Come Tritone di Nettuno ha distrutto quasi tutte le sue lune
Le mezzelune illuminate di Nettuno (in primo piano) e la sua luna più grande Tritone (sullo sfondo) mostrano … quanto sia impressionantemente grande Tritone, la settima luna più grande di tutto il sistema solare, in confronto. Questa immagine è stata scattata dalla sonda Voyager 2 il 29 agosto 1989, 3 giorni dopo il suo massimo avvicinamento a Nettuno.
PHOTO12/UIG/GETTY IMAGES
Quando si tratta delle lune del nostro sistema solare, c’è solo un pianeta che non corrisponde alle nostre aspettative: Nettuno. Per ogni altro pianeta, ci sono due modi principali in cui hanno acquisito le loro lune:
- o le lune sono sorte come risultato di un impatto gigantesco, calciando i detriti che o ricadono sul mondo principale o si fondono in uno o più satelliti,
- o le loro lune sono rimaste dalla formazione del sistema solare, formandosi da un disco circumplanetario intorno a un mondo gigante gassoso.
Terra e Marte hanno probabilmente ottenuto le loro lune da impatti giganti, insieme a grandi oggetti della fascia di Kuiper con lune come Plutone, Haumea, Eris e Makemake. Infatti, si ipotizza che gli impatti giganti siano il modo numero uno in cui i mondi terrestri e rocciosi ottengono le loro lune.
Ma per i mondi giganti gassosi, le loro lune si sono formate principalmente da un disco circumplanetario all’inizio, completo di grandi lune che orbitano tutte nello stesso piano e un sistema di anelli per andare insieme a loro. Giove, Saturno e Urano rientrano tutti in questo quadro, ma Nettuno è un caso a parte. La sua unica grande luna, Tritone, sembra essere un oggetto della fascia di Kuiper catturato e ha cancellato quasi tutto il sistema nettuniano nel processo. Ecco cosa sappiamo oggi.
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Se si dà un’occhiata ai tre “tipici” pianeti giganti gassosi, raccontano tutti una storia simile. Giove ha quattro grandi lune: i satelliti galileiani di Io, Europa, Ganimede e Callisto. All’interno di Io, ci sono quattro piccole lune; al di fuori di Callisto, circa quattro volte più lontano, tutta una serie di piccole lune esterne orbitano intorno a Giove. Le lune principali orbitano tutte più o meno nello stesso piano, che coincide con il piano orbitale di Giove stesso.
Saturno ha solo una luna enorme, Titano, ma possiede un totale di 7 lune che sono almeno il 10% più massicce della luna della Terra: Mimas, Encelado, Teti, Dione, Rea, Titano e Iapeto. Al di fuori di quest’ultima grande luna, Iapeto, non ci sono altre lune finché non si arriva a poco più di tre volte la distanza, e poi ci sono molte piccole lune che orbitano intorno a Saturno. Le lune interne a Iapeto – e ce ne sono 23 – orbitano tutte sullo stesso piano l’una dell’altra, che è lo stesso piano della rotazione di Saturno e del suo impressionante sistema di anelli.
L’insieme degli anelli principali di Saturno, dall’anello D interno all’anello F esterno, potrebbe essere molto più nuovo … del resto del sistema solare. Si noti che tutte le lune principali di Saturno fino a Iapeto orbitano tutte nello stesso piano, indicando la loro formazione da un disco circumplanetario.
NASA / JPL
Il prossimo pianeta, Urano, ha cinque grandi e massicce lune: Miranda, Ariel, Umbriel, Titania e Oberon. All’interno di Oberon, ci sono un totale di 17 lune uraniane, e solo Miranda, la cui orbita è inclinata di 4,2° rispetto alla rotazione di Urano, è inclinata di più di 1°. Oltre Oberon, ci sono nove piccole lune conosciute finora, e la più vicina è circa sette volte più distante da Urano di Oberon.
