Comete in viaggio

Gennady Borisov è un ingegnere e anche un astronomo dilettante. Ha costruito un telescopio e lo usa presso il Crimean Astrophysical Observatory di Nauchnij, in Crimea.

Il 30 agosto 2019, durante una serata di osservazione, scopre un nuovo oggetto celeste nella costellazione del Cancro. Durante l’osservazione, Borisov nota che l’oggetto ha anche una coda e quindi lo classifica come una cometa. Qualche settimana dopo si scoprirà che la cometa trovata da Borisov viene da molto lontano: è infatti la prima proveniente dall’esterno del Sistema Solare a essere stata osservata.

Una foto della cometa 2I/Borisov (crediti: NASA, ESA, and D. Jewitt (UCLA))

Per via della chioma luminosa che solca il cielo durante l’avvicinamento al Sole, le comete sono tra i corpi celesti più affascinanti da osservare. Ma che cosa sono? Da dove vengono? Perché hanno la coda luminosa? Come facciamo a distinguerle tra loro?

Proviamo a fare ordine e iniziamo il nostro racconto un passo alla volta.

 

Come sono fatte le comete e da dove vengono?

Le comete sono formazioni di roccia e di ghiaccio di vari gas: acqua, ma anche metano e anidride carbonica. Nel Sistema Solare, molto oltre l’orbita di Plutone, esiste una zona chiamata Nube di Oort, che potremmo definire come il principale parcheggio cosmico di comete del nostro Sistema Solare. Queste palle di roccia e ghiaccio orbitano attorno al Sole a distanza di sicurezza nella Nube di Oort; se però per qualche motivo la loro orbita è perturbata, per esempio dalla gravità di qualche stella vicina, ecco che le comete iniziano a cadere verso il Sole.

Per capire come è fatta meglio una cometa, la cosa migliore da fare è osservarne una immagine. Questa, per esempio, è una foto del nucleo della cometa 67/P Churyumov-Gerasimenko.

Il nucleo della cometa 67/P Churyumov-Gerasimenko (Crediti: ESA/Rosetta)

Guardando l’immagine, sorge subito spontanea una domanda: perché non c’è la classica coda luminosa? La ragione è che la cometa 67/P non era abbastanza vicina al Sole quando la sonda ESA Rosetta ha scattato la foto.

Con la sua luce, infatti, il Sole scalda il nucleo della cometa e fa evaporare i gas ghiacciati, che formano la coda spettacolare a cui tutti siamo affezionati.

La protagonista della prossima foto è invece la cometa Hale-Bopp, che ha solcato i nostri cieli nel 1998 in fase di avvicinamento al Sole.

Le code della cometa Hale Bopp (Crediti: E. Kolmhofer, H. Raab)

Guardando la foto si scopre che le comete non hanno solo una coda, ma due: una coda gialla, detta di polvere, e una coda blu, detta di ioni.

La coda di polvere si forma a causa della pressione di radiazione del Sole, che “soffia via” come se fosse vento le particelle di polvere del nucleo della cometa formando una coda. Vediamo questa coda perché i grani di polvere riflettono la luce solare (cioè assorbono luce solare e poi la riemettono) restituendoci dunque le lunghezza d’onda del giallo.

La coda di ioni è generata dalla luce solare, ma in questo caso è dovuta alla radiazione ultravioletta emessa dal Sole. Questa radiazione viene assorbita dalle molecole, che vengono letteralmente spezzate (in gergo, foto-dissociate) oppure ionizzate.
Essendo elettricamente cariche, le molecole ionizzate risentono inoltre del campo magnetico generato dal vento solare di particelle cariche provenienti dal Sole: questo campo magnetico orienta il gas ionizzato, formando la coda “blu” che vediamo nella foto della cometa Hale-Bopp.
Ma perché proprio blu? Perché la maggior parte della radiazione del Sole che continua a essere diffusa dal gas ionizzato della cometa corrisponde alle lunghezza d’onda del blu.

 

Come si distingue una cometa da un asteroide?

Visto che le code di una cometa si generano solo quando questa è nei pressi del Sole, distinguere una cometa da un asteroide quando i due corpi sono lontani dal Sole non è scontato perché in cielo appaiono molto simili.

Per farlo, bisogna studiare l’orbita dell’oggetto incognito intorno al Sole, in particolare misurare il suo parametro di Tisserand. Vediamo come.

Sappiamo che il Sole governa grazie alla forza di gravità il moto di tutti i pianeti del Sistema Solare. Tuttavia, i pianeti possono comunque perturbare il moto del resto degli oggetti celesti esercitando a loro volta un’influenza gravitazionale su di essi. Visto che il pianeta più grande del Sistema Solare è Giove, è ragionevole prendere in considerazione solo gli effetti che questo “gigante gassoso” produce sulle orbite di asteroidi e comete.

