Definizione di pianeta
Nonostante la dichiarazione della IAU, un certo numero di critici rimane poco convinto. La definizione è vista da alcuni come arbitraria e confusa. Un certo numero di sostenitori di Plutone come pianeta, in particolare Alan Stern, capo della missione New Horizons della NASA su Plutone, hanno fatto circolare una petizione tra gli astronomi per modificare la definizione. L’affermazione di Stern è che, poiché meno del 5% degli astronomi ha votato a favore, la decisione non era rappresentativa dell’intera comunità astronomica. Anche escludendo questa controversia, tuttavia, rimangono diverse ambiguità nella definizione.
Chiarire il vicinatoModifica
Uno dei principali punti in discussione è il significato preciso di “cleared the neighbourhood around its orbit”. Alan Stern obietta che “è impossibile e artificioso porre una linea di demarcazione tra pianeti nani e pianeti”, e che poiché né la Terra, né Marte, né Giove, né Nettuno hanno interamente ripulito le loro regioni dai detriti, nessuno potrebbe essere propriamente considerato un pianeta secondo la definizione della IAU.
Mike Brown controbatte a queste affermazioni dicendo che, lungi dal non aver liberato le loro orbite, i pianeti maggiori controllano completamente le orbite degli altri corpi all’interno della loro zona orbitale. Giove può coesistere con un gran numero di piccoli corpi nella sua orbita (gli asteroidi troiani), ma questi corpi esistono nell’orbita di Giove solo perché sono sotto l’influenza dell’enorme gravità del pianeta. Allo stesso modo, Plutone può attraversare l’orbita di Nettuno, ma Nettuno molto tempo fa ha bloccato Plutone e gli oggetti della fascia di Kuiper che lo accompagnano, chiamati plutini, in una risonanza 3:2, cioè, orbitano il Sole due volte per ogni tre orbite di Nettuno. Le orbite di questi oggetti sono interamente dettate dalla gravità di Nettuno, e quindi, Nettuno è gravitazionalmente dominante.
Nell’ottobre 2015, l’astronomo Jean-Luc Margot della University of California Los Angeles ha proposto una metrica per la clearance della zona orbitale derivata dal fatto che un oggetto possa liberare una zona orbitale di estensione 2√3 del suo raggio Hill in una specifica scala temporale. Questa metrica pone una chiara linea di demarcazione tra i pianeti nani e i pianeti del sistema solare. Il calcolo si basa sulla massa della stella ospite, la massa del corpo e il periodo orbitale del corpo. Un corpo di massa terrestre che orbita intorno a una stella di massa solare libera la sua orbita a distanze fino a 400 unità astronomiche dalla stella. Un corpo di massa marziana all’orbita di Plutone libera la sua orbita. Questa metrica, che lascia Plutone come pianeta nano, si applica sia al sistema solare che ai sistemi extrasolari.
Alcuni oppositori della definizione hanno sostenuto che “liberare il quartiere” è un concetto ambiguo. Mark Sykes, direttore del Planetary Science Institute di Tucson, Arizona, e organizzatore della petizione, ha espresso questa opinione alla National Public Radio. Egli ritiene che la definizione non categorizza un pianeta per composizione o formazione, ma, effettivamente, per la sua posizione. Ritiene che un oggetto delle dimensioni di Marte o più grande oltre l’orbita di Plutone non sarebbe considerato un pianeta, perché ritiene che non avrebbe il tempo di liberare la sua orbita.
Brown nota, tuttavia, che se il criterio di “liberare le vicinanze” fosse abbandonato, il numero di pianeti nel sistema solare potrebbe aumentare da otto a più di 50, con altre centinaia potenzialmente da scoprire.