Ma poi arriviamo a Nettuno. I satelliti di Nettuno sono dominati da una luna enorme: Tritone, che attualmente è la settima luna più grande del sistema solare (dopo le quattro lune galileiane di Giove, il Titano di Saturno e la Luna della Terra). All’interno di Nettuno, il resto dei suoi satelliti sembra normale: ce ne sono sette, e mentre la Naiade più interna è inclinata di 4,7° rispetto alla rotazione di Nettuno, le altre sei sono inclinate di meno di 1°.
Ma quando si guarda Tritone e oltre, non assomiglia a nessuno degli altri sistemi lunari conosciuti.
L’orbita di Tritone (rosso) ha un’inclinazione di 157° rispetto alle lune che co-rotano con la rotazione di Nettuno (verde), e un’inclinazione di 130° rispetto agli oggetti che co-rotano con il piano dell’eclittica. L’orientamento di Tritone è la prova più forte che si tratta di un corpo catturato.
WIKIMEDIA COMMONS USER ZYJACKLIN; NASA / JPL / USGS
Per cominciare, l’orbita di Tritone è tutta sbagliata. Ogni altra grande luna che conosciamo – la Luna della Terra, così come tutte le principali e massicce lune di Giove, Saturno e Urano – orbitano tutte più o meno nello stesso piano del pianeta che orbitano. Inoltre, orbitano tutte nella stessa direzione dei pianeti: in senso antiorario, se si guarda “giù” dal polo nord del Sole.
Ma non Tritone.
Tritone orbita in quella che chiamiamo la direzione retrograda: orbita in senso orario intorno a Nettuno, anche se Nettuno e tutti gli altri pianeti (così come tutte le lune interne a Tritone) girano in senso opposto (progrado). Inoltre, Tritone non è nemmeno nello stesso piano – o vicino ad esso – in cui orbita Nettuno. È inclinato di circa 23° rispetto al piano in cui Nettuno ruota sul suo asse, oltre a girare nella direzione sbagliata. Questa è una grande bandiera rossa che ci dice che Tritone non si è formato dallo stesso disco circumplanetario da cui si sono formate le lune interne (o le lune degli altri giganti gassosi).
Quando si classificano tutte le lune, i piccoli pianeti e i pianeti nani nel nostro sistema solare, si può vedere che … molti dei più grandi oggetti non planetari sono lune, e alcuni sono oggetti della fascia di Kuiper. C’è un enorme calo di dimensioni dopo i primi 11. Tritone è, abbastanza sorprendentemente, una densità superiore a quella che ci aspetteremmo per la sua posizione.
MONTAGGIO DI EMILY LAKDAWALLA. DATI DALLA NASA / JPL, JHUAPL/SWRI, SSI, E UCLA / MPS / DLR / IDA, ELABORATI DA GORDAN UGARKOVIC, TED STRYK, BJORN JONSSON, ROMAN TKACHENKO, E EMILY LAKDAWALLA
Un’altra proprietà interessante di Tritone è la sua densità. Le altre lune massicce del sistema solare mostrano una vasta gamma di densità, ma per lo più rientrano in un intervallo tra 2,0 e 3,0 grammi per centimetro cubo: paragonabile alla densità dello strato crostale della Terra. All’estremo superiore ci sono le grandi lune più interne di Giove: Io ed Europa; nella parte bassa ci sono Titano, Ganimede e Callisto. Andando sempre più lontano, fino ai satelliti di Urano, la loro densità scende fino a circa 1,5 grammi per centimetro cubo. Gli altri satelliti di Nettuno e Urano sono per lo più acqua-ghiaccio, con una densità che indica che.
Ma poi c’è Tritone.
Con una densità di circa 2,06 grammi per centimetro cubo, la densità di Tritone è anomalamente grande. È coperto da vari ghiacci: azoto congelato sopra un mantello di anidride carbonica (ghiaccio secco) e acqua-ghiaccio, simile alla composizione di Plutone. Tuttavia, deve avere un nucleo più denso, di roccia e metallo, che gli conferisce una densità significativamente più alta di Plutone. L’unico oggetto che conosciamo che è paragonabile a Tritone? Eris, l’oggetto più massiccio della fascia di Kuiper: il 27% più massiccio di Plutone ma in qualche modo ancora più piccolo.
