodotto apparentemente l’avaria di un satellite giapponese per lo studio dei cambiamenti climatici costato 640 milioni di US$ ed ha costretto gli astronauti della Stazione Spaziale a rifugiarsi negli ambienti più schermati. Gli scienziati hanno osservato i segnali emessi dai tre flare; si trattava di elettroni e ioni, in massima parte protoni. Le particelle venivano emesse secondo le linee del campo magnetico con un’energia di miliardi di eV e stranamente elettroni ed ioni venivano emessi da percorsi magnetici diversi. L’analisi spettrale dei raggi gamma eseguita per la prima volta suggerisce che la composizione dei gas alla base del flare cambia durante la sua evoluzione, all’inizio si riconoscono emissioni del ferro, più tardi quelle del neon; è evidente che qualcosa cambia e probabilmente si tratta della temperatura. Per quantificare la complessità magnetica della regione attiva si sono riprese immagini ad alta risoluzione dei campi magnetici in una scala di 100 km ed inferiore e ciò è stato possibile con l’ottica adattiva. Per riprendere la granulosità a nido d’ape della superficie solare è necessario seguire l’immagine dei dettagli della superficie alla velocità di circa 2500 immagini al secondo. Il telescopio solare svedese a La Palma nelle isole Canarie ed il National Solar Observatory (NSO) nel New Mexico hanno queste capacità. Lo NSO è dotato anche di ottica adattiva e per la prima volta ha permesso di vedere il flusso di campi magnetici con la risoluzione di 100 km. Con misure di polarizzazione si sono ottenuti poi magnetogrammi vettoriali che rivelano la direzione delle componenti del campo magnetico. Rimangono ancora molti misteri da scoprire nei meccanismi dei campi magnetici che le esistenti teorie non spiegano.

Science, 7 Jan 2005, Vol. 307, pg. 51 - Robert W. Walsh - L’atmosfera esterna del Sole, o corona, contiene atomi fortemente ionizzati che si possono formare solo a temperature di milioni di gradi. Queste temperature così alte sono inspiegabili dal punto di vista termodinamico essendo gli strati più interni della fotosfera e cromosfera molto più freddi, rispettivamente 6000 K e almeno 4300 K. Ci deve quindi essere un’altra sorgente che fornisce energia alla corona per creare questo gradiente aggiuntivo. Il budget di energia necessario per questo incremento è in realtà piuttosto basso, 0,01% dell’energia emessa dal Sole, ma è difficile identificarne il meccanismo. Recentemente la comprensione della fisica della corona è stata rivoluzionata dall’osservatorio spaziale SOHO che si trova a 1,5 milioni di km dalla Terra, in una posizione unica per monitorare in modo continuo l’attività solare. Insieme al satellite TRACE (Transition Region And Corona Explorer) si può osservare la corona nelle lunghezze d’onda ottiche, ultraviolette e nell’estremo ultravioletto. I due satelliti hanno rivelato che la corona è dominata dal campo magnetico solare. Poiché la corona è un plasma caldo immerso nel campo magnetico bisogna calcolare le forze che agiscono sulle particelle cariche includendo l’effetto dello stesso campo magnetico e si tratta di un calcolo enormemente complesso, ma si può trattare la corona come un fluido magnetizzato ed usare l’approssimazione della magnetofluidodinamica. Si accetta ora che il meccanismo di questo gradiente sta nell’energia trasferita, immagazzinata e rilasciata dal campo magnetico della corona. Vi sono due possibili meccanismi per il riscaldamento della corona. Il primo è attraverso delle onde magnetodinamiche; l’ambiente della corona contiene dei loop magnetici che sostengono oscillazioni periodiche e si tratta di capire come si possa estrarre energia da queste onde; il processo è quello di assorbimento per risonanza e la presenza di queste oscillazioni è stata confermata dell’osservazione. Il secondo meccanismo di riscaldamento avviene su piccola scala con gradienti magnetici concentrati localizzati in modo discreto con un effetto cumulativo di nanoflares che può fornire la maggior parte dell’energia necessaria. Questi meccanismi di riscaldamento possono essere osservati solo indirettamente attraverso la radiazione misurando temperatura, densità e velocità del plasma e viene usato un modello magnetodinamico del plasma per predire le quantità osservate. La comunità dei fisici del Sole sta pianificando nuove missioni di satelliti fra cui il Solar-B per studiare il campo magnetico nell’atmosfera solare, lo STEREO con due satelliti per una ricostruzione stereoscopica della corona, il Solar Dynamic Observatory che migliorerà le prestazioni del TRACE ed il Solar Orbiter per l’osservazione fuori dal piano dell’eclittica per vedere i poli solari.