Equilibrio idrostaticoModifica
La definizione della IAU impone che i pianeti siano abbastanza grandi perché la loro stessa gravità li formi in uno stato di equilibrio idrostatico; ciò significa che raggiungeranno una forma rotonda, ellissoidale. Fino ad una certa massa, un oggetto può essere di forma irregolare, ma oltre quel punto la gravità comincia a tirare un oggetto verso il proprio centro di massa fino a quando l’oggetto collassa in un ellissoide. (Nessuno dei grandi oggetti del sistema solare è veramente sferico. Molti sono sferoidi, e molti, come le lune più grandi di Saturno e il pianeta nano Haumea, sono stati ulteriormente distorti in ellissoidi dalla rapida rotazione o dalle forze di marea, ma ancora in equilibrio idrostatico. Come ha notato Soter nel suo articolo, “come possiamo quantificare il grado di rotondità che contraddistingue un pianeta? La gravità domina un tale corpo se la sua forma si discosta da uno sferoide del 10% o dell’1%? La natura non fornisce uno spazio vuoto tra forme rotonde e non rotonde, quindi qualsiasi confine sarebbe una scelta arbitraria”. Inoltre, il punto in cui la massa di un oggetto lo comprime in un ellissoide varia a seconda della composizione chimica dell’oggetto. Gli oggetti fatti di ghiaccio, come Encelado e Miranda, assumono questo stato più facilmente di quelli fatti di roccia, come Vesta e Pallas. L’energia termica, dal collasso gravitazionale, dagli impatti, dalle forze di marea come le risonanze orbitali, o dal decadimento radioattivo, è anch’essa un fattore che determina se un oggetto sarà ellissoidale o meno; la luna ghiacciata Mimas di Saturno è ellissoidale (anche se non più in equilibrio idrostatico), ma la luna più grande di Nettuno, Proteo, che è composta in modo simile ma più fredda a causa della sua maggiore distanza dal Sole, è irregolare. Inoltre, il molto più grande Iapeto è ellissoidale ma non ha le dimensioni previste per la sua attuale velocità di rotazione, indicando che una volta era in equilibrio idrostatico ma non lo è più, e lo stesso vale per la luna della Terra.
Pianeti doppi e luneModifica
La definizione esclude espressamente i satelliti dalla categoria di pianeta nano, anche se non definisce direttamente il termine “satellite”. Nella bozza di proposta originale, è stata fatta un’eccezione per Plutone e il suo più grande satellite, Caronte, che possiedono un baricentro al di fuori del volume di entrambi i corpi. La proposta iniziale classificava Plutone-Caronte come un doppio pianeta, con i due oggetti che orbitano intorno al Sole in tandem. Tuttavia, la bozza finale ha chiarito che, anche se sono simili per dimensioni relative, solo Plutone sarebbe attualmente classificato come pianeta nano.
Tuttavia, alcuni hanno suggerito che la Luna merita comunque di essere chiamata pianeta. Nel 1975, Isaac Asimov ha notato che la tempistica dell’orbita della Luna è in tandem con l’orbita della Terra intorno al Sole: guardando dall’alto sull’eclittica, la Luna non si ripiega mai su se stessa, e in sostanza orbita intorno al Sole per conto suo. Ci sono 19 lune nel sistema solare che hanno raggiunto l’equilibrio idrostatico e sarebbero considerate pianeti se si considerano solo i parametri fisici. Sia la luna di Giove Ganimede che la luna di Saturno Titano sono più grandi di Mercurio, e Titano ha persino un’atmosfera sostanziale, più spessa di quella della Terra. Lune come Io e Tritone dimostrano un’evidente e continua attività geologica, e Ganimede ha un campo magnetico. Proprio come le stelle in orbita attorno ad altre stelle sono ancora chiamate stelle, alcuni astronomi sostengono che gli oggetti in orbita attorno ai pianeti che condividono tutte le loro caratteristiche potrebbero anche essere chiamati pianeti. In effetti, Mike Brown fa proprio un’affermazione del genere nella sua dissezione della questione, dicendo:
È difficile fare un argomento coerente che una palla di ghiaccio di 400 km dovrebbe contare come un pianeta perché potrebbe avere una geologia interessante, mentre un satellite di 5000 km con una massiccia atmosfera, laghi di metano e tempeste drammatiche non dovrebbe essere messo nella stessa categoria, comunque lo si chiami.
Tuttavia, continua dicendo che, “Per la maggior parte delle persone, considerare i satelliti rotondi (inclusa la nostra Luna) ‘pianeti’ viola l’idea di cosa sia un pianeta.”
