Una risonanza orbitale è un fenomeno gravitazionale in cui due corpi che orbitano entrambi attorno a un corpo genitore seguono uno schema specifico. Può sembrare improbabile che tale corrispondenza possa verificarsi nell’Universo fisico e che si tratti di una nozione puramente astratta, ma non è così.
In effetti, la gravità spesso spinge i corpi celesti in una risonanza orbitale quando essi sono di dimensioni comparabili, ma li espelle se uno è eccessivamente più grande dell’altro, come nel caso di Giove e di un asteroide.
Risonanza orbitale: un allineamento gravitazionale intuito secoli fa
I pianeti orbitano attorno alle loro stelle madri mentre sono separati da enormi distanze: nel nostro sistema solare, essi sono come granelli di sabbia in una regione delle dimensioni di un campo da calcio. Il tempo da loro impiegato per orbitare attorno al proprio sole non ha alcuna relazione specifica.
A volte le loro orbite mostrano schemi interessanti. Ad esempio, gli astronomi che studiano sei pianeti in orbita attorno a una stella distante 100 anni luce hanno appena scoperto che orbitano attorno alla loro stella con un battito quasi ritmico, in perfetta sincronia.
Ogni coppia di pianeti completa le proprie orbite in tempi che sono i rapporti di numeri interi, consentendo ai pianeti di allinearsi ed esercitare una spinta e un’attrazione gravitazionale sull’altro durante la loro orbita. Questo tipo di allineamento gravitazionale è chiamato risonanza orbitale ed è come un’armonia tra pianeti distanti.
Il matematico greco Pitagora ha scoperto i principi dell’armonia musicale 2.500 anni fa analizzando i suoni dei martelli dei fabbri e delle corde ghermite dai suonatori. Credeva che la matematica fosse al centro del mondo naturale e propose che il sole, la luna e i pianeti emettessero ciascuno un ronzio unico in base alle loro proprietà orbitali. Pensava che questa “musica delle sfere” sarebbe stata impercettibile all’orecchio umano.
Quattrocento anni fa, Giovanni Keplero ha sviluppato questa idea sostenendo che gli intervalli e le armonie musicali descrivessero i movimenti dei sei pianeti allora conosciuti. Per Keplero il sistema solare aveva due bassi, Giove e Saturno; un tenore, Marte; due contralti, Venere e Terra; e un soprano, Mercurio.
Questi ruoli riflettevano il tempo impiegato da ciascun pianeta per orbitare attorno al sole, velocità più basse per i pianeti esterni e velocità più elevate per i pianeti interni. Keplero ha intitolato il libro che ha scritto su queste relazioni matematiche ” L’armonia del mondo “. Sebbene queste idee abbiano alcune somiglianze con il concetto di risonanza orbitale, i pianeti in realtà non emettono suoni, poiché il suono non può viaggiare attraverso il vuoto dello spazio.
La risonanza orbitale avviene quando i pianeti o le lune hanno periodi orbitali che sono rapporti di numeri interi. Il periodo orbitale è il tempo impiegato da un pianeta per compiere un giro completo attorno alla stella. Quindi, ad esempio, due pianeti in orbita attorno a una stella sarebbero in una risonanza orbitale di 2:1 quando un pianeta impiega il doppio del tempo dell’altro per orbitare attorno alla stella. La risonanza è osservata solo nel 5% dei sistemi planetari .
Nel sistema solare, Nettuno e Plutone hanno una risonanza 3:2. Esiste anche una tripla risonanza orbitale: 4:2:1, tra le tre lune di Giove Ganimede, Europa e Io. Nel tempo impiegato da Ganimede per orbitare attorno a Giove, Europa orbita due volte e Io orbita quattro volte. Le risonanze si verificano naturalmente, quando i pianeti hanno periodi orbitali pari al rapporto tra numeri interi.
Gli intervalli musicali descrivono la relazione tra due note musicali. Nell’analogia musicale, importanti intervalli musicali basati sui rapporti di frequenza sono la quarta, 4:3, la quinta, 3:2, e l’ottava, 2:1. Chiunque suoni la chitarra o il pianoforte potrebbe riconoscere questi intervalli.
La risonanza orbitale può cambiare il modo in cui la gravità influenza due corpi, facendoli accelerare, rallentare, stabilizzarsi sul loro percorso orbitale e talvolta interrompendo le loro orbite.
Pensate a spingere un bambino su un’altalena: un pianeta e un’altalena hanno entrambi una frequenza naturale. Dai al bambino una spinta che corrisponda al movimento dell’oscillazione e riceverà una spinta. Riceveranno anche una spinta se li spingi ogni due volte che si trovano in quella posizione o ogni terza volta, ma spingendoli in momenti casuali, a volte con il movimento dell’altalena e talvolta contro, non ottengono alcuna spinta.
Per quanto riguarda i pianeti, la spinta può farli continuare sui loro percorsi orbitali, ma è molto più probabile che interrompa le loro orbite.
Gli esopianeti, o pianeti al di fuori del sistema solare, mostrano esempi sorprendenti di risonanza orbitale, non solo tra due oggetti ma anche tra “catene” risonanti che coinvolgono tre o più oggetti.
Gli astronomi utilizzano una tecnica chiamata sonificazione per tradurre dati visivi complessi in suoni. Offre alle persone un modo diverso di apprezzare le bellissime immagini del telescopio spaziale Hubble ed è stato applicato ai dati dei raggi X e alle onde gravitazionali.
Con gli esopianeti, la sonificazione può trasmettere le relazioni matematiche delle loro orbite. Gli astronomi dell’Osservatorio Europeo Australe hanno creato quella che chiamano ” musica delle sfere “ per il sistema TOI 178 associando un suono su scala pentatonica a ciascuno dei cinque pianeti.
Una traduzione musicale simile è stata fatta per il sistema TRAPPIST-1, con le frequenze orbitali aumentate di un fattore di 212 milioni per portarle nella gamma udibile.
Gli astronomi hanno anche creato una sonificazione per il sistema HD 110067. Le persone potrebbero non essere d’accordo sul fatto che queste interpretazioni suonino come vera musica, ma è stimolante vedere le idee di Pitagora realizzate dopo 2.500 anni.