Science, 4 Mar 2005, Vol. 307, pg. 1424 - J. R. Jokipii - Al di là dei confini della nostra eliosfera, la regione influenzata dal nostro Sole e dal suo campo magnetico, c’è il mezzo interstellare locale con cui interagisce il vento solare supersonico. Il vento solare si espande radialmente dal Sole spazzando il plasma interstellare e creando una cavità sferoidale detta eliosfera. Molto al di là dell’orbita di Plutone, a circa 100 AU (AU è la distanza fra la Terra ed il Sole) il vento solare diviene troppo disperso per respingere il mezzo interstellare ed il flusso supersonico rallenta bruscamente in uno shock terminale (termination shock). Una superficie separa più lontano il plasma interstellare da quello solare ed è chiamata eliopausa. Il moto del plasma interstellare locale comprime l’eliopausa da un lato e forma una sagoma a goccia con un’estesa coda tutto all’esterno della superficie dove avviene lo shock terminale. All’esterno dell’eliopausa esiste ancora un’altra superficie formata da uno shock più debole, lo shock ad arco (bow shock). Il plasma interstellare porta un campo magnetico e contiene gas neutri, idrogeno ed elio, e particelle cariche che collidono in un volume enorme se confrontato a quello dell’eliosfera. I dati del vento solare all’interno dell’eliosfera e dello shock terminale sono stati raccolti soprattutto dalle sonde spaziali ed il suo andamento è ragionevolmente noto. Il contenuto degli atomi di idrogeno ed elio neutri del mezzo interstellare può essere determinato dal back-scattering dei fotoni solari e dall’effetto sulla radiazione delle stelle vicine che arriva fino a noi. Le osservazioni del Voyager 1 delle particelle energetiche fino al 2002 indicano che si sta avvicinando al termination shock trovandosi ad una distanza di 90 AU. Il Voyager 2 è più vicino al Sole, a circa 70 AU. Due team hanno riportato un aumento anomalo dell’intensità dei raggi cosmici sul Voyager 1 fra la metà del 2000 e l’inizio del 2003, ma non sul Voyager 2 e le interpretazioni sono diverse. I dati sono però osservazioni in punti discreti e non possono ricostruire una forma. Il campo magnetico non è orientato parallelo o perpendicolare alla direzione del moto del plasma interstellare e può produrre delle asimmetrie laterali. Vicino all’eliosfera idrogeno ed elio interstellari si muovono in modo vario ed interagiscono con il campo magnetico. Forse in futuro misure del campo magnetico condotte dal Voyager 1 potrebbero determinare il campo magnetico nelle sue tre dimensioni.

Science, 9 Sep 2005, Vol. 309, pg. 1667 - Richard A. Kerr - Prima che la cometa Tempel 1 venisse colpita da un proiettile di metallo di circa mezza tonnellata i ricercatori non erano affatto sicuri di come si sarebbe comportata. Avrebbe potuto ingoiare il proiettile senza lasciare traccia o creare un cratere convenzionale, oppure poteva andare completamente in pezzi. In ogni caso dal tipo di buco che l’impatto avrebbe lasciato in quel pezzo di ghiaccio e polveri lungo 14 km si sarebbe potuto dire come era fatta questa cometa. Il team di Deep Impact ha avuto una sorpresa. Il cratere ha emesso inaspettatamente una nube di polvere tale da impedire la vista del cratere nelle foto rinviate dalla sonda madre di Deep Impact. Tuttavia l’analisi delle osservazioni da vicino ed il modo come si sono comportati i materiali eiettati mostrano che la cometa non è un soffice dolce o un blocco di cemento, ma un ammasso di polvere debolmente agglomerata con la consistenza di un banco di neve e, con la sorpresa generale, Tempel 1 mostra segni di una passata attività geologica e non è semplicemente una primitiva palla di neve. Lo spettrometro ad infrarossi della sonda ha indicato variazioni della temperatura superficiale sotto diverse illuminazioni e la superficie era rapida a riscaldarsi ed a raffreddarsi e ciò significa che è fatta di materiale poroso come sabbia sciolta o neve granulare e non come un blocco di ghiaccio solido. La sonda ha mostrato l’espansione di un cono di materiali vicini al punto di impatto che è continuato a salire per più di un’ora e ciò significa che i primi metri di spessore della cometa sono fatti di materiale polveroso. La rapidità con cui il materiale è ricaduto intorno al punto di impatto dipende dalla forza di gravità esercitata dalla cometa ed il team ha calcolato che la cometa ha una densità di 0,6 grammi per cmc, due terzi dell’acqua pura, e quindi il 50-70% di Tempel 1 deve essere spazio vuoto Un blocco di neve non è molto lontano da quanto ci si aspettava, ma si pensava che la cometa fosse rimasta inalterata da quando si era formata 4.6 miliardi di anni fa. Foto ravvicinate delle comete Halley, Borrelly e Wild 2 hanno mostrato, come ci si attendeva, superfici coperte da impatti e con il decadimento prodotto dalle perdite di ghiaccio per il riscaldamento solare. Tempel 1 ha mostrato anche stratificazioni geologiche di incerta origine. Nessuno sa dire come si siano formati questi strati, se all’origine o molto più tardi, possono essersi formate 4,6 miliardi di anni fa e ricordano quanto si è visto recentemente sulla luna di Saturno, Phoebe, che è simile ad una cometa. Nelle comete ci possono essere stati interessanti processi geologici e questo eccita geologi e geochimici.

Science, 23 Sep 2005, Vol. 309, pg. 2016 - Len A. Fisk - La sonda Voyager 1 lanciata nel 1977 è ora in rotta fuori dal sistema solare dopo aver passato un’importante frontiera il 16 dicembre del 2004, cioè il punto dove l’atmosfera solare, nella sua espansione, entra in contatto con il mezzo interstellare. L’atmosfera solare si espande a velocità supersonica formando il vento solare e ad un certo punto, fuori dal sistema solare, il vento decelera con una transizione rapida formando una superficie nota come onda d’urto, simile al fenomeno prodotto da un aereo supersonico che viene preceduto dall’onda d’urto che fa fluire l’aria intorno all’aereo. Nel caso del vento solare supersonico questa decelerazione è nota come termination shock oltre il quale il flusso subsonico si mescola con il mezzo interstellare e circonda completamente i sistema solare. La posizione del termination shock è stata dibattuta per molti anni, le previsioni la ponevano fra 90 e 100 unità astronomiche (AU), per confronto Plutone si trova a 40 AU. Ci sono stati fenomeni precursori con una serie di aumenti nell’intensità di particelle a bassa energia, ma solo il 16 dicembre c’è stato un consenso generale: è aumentato il campo magnetico, effetto della compressione dello shock, ci sono stati cambiamenti nella turbolenza e rapido aumento delle particelle di bassa energia. Il misuratore di particelle energetiche sostituisce il rivelatore di plasma che si è rotto alcuni anni fa. Il Voyager 2 ha invece ancora il suo rivelatore di plasma e raggiungerà il termination shock fra il 2009 ed il 2010 avendo ancora da percorrere alcune decine di AU. Ora il Voyager 1 si trova in un territorio nuovo e sconosciuto e si potranno avere ancora sorprese.