Alan Stern ha sostenuto che la posizione non dovrebbe avere importanza e che solo gli attributi geofisici dovrebbero essere presi in considerazione nella definizione di un pianeta, e propone il termine pianeta satellite per le lune di massa planetaria.
Pianeti extrasolari e nane bruneModifica
La scoperta dal 1992 di pianeti extrasolari, o di oggetti di dimensioni planetarie intorno ad altre stelle (4.687 pianeti di questo tipo in 3.463 sistemi planetari, compresi 770 sistemi planetari multipli al 1° marzo 2021), ha ampliato il dibattito sulla natura del pianeta in modi inaspettati. Molti di questi pianeti sono di dimensioni considerevoli, avvicinandosi alla massa di piccole stelle, mentre molte nane brune di recente scoperta sono, al contrario, abbastanza piccole da essere considerate pianeti. La differenza materiale tra una stella di bassa massa e un grande gigante gassoso non è netta; a parte le dimensioni e la temperatura relativa, c’è poco che separi un gigante gassoso come Giove dalla sua stella ospite. Entrambi hanno composizioni generali simili: idrogeno ed elio, con tracce di elementi più pesanti nella loro atmosfera. La differenza generalmente accettata è quella della formazione; si dice che le stelle si siano formate dall'”alto verso il basso”, dai gas di una nebulosa sottoposta a collasso gravitazionale, e quindi sarebbero composte quasi interamente di idrogeno ed elio, mentre i pianeti si dicono formati dal “basso verso l’alto”, dall’accrescimento di polvere e gas in orbita attorno alla giovane stella, e quindi dovrebbero avere nuclei di silicati o ghiacci. Non è ancora certo che i giganti gassosi possiedano tali nuclei, anche se la missione Juno su Giove potrebbe risolvere la questione. Se è davvero possibile che un gigante gassoso possa formarsi come una stella, allora si pone la questione se tale oggetto debba essere considerato una stella di bassa massa orbitante piuttosto che un pianeta.
Tradizionalmente, la caratteristica che definisce la stellarità è la capacità di un oggetto di fondere idrogeno nel suo nucleo. Tuttavia, stelle come le nane brune hanno sempre sfidato questa distinzione. Troppo piccole per iniziare una fusione sostenuta dell’idrogeno-1, hanno ottenuto lo status di stella grazie alla loro capacità di fondere il deuterio. Tuttavia, a causa della relativa rarità di questo isotopo, questo processo dura solo una piccola frazione della vita della stella, e quindi la maggior parte delle nane brune avrebbe cessato la fusione molto prima della loro scoperta. Le stelle binarie e altre formazioni di stelle multiple sono comuni, e molte nane brune orbitano intorno ad altre stelle. Pertanto, poiché non producono energia attraverso la fusione, potrebbero essere descritte come pianeti. Infatti, l’astronomo Adam Burrows dell’Università dell’Arizona sostiene che “dal punto di vista teorico, per quanto diversi siano i loro modi di formazione, i pianeti giganti extrasolari e le nane brune sono essenzialmente gli stessi”. Burrows sostiene anche che i resti stellari come le nane bianche non dovrebbero essere considerati stelle, una posizione che significherebbe che una nana bianca orbitante, come Sirio B, potrebbe essere considerata un pianeta. Tuttavia, l’attuale convenzione tra gli astronomi è che qualsiasi oggetto abbastanza massiccio da aver posseduto la capacità di sostenere la fusione atomica durante la sua vita e che non è un buco nero dovrebbe essere considerato una stella.
La confusione non finisce con le nane brune. Maria Rosa Zapatario-Osorio et al. hanno scoperto molti oggetti in giovani ammassi stellari di massa inferiore a quella richiesta per sostenere la fusione di qualsiasi tipo (attualmente calcolata a circa 13 masse di Giove). Questi sono stati descritti come “pianeti fluttuanti” perché le attuali teorie sulla formazione del sistema solare suggeriscono che i pianeti possono essere espulsi dai loro sistemi stellari se le loro orbite diventano instabili. Tuttavia, è anche possibile che questi “pianeti fluttuanti” si siano formati nello stesso modo delle stelle.