Tritone, a sinistra, come ripreso da Voyager 2, e Plutone, a destra, come ripreso da New Horizons. Entrambi i mondi … sono coperti da un mix di azoto, anidride carbonica e ghiacci a base di acqua, ma Tritone è più grande e ha una densità significativamente più alta. Se Tritone venisse riportato nella fascia di Kuiper, sarebbe il corpo più grande e massiccio là fuori.
NASA/JPL/USGS (L), NASA/JHUAPL/SWRI (R)
Infine, Tritone è un outlier estremo quando si guarda alle lune esterne di Nettuno. Certo, è possibile, come è possibile anche per Urano, che ci sia un’enorme suite di lune più piccole che orbitano intorno a questo gigante gassoso esterno, e che la mancanza di una missione dedicata negli ultimi 30 anni ci abbia impedito di rilevarle. Ma quando guardiamo gli altri satelliti che esistono oltre l’ultimo satellite principale di un pianeta gigante gassoso, tutti cominciano ad apparire da qualche parte da 3 a 8 volte più lontano dell’ultima luna principale.
Ma non nel caso di Tritone e Nettuno.
Tritone è relativamente vicino a Nettuno, con una distanza orbitale media di soli 355.000 km: circa il 10% più vicino a Nettuno di quanto la Luna sia alla Terra. Ma la luna successiva, Nereide, è a ben 5,5 milioni di km di distanza, per un rapporto di distanza di 15,5 a 1. Ancora peggio, se si va alla luna successiva a Nereide, si arriva a Halimede, che dista 16,6 milioni di km, una distanza spettacolarmente grande. In tutto, ci sono solo 14 lune conosciute di Nettuno, il numero più piccolo conosciuto per un pianeta gigante gassoso.
Il terreno polare sud di Tritone fotografato dalla sonda Voyager 2. Circa 50 pennacchi scuri segnano … quelli che si pensa siano criovulcani, con quelle scie causate dal fenomeno colloquialmente chiamato ‘black smokers’.
NASA / VOYAGER 2
Inoltre, ci sono ulteriori proprietà “strane” su Tritone che lo rendono diverso da qualsiasi altra luna. Per quanto riguarda la sua superficie, ha dei criovulcani ghiacciati, il che lo rende uno dei quattro mondi del sistema solare (Terra, Venere, Io e Tritone) noti per avere un’attività vulcanica attiva sulla superficie.
In termini di massa, se si sommano tutti i satelliti di Nettuno, Tritone compone il 99,5% della massa di tutto ciò che orbita intorno a Nettuno: lune, satelliti e anelli tutti inclusi. Questo è di gran lunga il più grande rapporto di qualsiasi sistema planetario con più di una luna coinvolta.
E in termini di colore, non assomiglia a nessuna delle altre lune di Nettuno, Urano, Saturno o Giove. Invece, si adatta proprio a oggetti come Plutone ed Eris: i grandi oggetti della fascia di Kuiper. Infatti, se esaminiamo sia l’atmosfera che la superficie di Tritone, ha molto più in comune con gli oggetti della fascia di Kuiper conosciuti che con qualsiasi altra luna del nostro sistema solare.
Immagine a colori falsi di Tritone, la luna più grande di Nettuno, scattata dalla sonda Voyager 2. Questa … immagine a bassa risoluzione è la migliore fotografia che la Voyager 2 ha scattato della più grande luna di Nettuno, appena 2 giorni prima dell’approccio più vicino.
TIME LIFE PICTURES/NASA/THE LIFE PICTURE COLLECTION/GETTY IMAGES
Tutte queste prove indicano una conclusione affascinante: Tritone non si è formato come le altre grandi lune dei giganti gassosi; non è nato da un disco circumplanetario che risale alle prime fasi del sistema solare. Sembra invece che Tritone fosse originariamente un oggetto della fascia di Kuiper – più grande e più massiccio di Plutone o Eris – il re della fascia di Kuiper. Solo che, qualche tempo fa, Tritone è stato catturato gravitazionalmente da Nettuno, dove continua ad orbitare intorno a quel mondo massiccio ancora oggi.