Science, 17 Feb 2006, Vol. 311, pg. 932 - Richard A. Kerr - Molti planetologi ritengono che i meteoriti di ferro che colpiscono la Terra dallo spazio si siano originati da luoghi diversi della cintura degli asteroidi. Si sospetta che la loro origine sia a una coppia di centinaia di milioni di chilometri dal Sole. Il problema sta nel fatto che i meteoriti di ferro dimostrano di essere stati formati in grande quantità, ma ci sono poche tracce di corpi che abbiano ferro nella fascia degli asteroidi. I meteoriti di ferro sono parti di nuclei di planetesimi, una volta allo stato fuso, divenuti abbastanza caldi da affondare al centro. Rocce ricche di olivina, chiamate dunite, hanno poi formato una spessa crosta esterna intorno al nucleo cristallizzato dopo il raffreddamento, ma nessuno ha trovato la dunite in altri meteoriti. Gli studi isotopici hanno indicato che i meteoriti di ferro si sono formati molto presto nella storia del sistema solare ed i planetesimi si sono aggregati dalle polveri della nebulosa all’interno della cintura degli asteroidi. Ci si chiede però come mai ora questi meteoriti vengono dalla cintura degli asteroidi. Per spiegare questo fatto, William Boulder, del Southwest Research Institute (SwRI) del Colorado, ha simulato la collisione di planetesimi e come i loro rottami abbiano migrato verso la fascia degli asteroidi. Le conclusioni delle simulazioni sono state pubblicate questa settimana su Nature. L’ipotesi e le conclusioni sono molto ragionevoli e risolvono molti altri problemi sulla formazione della Terra.

Science, 21 Jul 2006, Vol. 313, pg. 294 - Govert Shilling - La Kuiper Belt, oltre l’orbita di Nettuno, è un luogo dove sono rimasti i detriti della formazione del sistema solare e può contenere molti più piccoli oggetti di quanto si pensi. Gli astronomi australiani hanno scandagliato la zona osservando le brevi perdite di luminosità delle stelle lontane quando questi corpi passano davanti. I primi risultati sono stati presentati al seminario tenuto a Catania, Italia, il 3-7 luglio scorso ed indicano che si è in presenza di un gran numero di oggetti. Con i telescopi sono stati già scoperti oltre 1000 corpi, incluso quello chiamato 2003 UB313 e soprannominato Xena che è un po’ più grande di Plutone, ma anche i più potenti telescopi non possono scoprire a diversi miliardi di km oggetti più piccoli di alcune centinaia di km. Un programma per valutare statisticamente dimensioni e distribuzione di questi oggetti è iniziato lo scorso anno con il Taiwanese-American Occultation Survey (TAOS) che opera con tre telescopi automatici da 50 cm nell’osservatorio di Lu-Lin a Taiwan, ma il sistema non è capace di rivelare riduzioni di luminosità molto brevi e quindi gli oggetti non possono essere più piccoli di alcuni chilometri. Gli Australiani, usando rivelatori più veloci ed un telescopio Schmidt e monitorando una dozzina di stelle, in circa due settimane hanno osservato migliaia di occultazioni di decimi di secondo o meno. Il risultato però è strano perché le attuali teorie dell’evoluzione del sistema solare non predicono un enorme numero di piccoli oggetti nella Kuiper Belt. Alcuni ritengono che le collisioni nella Kuiper Belt abbiano prodotto sciami di piccoli oggetti, ma non tutti sono convinti ed altri pensano che riduzioni di luminosità possano essere causate da effetti sconosciuti nell’atmosfera terrestre e quindi sarebbe necessario eseguire l’osservazione dallo spazio. Gli Australiani sperano di raccogliere mezzo milione di dollari per un telescopio a terra dotato di una videocamera molto veloce che possa osservare l’intera area della Kuiper Belt ad una frazione del costo di una missione spaziale. Il metodo delle occultazioni è in ogni caso l’unico che permette di scoprire i piccoli oggetti della Kuiper Belt che non potranno mai essere visti direttamente.