Nel 2003, un gruppo di lavoro dell’IAU ha rilasciato una dichiarazione di posizione per stabilire una definizione operativa di ciò che costituisce un pianeta extrasolare e ciò che costituisce una nana bruna. Ad oggi, rimane l’unica guida offerta dalla IAU su questo argomento. Il comitato di definizione dei pianeti del 2006 non ha tentato di metterla in discussione, o di incorporarla nella loro definizione, sostenendo che la questione della definizione di un pianeta era già difficile da risolvere senza considerare anche i pianeti extrasolari. Questa definizione di lavoro è stata modificata dalla Commissione F2 della IAU: Esopianeti e il sistema solare nell’agosto 2018. La definizione di lavoro ufficiale di un esopianeta è ora la seguente:
- Oggetti con massa reale inferiore alla massa limite per la fusione termonucleare del deuterio (attualmente calcolata a 13 masse di Giove per oggetti di metallicità solare) che orbitano attorno a stelle, nane brune o resti stellari e che hanno un rapporto di massa con l’oggetto centrale inferiore all’instabilità L4/L5 (M/Mcentrale < 2/(25+√621) sono “pianeti” (non importa come si siano formati).
- La massa/dimensione minima richiesta per un oggetto extrasolare per essere considerato un pianeta dovrebbe essere la stessa utilizzata nel nostro Sistema Solare.
L’IAU ha notato che questa definizione potrebbe evolvere con il miglioramento delle conoscenze.
Questa definizione rende la posizione, piuttosto che la formazione o la composizione, la caratteristica determinante per la piattezza. Un oggetto fluttuante con una massa inferiore a 13 masse di Giove è una “sub-nana bruna”, mentre un tale oggetto in orbita intorno a una stella di fusione è un pianeta, anche se, sotto tutti gli altri aspetti, i due oggetti possono essere identici. Inoltre, nel 2010, un articolo pubblicato da Burrows, David S. Spiegel e John A. Milsom ha messo in discussione il criterio della massa di 13 Giove, mostrando che una nana bruna di tre volte la metallicità solare potrebbe fondere il deuterio già a 11 masse di Giove.
Inoltre, il limite di 13 masse di Giove non ha un preciso significato fisico. La fusione del deuterio può avvenire in alcuni oggetti con massa inferiore a questo limite. La quantità di deuterio fuso dipende in una certa misura dalla composizione dell’oggetto. A partire dal 2011 l’Enciclopedia dei pianeti extrasolari includeva oggetti fino a 25 masse di Giove, dicendo: “Il fatto che non ci sia una caratteristica speciale intorno a 13 MJup nello spettro di massa osservato rafforza la scelta di dimenticare questo limite di massa”. A partire dal 2016 questo limite è stato aumentato a 60 masse di Giove sulla base di uno studio delle relazioni massa-densità. L’Exoplanet Data Explorer include oggetti fino a 24 masse di Giove con l’avviso: “La distinzione di 13 masse di Giove del gruppo di lavoro IAU è fisicamente immotivata per pianeti con nuclei rocciosi, e osservativamente problematica a causa dell’ambiguità sin i.” L’Archivio degli esopianeti della NASA include oggetti con una massa (o massa minima) uguale o inferiore a 30 masse di Giove.
Un altro criterio per separare pianeti e nane brune, piuttosto che la combustione del deuterio, il processo di formazione o la posizione, è se la pressione del nucleo è dominata dalla pressione di coulomb o dalla pressione di degenerazione degli elettroni.
Uno studio suggerisce che gli oggetti sopra i 10 MJup si sono formati attraverso l’instabilità gravitazionale e non l’accrescimento del nucleo e quindi non dovrebbero essere considerati pianeti.
Oggetti stellari di massa planetariaModifica
L’ambiguità insita nella definizione della IAU è stata evidenziata nel dicembre 2005, quando il telescopio spaziale Spitzer ha osservato Cha 110913-773444 (sopra), solo otto volte la massa di Giove con quello che sembra essere l’inizio di un proprio sistema planetario. Se questo oggetto fosse stato trovato in orbita attorno ad un’altra stella, sarebbe stato definito un pianeta.