Per calcolare il parametro di Tisserand, e quindi capire se l’oggetto che stiamo osservando è un asteroide o una cometa, bisogna risolvere quello che in fisica viene chiamato problema a tre corpi: in questo caso i protagonisti sono il Sole, Giove e, appunto, il corpo di cui non conosciamo la natura. Per farlo, servono i parametri dell’orbita di Giove attorno al Sole e quelli dell’orbita dell’oggetto celeste attorno al sistema formato da Giove e dal Sole. Mettendo insieme i dati si ottiene appunto il parametro di Tisserand. In generale, se il parametro di Tisserand è maggiore di 3, possiamo dire che stiamo osservando un asteroide; se invece è minore di 2, allora quella davanti ai nostri occhi è proprio una cometa che arriva dalla nube di Oort.

Il video che segue (in inglese) riassume il legame tra il parametro di Tisserand e la provenienza di un corpo celeste:

Come possiamo essere certi che 2I/Borisov sia una cometa interstellare?

Il parametro di Tisserand non è altro che un numero associato all’orbita di un corpo celeste. Infatti, quando si scopre un nuovo oggetto, la prima cosa da fare è proprio calcolarne l’orbita, che è sempre determinata dall’interazione gravitazionale con altri corpi celesti. E non è detto che sia è una cosa facile da fare.

A grandi linee si procede in questo modo: si inseriscono nei modelli teorici per il calcolo dell’orbita un po’ di parametri ragionevoli, dettati magari dalle primissime informazioni in possesso; dopodiché si calcola l’orbita, si confronta il risultato con le osservazioni successive del corpo celeste e si vede quanto la previsione teorica si è avvicinata alle osservazioni.

Questo significa che, man mano che i giorni passano e i dati ottenuti dalle osservazioni aumentano, i calcoli si affinano e conosciamo sempre meglio l’orbita della cometa.

Questo lavoro è stato fatto per la cometa 2I/Borisov: i dati hanno detto da subito che l’orbita della cometa scoperta da Borisov è iperbolica.

In generale l’orbita di un corpo celeste può essere di tre tipi: ellittica, parabolica o iperbolica.

I tre tipi di orbita gravitazionale (Crediti: Claudio Camozzi, Pubblico Dominio)

I tre tipi di orbite si distinguono per una caratteristica principale: l’eccentricità. Un’orbita ellittica ha come eccentricità un valore minore di uno; un’orbita parabolica ha eccentricità uguale a uno; un’orbita iperbolica ha eccentricità maggiore di uno.

Un’orbita ellittica è un’orbita chiusa in cui l’oggetto celeste non ha una velocità sufficiente a sfuggire alla gravità del Sistema Solare, come nel caso dei pianeti; un’orbita iperbolica è un’orbita aperta in cui l’oggetto celeste ha invece una velocità maggiore di quella necessaria per sfuggire alla gravità del Sole, come nel caso delle sonde che inviamo fuori dal Sistema Solare. L’orbita parabolica, invece, è un caso particolare perché l’oggetto celeste ha esattamente la velocità minima necessaria per sfuggire al Sole, ma non ci riesce.

Nel caso della cometa di Borisov, i primissimi dati danno un’eccentricità di 3,2. Quindi, un’orbita iperbolica e in avvicinamento verso il Sole.

Questo vorrebbe dire una cosa sola: la cometa di Borisov proviene dallo spazio interstellare, cioè non fa parte del Sistema Solare. E dopo aver solcato la regione del cosmo che abitiamo ci abbandonerà.

 

Perché è importante studiare le comete?

L’osservazione della prima cometa interstellare della storia, la cometa 2I/Borisov, è una scoperta davvero importante per l’astrofisica. La sua osservazione, infatti, ci permette di capire com’è fatto l’universo al di fuori del nostro Sistema Solare e ci conferma che oggetti celesti possono migrare da un sistema stellare all’altro.

Le comete sono considerate i mattoni fondamentali per la formazione ed evoluzione del nostro Sistema Solare. Per esempio, l’analisi della cometa 67/P da parte della sonda Rosetta ha dimostrato che è possibile trovare sulle comete molecole fondamentali per gli organismi viventi, come la glicina, il tipo più semplice di amminoacidi. Anche per questa ragione, si ritiene che l’impatto delle comete sul nostro pianeta possa aver contribuito in qualche modo allo sviluppo della vita sulla Terra. 

Studiare le comete che viaggiano nel nostro Sistema Solare, o tra un sistema stellare e un altro come nel caso della cometa 2I/Borisov, è come intercettare dei messaggeri cosmici: la traduzione dei messaggi che trasportano non è sempre semplice e immediata, ma può svelarci informazioni fondamentali per capire come si è evoluto l’universo dalla formazione dei primi sistemi stellari all’origine della vita.

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