Science, 22 Sep 2006, Vol. 313, pg. 1743 - Robert N. Clayton - I meteoriti forniscono la migliore testimonianza dei processi che si sono verificati durante i primi milioni di anni della storia del nostro sistema solare, tuttavia ogni meteorite è solo un piccolo campione del corpo più grande di un asteroide non identificato ed è più difficile leggere le caratteristiche di un singolo meteorite o di una classe di meteoriti. Fortunatamente vi sono alcuni corpi madre noti di meteoriti che possono essere studiati direttamente e che forniscono un collegamento per l’osservazione su scale diverse. Per esempio la Luna è stata studiata estensivamente con le sonde spaziali ed i suoi campioni sono stati prelevati da alcune località. Allo stesso modo i meteoriti SNC (che contengono shergottites, nakhlites e chassignites), provenienti probabilmente da Marte danno informazioni complementari a quelle ottenibili con sensori remoti. L’ultimo esempio di un’associazione ben stabilita fra un corpo madre ed una classe di meteoriti è quella fra l’asteroide 4 Vesta e le meteoriti HED (contenenti howardites, eucrites e diogenites). Vesta è un corpo differenziato con rocce basaltiche alla superficie, rocce ricche di olivina nel mantello e rocce ricche di metalli nel nucleo come si trovano nella Terra. Identificare l’appartenenza di un particolare tipo di meteorite ad uno specifico asteroide è come una missione sample-return con lo studio a Terra di un materiale extraterrestre di una parte nota del sistema solare. I diversi corpi planetari e degli asteroidi contengono specifici rapporti isotopici derivanti dalla nascita e non modificati da processi interni come fusioni, metamorfismo ed alterazioni da umidità. Questo contrassegno è dato dai rapporti dei tre isotopi stabili dell’ossigeno (O17, O18 e O16) che è l’elemento più abbondante delle rocce ed è stato usato per assegnare i meteoriti HED ad un solo corpo madre. Lo studio isotopico delle meteoriti acondritiche (rocce che hanno subito fusione) suggerisce che mesosideriti e pallasiti provengono dal corpo madre degli HED. Le pallasiti mostrate nei musei hanno un aspetto caratteristico con grossi cristalli di olivina in un fondo metallico e sono descritti come provenienti dalla transizione fra il nucleo metallico ed il mantello roccioso. Le mesosideriti sono pure un miscuglio quasi uguale di silicati e metalli. L’analisi più accurata dei rapporti isotopici da quasi certa l’origine delle mesosideriti da Vesta mentre le pallasiti richiedono un corpo madre diverso. Prove chimiche e isotopiche implicano un’associazione genetica fra le pallasiti ed i meteoriti di ferro del gruppo IIIAB provenienti da un nucleo planetesimale, ma il suo contrassegno isotopico non si trova in nessun meteorite di roccia che rappresenti il mantello di un planetesimale. Non si sa spiegare ancora l’origine dei rapporti isotopici dell’ossigeno. Ad esempio, preso a riferimento la concentrazione di O17 della Terra, quella di Marte è più alta mentre quella di Vesta è la più bassa e vicino a quella delle pallasiti, non c’è quindi un andamento crescente con la distanza dal Sole. La misura della composizione isotopica dell’ossigeno nel Sole è ora una priorità per la NASA con la missione Genesis. Un’altra missione NASA (Dawn) orbiterà nella zona dei grandi asteroidi, Vesta e Ceres, ed eseguirà osservazioni e prove riguardanti le rocce di Vesta.

Science, 15 Dec 2006, Vol. 314, pg. 1708 - Michael F. A’Hearn - Venti anni fa ci fu un grande interesse per il ritorno della cometa di Halley e questo perché le maggiori conoscenze permettevano agli scienziati di pianificare un programma di osservazioni e di progettare la prima missione spaziale verso una cometa. La prima sonda ad avvicinarsi ad una cometa aveva lo scopo di studiare il vento solare, ma fu dirottata per passare attraverso la coda della cometa Grigg-Skjellerup alla fine del 1985. Per la cometa di Halley nel 1986 vi fu un’intera armata di sonde spaziali: Suisei, Sakigake, Vega 1, Vega 2 e Giotto. I grandi risultati ottenuti suscitarono profondo interesse perché le comete racchiudono informazioni uniche sul nostro sistema planetario. Dopo, passarono tuttavia 15 anni prima che partissero le missioni successive. Il Deep Space 1 avvicinò la cometa Borrelly nel 2001. Stardust avvicinò la cometa 81P/Wild 2 nel gennaio 2004. Deep Impact estrasse 10000 tonnellate di materiale dalla cometa Tempel 1 nel luglio 2005 e Stardust riportò sulla Terra particelle di materia che aveva raccolto dalla Wild 2 nel gennaio2006. Queste missioni, insieme ai nuovi studi di dinamica celeste, hanno prodotto un ripensamento sulle origini delle comete. Non c’è dubbio che le comete non si sono formate nelle orbite dove ora le osserviamo. La maggior parte delle comete di breve periodo (della famiglia di Giove di cui fanno parte Borrelly, Wild 2 e Tempel) si sono formati dai materiali solidi condensati oltre Nettuno, nella cintura di Kuiper. Nei 4,5 miliardi di anni che è l’età del nostro sistema solare, le comete si sono diffuse fra i pianeti giganti e sono finite nelle orbite attuali. Le comete di lungo periodo (ed alcune di breve periodo come la Halley) si sono formate con i solidi condensatisi più vicino al Sole e quindi ad alta temperatura. Formatesi fra i grandi pianeti, queste comete sono state respinte oltre la nube di Oort (a metà strada fra il Sole e la più vicina stella dell’alfa Centauri). Recentemente i dinamicisti hanno mostrato che gli oggetti trans-nettuniani, che costituiscono il cosiddetto scattered disk oltre la fascia di Kuiper, complicano lo scenario perché contengono comete sia della famiglia di Giove che della nube di Oort. Le comete della famiglia di Giove visitate dalle sonde sono di tre tipi diversi: la Borrelly ha la forma di una banana, la Wild 2 è di forma ellissoidica e la Tempel 1 è quasi piatta. Tutte mostrano una struttura stratificata ed i gas molto eterogenei emessi dalla Tempel 1 indicano come si sia formata per aggregazione di parti di diversa composizione, aggregazione avvenuta in una vasta regione del primitivo sistema solare. I risultati di Stardust danno prova dell’esteso processo di mescolamento avutosi fin dagli inizi della formazione del sistema solare. I granelli di silicati cristallini delle comete si sono formati molto vicino al proto-Sole, più che provenire dal mezzo interstellare ed essere stati incorporati. I materiali di Wild 2 raccolti dallo Stardust sono diversi come dimensioni da quelli eiettati da Tempel 1 e diversi da quelli visti nella cometa Halley. Queste differenze possono dipendere dalla diversa storia delle comete. La Wild 2 solo recentemente ha modificato la sua orbita avvicinandosi ai pianeti interni, mentre la Tempel 1 è da lungo tempo in questa regione. Oppure dipendono dalla loro storia di formazione per la combinazione dei materiali cometari diversi.