Se questo è vero, significa che Nettuno molto probabilmente ha avuto un ricco sistema lunare proprio, con una serie di massicce, grandi lune in orbita ad un certo punto. E poi, nel corso di centinaia di milioni (o forse anche miliardi) di anni, leggeri e ripetuti strattoni su oggetti nella fascia di Kuiper hanno portato l’oggetto più grande all’interno della sua sfera Hill: la regione della sua influenza gravitazionale. Questo fu l’inizio di un processo che avrebbe portato alla cattura di Tritone.
Una cucitura insieme di due esposizioni di 591-s ottenute attraverso il filtro trasparente della fotocamera grandangolare … della Voyager 2, che mostra l’intero sistema di anelli di Nettuno con la massima sensibilità. L’intero sistema di anelli di Nettuno si trova ben all’interno dell’orbita di Tritone, indicando che qualsiasi sistema esterno preesistente, sia anelli che lune, è stato distrutto dal processo di cattura di Tritone.
NASA/JPL
Le sette (piccole) lune più interne di Nettuno, da Naiade a Proteo, sono probabilmente le uniche lune nettuniane rimaste dalla formazione di Nettuno e dal disco circumplanetario originale. Queste lune sono tutte piccole, di massa ridotta, orbitano tutte nello stesso piano di rotazione di Nettuno e completano una rivoluzione attorno a Nettuno in meno di 27 ore. Sono incredibilmente vicine a questo mondo gigante gassoso.
Oltre a questo, c’era probabilmente un ricco sistema lunare che non conosceremo mai. Questo perché Tritone, un oggetto della fascia di Kuiper catturato, ha fatto piazza pulita di tutto il resto. Attraverso una combinazione di interazioni gravitazionali, trasferimento di momento angolare e forze di marea da Nettuno, Tritone alla fine:
- si è spostato verso l’interno,
- ha espulso tutte le preesistenti lune esterne di Nettuno,
- e si è portato in un’orbita circolare attorno a Nettuno.
Tritone, più di ogni altro fattore, rende il sistema lunare di Nettuno unico tra i mondi del nostro sistema solare, ma le implicazioni sono affascinanti.
Tritone, il più grande satellite di Nettuno, come ripreso dalla sonda Voyager 2. Il terreno vario su … Tritone è simile al terreno vario che troviamo su Plutone. Insieme ad altre somiglianze, possiamo concludere con certezza che Tritone ha avuto origine non intorno a Nettuno stesso, ma nella fascia di Kuiper.
TIME LIFE PICTURES/NASA/THE LIFE PICTURE COLLECTION/GETTY IMAGES
Quando mettiamo insieme tutto quello che abbiamo imparato, ci rimane un quadro in cui si formano sistemi solari con una serie di pianeti intorno: un mix di pianeti terrestri (rocciosi) e giganti gassosi (con involucri di idrogeno/elio). Al di fuori dell’ultimo pianeta che si forma – il mondo di grande massa più lontano che può liberare la sua orbita – una serie di corpi ghiacciati dovrebbe persistere in un analogo della nostra fascia di Kuiper. E potrebbe essere un evento molto probabile, forse addirittura inevitabile, che uno degli oggetti più massicci venga catturato gravitazionalmente, eliminando la maggior parte del sistema di satelliti preesistente che esisteva intorno a quel mondo. Tritone, l’ex “re della fascia di Kuiper”, è stato catturato gravitazionalmente da esso molto tempo fa, eliminando tutti i satelliti di Nettuno tranne quelli più interni. Alcuni di loro esistono ancora come centauri o comete di lungo periodo? Alcune delle lune esterne di Nettuno sono residui del suo disco circumplanetario originale? Ci sono altre lune in attesa di essere scoperte? E il suo sistema lunare è tipico di un pianeta più esterno nei sistemi esoplanetari?
Queste sono tutte domande aperte, e gli astronomi planetari attendono ulteriori dati e nuove missioni per saperlo con certezza. Nel frattempo, possiamo essere sicuri che Tritone ha distrutto il sistema di satelliti preesistente di Nettuno. Nella caotica danza gravitazionale del nostro sistema solare, solo i sopravvissuti rimangono a raccontare le loro storie.