Nel settembre 2006, il telescopio spaziale Hubble ha fotografato CHXR 73 b (a sinistra), un oggetto che orbitava attorno ad una giovane stella compagna ad una distanza di circa 200 UA. Con 12 masse gioviane, CHXR 73 b è appena sotto la soglia per la fusione del deuterio, e quindi tecnicamente un pianeta; tuttavia, la sua grande distanza dalla sua stella madre suggerisce che non può essersi formato all’interno del disco protoplanetario della piccola stella, e quindi deve essersi formato, come fanno le stelle, dal collasso gravitazionale.
Nel 2012, Philippe Delorme, dell’Istituto di Planetologia e Astrofisica di Grenoble in Francia ha annunciato la scoperta di CFBDSIR 2149-0403; un oggetto di massa 4-7 Giove che si muove indipendentemente e che probabilmente fa parte del gruppo mobile AB Doradus, a meno di 100 anni luce dalla Terra. Anche se condivide il suo spettro con una nana bruna di classe spettrale T, Delorme ipotizza che possa essere un pianeta.
Nell’ottobre 2013, gli astronomi guidati dal dottor Michael Liu dell’Università delle Hawaii hanno scoperto PSO J318.5-22, una nana L solitaria e fluttuante che si stima possieda solo 6.5 volte la massa di Giove, rendendola la nana sub-bruna meno massiccia ancora scoperta.
Nel 2019, gli astronomi dell’Osservatorio di Calar Alto in Spagna hanno identificato GJ3512b, un gigante gassoso di circa metà della massa di Giove che orbita intorno alla stella nana rossa GJ3512 in 204 giorni. Un gigante gassoso così grande intorno a una stella così piccola con un’orbita così ampia è altamente improbabile che si sia formato per accrezione, ed è più probabile che si sia formato per frammentazione del disco, simile a una stella.
SemanticaModifica
Infine, da un punto di vista puramente linguistico, vi è la dicotomia che la IAU ha creato tra ‘pianeta’ e ‘pianeta nano’. Il termine ‘pianeta nano’ contiene probabilmente due parole, un sostantivo (pianeta) e un aggettivo (nano). Così, il termine potrebbe suggerire che un pianeta nano è un tipo di pianeta, anche se la IAU definisce esplicitamente un pianeta nano come non tale. Con questa formulazione, quindi, ‘pianeta nano’ e ‘pianeta minore’ sono meglio considerati sostantivi composti. Benjamin Zimmer di Language Log ha riassunto la confusione: “Il fatto che la IAU voglia farci pensare ai pianeti nani come distinti dai pianeti ‘reali’ fa sì che l’elemento lessicale ‘pianeta nano’ venga accostato a stranezze come ‘coniglio gallese’ (non proprio un coniglio) e ‘ostriche delle Montagne Rocciose’ (non proprio ostriche)”. Come Dava Sobel, lo storico e scrittore di scienze popolari che ha partecipato alla decisione iniziale della IAU nell’ottobre 2006, ha notato in un’intervista con la National Public Radio, “Un pianeta nano non è un pianeta, e in astronomia, ci sono stelle nane, che sono stelle, e galassie nane, che sono galassie, quindi è un termine che nessuno può amare, pianeta nano”. Mike Brown ha notato in un’intervista con lo Smithsonian che “La maggior parte delle persone nel campo dinamico non voleva davvero la parola ‘pianeta nano’, ma è stato forzato dal campo pro-Plutone. Così ci si ritrova con questo ridicolo bagaglio di pianeti nani che non sono pianeti.”
Conversamente, l’astronomo Robert Cumming dell’Osservatorio di Stoccolma nota che, “Il nome ‘pianeta minore’ è stato più o meno sinonimo di ‘asteroide’ per un tempo molto lungo. Quindi mi sembra abbastanza folle lamentarsi di qualsiasi ambiguità o rischio di confusione con l’introduzione di ‘pianeta nano’.”