Science, 15 Jun 2007, Vol. 316, pg. 1573 - Frank Hill - L’interno del Sole e delle altre stelle si può conoscere attraverso le onde meccaniche generate in modi simili alle onde sismiche della Terra e che possono essere di due tipi: i modi g, prodotti dalla gravità e dai moti di fluttuazione dell’interno, e dai modi p che sono ordinarie onde sonore. Gli eliosismologi cercano di comprendere che cosa succede all’interno del Sole osservando le oscillazioni prodotte sulla sua superficie da questi modi. Questi studi hanno prodotto molti sorprendenti scoperte come la strana configurazione della rotazione interna, i flussi tortuosi sotto le macchie solari che producono intensi flares e la prova che i neutrini, generati dalla fusione all’interno del nucleo, cambiano la loro natura attraversando il plasma solare. Tuttavia fino ad ora non si è riusciti ad analizzare la parte più interna del Sole dove avvengono le reazioni che producono energia. I modi sono intrappolati nella regione radiativa del Sole e diventano evanescenti nella regione convettiva raggiungendo la superficie con ampiezze molto piccole. I modi p si limitano alla regione più esterna di circa 0,2 del raggio e non penetrano dentro il nucleo. I modi g sono intrappolati nel nucleo e nella zona radiativa ed il loro effetto sulla superficie è di circa tre ordini di grandezza più piccolo di quello che può essere rivelato con gli attuali sistemi spaziali come il SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) e SDO (Solar Dynamics Observatory), che verrà lanciato nel 2008, o il sistema di terra GONG (Global Oscillation Network Group). Tuttavia, nonostante la loro ampiezza, i modi g sono gli unici che permettono informazioni sul nucleo solare fino all’estremità della regione radiativa. La caratteristica dei modi g è di mantenere la coerenza di fase per anni e quindi, registrando dati per anni e mediando, si può estrarre un segnale utile. Una sequenza di osservazioni di 10 anni con lo strumento GOLF (Global Oscillation at Low Frequency) del SOHO ha permesso di identificare la periodicità dello spettro e fornire una stima del periodo di rotazione del nucleo. Il sistema SOHO sta arrivando alla fine della sua vita e sarà rimpiazzato nel 2008 dallo SDO. Il programma GONG, finanziato ora dalla Astronomy Division della National Science Foundation (NSF), ha bisogno di fondi per il futuro e, dopo il lancio dello SDO, il GONG sarà chiuso se non si individueranno altri finanziatori.

Science, 4 Apr 2008, Vol. 320, pg. 61 - Philip A. Bland - Le meteoriti sono le più antiche rocce che si possono raccogliere con datazione che risale a 4567 milioni di anni quando il nostro sistema solare era solo un disco di polveri e di gas. Le meteoriti contengono il ricordo di questo antico periodo della nostra storia e includono quella di altre sorgenti stellari che hanno contribuito al disco protoplanetario ed ai processi fisici e chimici che si sono verificati in esso. La scoperta di filamenti (whiskers) di grafite (GW) nelle meteoriti è stata importante per comprendere l’ambiente del sistema solare primitivo e le implicazioni astrofisiche e cosmologiche dei GW. Le meteoriti primitive, non modificate dal loro iniziale accrescimento, sono conosciute come condriti carboniose la sui composizione si avvicina a quella del Sole per quanto riguarda gli elementi diversi dai gas nobili e H, C, N ed O. Esse inoltre contengono inclusioni sferiche, note come condrule, formatisi per locali eventi di riscaldamento all’interno del disco, ed inclusioni occasionali ricche di calcio-alluminio (CaAl) formatisi vicino al proto-Sole. Tutti questi composti sono uniti insieme da una matrice a grana fine formata da materiali del disco stesso e da materiale presolare di dimensioni micrometriche e submicrometriche provenienti dalle atmosfere di altre stelle che si possono analizzare in laboratorio. Gli studi delle condriti carbonacee sono importanti per indagare le origini oltre il nostro sistema solare mediante lo studio spettroscopico che ha trovato forme non usuali di carbonio allotropico come i GW che non erano state mai osservate prima nelle meteoriti e nella polvere cosmica. Si suppone che i graphite whiskers siano componenti del mezzo interstellare ed intergalattico previsti nei modelli astrofisici. C’è la possibilità che i GW nel mezzo intergalattico possano spiegare l’attenuazione di luminosità delle supernove ad alti redshift. Gli astronomi usano la luminosità ed il redshift degli oggetti più lontani per determinate quanto rapidamente l’universo si va espandendo. La luminosità apparente delle supernove ad alto redshift ha suggerito che l’espansione dell’universo sta accelerando a causa di una sconosciuta energia oscura, un’ipotesi che ha rivoluzionato la recente cosmologia. Ci sono però un certo numero di spiegazioni alternative potenziali che possono rimuovere la necessità dell’energia oscura per spiegare la riduzione di luminosità delle lontane galassie. Fra queste, la presenza nel mezzo intergalattico di particelle che assorbono o diffondono la luce. I graphite whiskers sono un candidato ideale per due ragioni: essi cambiano molto poco lo spettro della luce incidente e quindi il suo redshift e sono degli efficienti assorbenti. Le meteoriti danno ora la possibilità di studiare in laboratorio i GW e mettere alla prova i modelli. Si pensa che i GW si siano formati per condensazione da una fase vapore nelle nebulose solari o in un ambiente presolare, infatti tutti i metodi di sintesi dei GW impiegano vapori ad alta temperatura. Il lancio dei GW negli spazi interstellari avviene attraverso i getti di materia bipolari dei dischi. La priorità della ricerca è ora nel confermare che i GW sono un componente della materia interstellare ed estendere la ricerca di questi materiali nelle meteoriti più primitive, nelle polveri cosmiche, nei campioni di comete e nelle atmosfere di altre stelle diverse dal nostro Sole.

Science, 25 Apr 2008, Vol. 320, pg. 457 - Thomas H. Burbine - Ad oggi, nel sistema solare sono stati identificati più di 400000 asteroidi e si suppone che questi oggetti siano i resti dei planetesimi che formarono i pianeti circa 4,6 miliardi di anni fa. Età e caratteristiche mineralogiche possono essere stimate da analisi di laboratorio dalla composizione isotopica dei 30000 campioni esistenti. Fino ad ora non c’è stato modo di stimare quando si sono formati i singoli asteroidi se non attribuire ad essi l’età di asteroidi simili. Ora, da uno studio spettroscopico, si è visto che alcuni asteroidi, ricchi di inclusioni di CaAl, componenti dei più primitivi meteoriti, come le condriti carbonacee che non hanno subito effetti di riscaldamento significativo, rappresentano la composizione della nebulosa solare, infatti le inclusioni di calcio-alluminio sono stati i primi condensati formatisi nella nebulosa solare e la loro età è quindi di 4,567 miliardi di anni. Nelle condriti carbonacee si trovano anche le condrule, gocce di materiale fuso e raffreddato, prodotte da riscaldamenti localizzati dei materiali originali la cui origine si pone da 2 a 3 milioni di anni dopo la formazione dei CaAl che sono stati rimossi dalle regioni più interne del disco protoplanetario dove si erano formate. Agli inizi del decennio 1990 si dimostrò che gli spinelli (MgAl2O4) erano abbondanti sulla superficie di alcuni asteroidi ed i dati sul vicino infrarosso mostrarono che c’era un forte assorbimento alle lunghezze d’onda intorno a 2 micrometri. Uno studio ha messo in relazione gli asteroidi ricchi di spinelli ed il CaAl. Un’analisi spettroscopica di più di 1000 asteroidi nella regione delle lunghezze d’onda del visibile ha identificato gli oggetti più ricchi di spinelli. Un alto contenuto di Al avrebbe facilitato la fusione per riscaldamento e, se questo non è successo, significa o che il contenuto di Al era basso oppure c’era un alto contenuto di ghiaccio. Una missione di sample return è stata tentata solo dalla sonda giapponese Hayabusa. Se verrà identificato un near Earth object (NEO) ricco di spinelli, questo potrà essere un obiettivo preferenziale di una prossima missione sample return per portare in laboratorio un materiale primitivo del nostro sistema solare.

Science, 20 Mar 2009, Vol. 323, pg. 1551 - Richard A. Kerr - Una domanda della fisica solare ancora senza risposta è perché i gas ionizzati della corona solare, le cui prominenze si osservano durante le eclissi raggiungono un milione di gradi mentre la sottostante superficie del Sole ha solo 6000 °C. Certo l’energia proviene dalla superficie del Sole, ma non si sa sotto quale forma. I ricercatori pensano che l’energia sia fornita attraverso strane onde magnetiche che sono state osservate recentemente sul Sole. Vi sono anche altre spiegazioni alternative e molti fisici solari non sono convinti. Per il fisico David Jess della Queen’s University di Belfast, ed i suoi colleghi, il Sole è solo un ammasso di gas ionizzati, o plasma, permeato da potenti campi magnetici e l’energia fluisce in forma di onde ed oscillazioni del plasma che seguono i campi magnetici. Osservando un elemento del Sole, con il telescopio da 1 metro di La Palma nelle Canarie, ed usando un’ottica adattiva, per eliminare le turbolenze dell’atmosfera, si sono potuti risolvere particolari di dimensioni di 110 km e rivelare variazioni spettrali delle lunghezze d’onda di assorbimento alfa dell’idrogeno che hanno rivelato il moto del plasma dal suo spostamento doppler. Il gruppo ha interpretato queste oscillazioni come onde di Alfvén che si muovevano dalla fotosfera verso la base della corona 5000 km più in alto. Le onde di Alfvén sono oscillazioni che ruotano intorno alle linee di forza del campo magnetico e sono sufficienti a riscaldare la corona. Si ha prova che queste onde esistono realmente sul Sole ed hanno la capacità di trasportare energia. Il problema è se le onde di Alfvén sono la sola strada per interpretare il fenomeno ed ancora nessuno ha spiegato come esse dissipano la loro energia nella corona. La conclusione è che sono necessarie ancora migliori misure.

Science, 26 Jun 2009, Vol. 324, pg. 1640 - Richard A. Kerr - L’ultima grande eruzione solare è stata quella del 28 agosto 1859. Il Sole ha emesso miliardi di tonnellate di fasci di protoni ed altre particelle verso la Terra. Investendo il pianeta a milioni di km/h, questi fasci hanno smorzato la loro energia spingendo le aurore boreali dalle normali latitudini artiche fino alla latitudine di Cuba. Questa supertempesta solare che può avvenire ogni 500 anni paralizzò allora i sistemi telegrafici per uno-due giorni negli Stati Uniti ed in Europa e fu ricordata soprattutto per lo spettacolo delle luci nel cielo. Ora che il mondo si è evoluto alla tecnica elettronica, le particelle cariche e la tempesta elettromagnetica potrebbe danneggiare i satelliti, degradare la navigazione GPS, bloccare le comunicazioni radio e suscitare black-out che durano settimane. Questo è il motivo per cui i fisici dello spazio sono ansiosi di fare previsioni accurate di tali tempeste anche meno intense ma più frequenti. Le prossime tempeste potranno avvenire con il prossimo picco del ciclo delle macchie solari che avverrà fra il 2012 e il 2013. Lo scorso mese, nell’ultimo simposio dello space weather è stato chiesto se siamo pronti per il Solar Max e la risposte è stata “no”. Una previsione non è ancora possibile come nel campo meteorologico con modelli al computer ed il ritardo è di decine di anni. Ora che il mondo è diventato più suscettibile e vulnerabile alle tempeste elettromagnetiche si pensa alle reti di trasmissione di energia che sono ora più efficienti, ma hanno anche margini di errori più piccoli. Una supertempesta come quella del 1859 potrebbe provocare danni fino a 1-2 trilioni di US$ ed avere conseguenze per 4-10 anni. I disturbi della ionosfera bloccherebbero le radiocomunicazioni, il GPS sarebbe interrotto per giorni, nella rete elettrica andrebbero fuori uso costosi trasformatori e molti satelliti potrebbero essere danneggiati. Il problema della previsione è la mancanza di osservazioni. Si usano telescopi terrestri per osservare le macchie solari, i flares ed altri segni precursori di disturbi solari. Con il satellite Advanced Composition Explorer (ACE) posto nel punto Lagrangiano 1, a 1,5 milioni i km più vicino al sole, si possono scoprire gli inizi delle tempeste solari con 30-60 minuti di anticipo prima dell’arrivo sulla Terra. ACE ha prodotto il primo allarme di una tempesta nel 1999, tuttavia un terzo delle maggiori tempeste è arrivata senza avvertimento e un quarto degli allarmi è stato un falso allarme. I ricercatori stanno sviluppando una dozzina di submodelli che legano il Sole alla Terra. Due centri nati 8 anni fa, uno dell’Università del Michigan (UM) e l’altro un Consorzio di 11 istituzioni guidati dall’Università di Boston (BU) sono in competizione per sviluppare modelli Sole-Terra. Un centro del Goddard Space Flight Center (GSFC) della NASA, nel Maryland, sta valutando 30 submodelli. Infine lo Space Weather Prediction Center (SWPC) creerà un test bed per fare il debugging dei submodelli prima di diventare operativi. In realtà non sono stati fatti grandi progressi negli ultimi dieci anni e c’è ancora molta strada da fare. Si spera che, se non per il prossimo solar max, con il successivo sarà possibile una previsione dello space weather. Nel frattempo ACE, dopo 12 anni, è ormai vecchio, il SOHO, dopo 14 anni, può guastarsi in ogni momento e, benché ci sia ancora molto tempo per costruire e lanciare un sostituto dell’ACE, nessuno lo ha ancora proposto né finanziato.

Science, 17 Jul 2009, Vol. 325, pg. 262 - Richard A. Kerr - Isaac Newton ha creato la visione di un sistema di pianeti, lune ed altri corpi del sistema solare che costituiscono un gigantesco orologio immutabile nel tempo. Oggi gli scienziati planetari scoprono che i quattro più grandi pianeti esterni non hanno orbitato nel passato dove oggi si trovano, ma si sono mossi verso l’esterno di una distanza considerevole. Lo scenario catastrofico di questa migrazione, presentato dal modello di Nizza, ha provocato, non solo lo scostamento dei pianeti dove sono oggi, ma anche ha creato la piccola cintura di oggetti di ghiaccio della Kuiper belt, oltre Nettuno, ha dato ai pianeti nuove lune su strane orbite ed ha bombardato il sistema solare con una pioggia di asteroidi e comete che avrebbe bruciato tutto, tranne la più profonda vita sotterranea della Terra. Se questo cataclisma è successo, deve essere stato influenzato ogni aspetto della scienza planetaria e il modello ha anche molte difficoltà da superare, come lo spiegare perché i pianeti più interni, Terra e i suoi vicini, non sono stati pure spostati. Oggi i pianeti del Sole sono divisi in due categorie, quelli interni, i piccoli e rocciosi Mercurio, Venere, Terra e Marte, e quelli esterni come l’enorme Giove e i cugini gassosi più piccoli Saturno, Urano e Nettuno. In mezzo non c’è nessun pianeta, a parte la fascia degli asteroidi. Circa 10 anni fa i dinamicisti planetari hanno compreso che i pianeti esterni si sono mossi nel tempo e, migrando, hanno trasferito piccoli corpi, come comete ed asteroidi, verso l’interno del sistema. Il sistema solare si è formato 4,6 miliardi di anni fa e gli astronomi non hanno avuto segni di questo bombardamento fino a 700 milioni di anni più tardi. Il gruppo di dinamicisti della Costa Azzurra di Nizza ed altri cominciarono ad analizzare uno schema in cui i pianeti esterni si erano formati più vicini al Sole, immersi in un disco di altri pianeti e planetesimi che non potevano rimanere dove si erano formati. Ogni volta che il pianeta ne incontrava un altro si creava uno spostamento all’esterno del pianeta più grande. Il primo a spostarsi è stato Saturno essendo più piccolo di Giove e ha trascinato Giove verso la risonanza orbitale di 1:2 (attualmente è di circa 1:2,5). Il gruppo di Nizza ha eseguito delle simulazioni al calcolatore delle interazioni fra pianeti e planetesimi. Nel suo moto Saturno ha scacciato progressivamente anche Urano e Nettuno, che possono aver pure scambiato le loro orbite. La conseguenza è stata la migrazione verso l’interno di miliardi di planetesimi e la fase di bombardamento. Il gruppo di Nizza ha studiato anche altri particolari come gli asteroidi Troiani di Giove che lo accompagnano nella sua orbita, le strane lune retrograde dei grandi pianeti e la formazione della cintura di Kuiper che è in risonanza 1: 2 con Nettuno, ma non tutti i suoi corpi e molti hanno orbite inclinate. Vi è ancora molto lavoro da fare con le simulazioni e molti problemi irrisolti con i pianeti interni. Questi non sono stabili nel modello di Nizza e Marte potrebbe essere scacciato dal sistema solare per questi giochi di risonanza.

Science, 7 Aug 2009, Vol. 325, pg. 683 - John C. Raymond - I raggi cosmici nella nostra galassia mostrano uno spettro con una distribuzione di energia fino a un ginocchio intorno a 10E15 eV dove la legge della potenza decresce. Si ritiene generalmente che i raggi cosmici, fino al ginocchio, siano accelerati dall'onda di shock dei resti di una supernova, ma l'efficienza del processo di accelerazione è poco compresa. La potenza necessaria per mantenere il flusso dei raggi cosmici corrisponde a circa il 10% dell'energia cinetica dissipata dall'onda di shock di una supernova. I raggi gamma provenienti dai resti di supernove sono a volte attribuiti all'interazione fra protoni relativistici e nuclei nel mezzo interstellare. L'interpretazione rimane ambigua. Tuttavia le osservazioni del satellite FERMI, lanciato di recente, aiuteranno a risolvere il problema. Le misure degli effetti del vento solare sull'accelerazione delle particelle potranno dare un'indicazione, ma non si raggiungono le energie che si hanno nei resti di supernove. Sono state fatte stime indirette dell'efficienza di accelerazione misurando, per esempio, la velocità dello shock dallo spostamento dei filamenti dei resti di supernova che forniscono l'energia totale disponibile. Un resto di supernova ben studiato è RCW86 che si crede si sia originato dall'esplosione di una stella nel 185 dell'era attuale. Combinando le osservazioni ottiche con l'emissione delle radiazioni X, è stata determinata l'efficienza di accelerazione. Le misure del satellite Chandra del 2004-2007 sulle emissioni X nel fronte di shock, hanno dato una velocità di 6000+/-2800 km/s. Proseguendo le misure in un paio di anni si potrà ridurre l'incertezza di questa velocità.

Science, 4 Sep 2009, Vol. 325, pg. 1211 - Martin Duncan - Alcune volte l’anno, comete a lungo periodo (LPC) su orbite allungate si avvicinano fino a distanze di una Unità Astronomica (AU) dal Sole e mostrano magnifiche code di polvere e ioni. L’orbita originale proviene da almeno 20000 AU. Fin dal famoso articolo di Jan Oort del 1950, si è creduto che una riserva di queste comete, circa un trilione di comete, si trova nella nube di Oort estesa fra 20000 e 100000 AU, che è circa la metà della distanza con la stella più vicina. Si crede che tutti i corpi della nube di Oort costituiscono ciò che rimane della popolazione di planetoidi scacciati all’esterno dai pianeti in formazione. Recenti simulazioni di Nathan A. Kaib e Thomas Quinn hanno dimostrato che forse la maggioranza delle LPC provengono dalle nube di Oort più interna che si trova fra 3000 e 10000 AU. Gli oggetti della nube di Oort sono soggetti a perturbazioni gravitazionali delle stelle vicine e della galassia. In questo processo, mentre l’asse maggiore rimane quasi costante, il perielio (minima distanza dal Sole) si modifica. Una piccola percentuale dei corpi della nube di Oort sposta il suo perielio verso i pianeti, attraversando le loro orbite, e le loro perturbazioni provocano il cambiamento del semiasse maggiore dell’orbita. L’effetto dei maggiori pianeti, Giove e Saturno, tra 10 e 15 AU, può lanciarli oltre il Sistema Solare o fissarli in un’orbita bassa, ma sempre soggetti a ulteriori perturbazioni. Giove e Saturno costituiscono quindi una barriera per questi corpi. Perché le LPC si avvicinino all’orbita della Terra, il loro perielio deve superare la barriera delle 15AU. Solo le perturbazioni galattiche possono produrre una riduzione così drastica del perielio, su corpi con afelio maggior di 40000 AU e quindi appartenenti alla nube più esterna di Oort. Altra possibilità è che corpi della nube interna abbiano modificato l’afelio per le piccole perturbazioni planetarie e successivamente subito una lenta evoluzione del perielio per l’effetto di marea della galassia. Questo è il meccanismo di formazione di gran parte dei LPC.