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Giove, amico o nemico?

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L’idea che Giove protegga la Terra da impatti potenzialmente catastrofici ha permeato a lungo la mente pubblica e scientifica. Ma è vero? Gli scienziati stanno effettuando il primo esame dettagliato del grado di schermatura fornito da Giove e hanno ottenuto risultati sorprendenti. Sembra che Giove, piuttosto che proteggerci, possa effettivamente rappresentare una minaccia per l’abitabilità dei mondi di tipo terrestre più vicini alla stella madre del sistema.

Per decenni, gli scrittori di fantascienza hanno giocato con la questione della vita altrove. Nella coscienza pubblica, fanciulle aliene dalla pelle olivastra ballano con coraggiosi capitani della Flotta Stellare, piccole creature verdi o grigie offrono consigli criptici e lo spazio tra le stelle è pieno di navi slanciate e in rapido movimento.

La questione della vita oltre la Terra ha affascinato le persone sin da quando abbiamo guardato il cielo per la prima volta. Ancora oggi, la domanda è ancora la stessa: potrebbero esserci creature là fuori, che guardano il cielo notturno e si chiedono se esistiamo?

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Negli ultimi 15 anni, le scoperte hanno gettato la questione della vita extraterrestre sotto una luce completamente nuova. Sono stati scoperti i primi pianeti intorno a stelle lontane. Ogni anno, il loro numero aumenta e ci stiamo avvicinando alla possibilità di rilevare mondi simili alla Terra a distanze così grandi da superare la nostra immaginazione. La luce che osserviamo da Epsilon Eridani, ad esempio, la stella al centro di uno dei sistemi planetari più vicini conosciuti, ha viaggiato per 10,5 anni, coprendo una distanza di 99,3 milioni di milioni di chilometri. Attraverso queste e distanze ancora maggiori, potremmo osservare pianeti simili alla Terra entro 20 anni.

Alla Open University stanno esaminando un particolare determinante dell’abitabilità, vale a dire la misura in cui i pianeti giganti in un sistema planetario proteggono i pianeti abitabili da un bombardamento eccessivo che soffocherebbe l’evoluzione o addirittura sterilizzerebbe il pianeta. Ma gli impatti contano davvero?

Una minaccia da non ignorare

Se fai un viaggio in Arizona, uno dei luoghi più spettacolari da visitare è il Barringer Crater, più comunemente noto come Meteor Crater. Questa grande buca nel terreno, nettamente definita, è larga circa 1,2 km, profonda circa 170 m e circondata da un bordo che si erge per quasi 50 m sopra il deserto circostante.

Sebbene al giorno d’oggi sia ben accettato che questa sia la cicatrice di un antico impatto, lasciato quando un pezzo di nichel-ferro di circa 50 m di diametro che si schiantò nel deserto circa 50.000 anni fa a diversi chilometri al secondo, è stato solo all’inizio 1900 che questa idea è stata proposta da Daniel Barringer. Prima di questo, questo cratere, e altri simili in tutto il mondo, era considerato un artefatto dell’attività vulcanica.

Il cratere Barringer in Arizona. È largo circa 1,2 km, profondo circa 170 m, ed è stato scavato circa 50.000 anni fa da un pezzo di nichel-ferro largo circa 50 m. (USGS)
Il cratere Barringer in Arizona. È largo circa 1,2 km, profondo circa 170 m, ed è stato scavato circa 50.000 anni fa da un pezzo di nichel-ferro largo circa 50 m. (USGS)

Lo studio degli impatti sulla Terra è una scienza straordinariamente giovane, in particolare data la forte evidenza dei numerosi impatti su scale temporali geologiche. La superficie della Luna, esente dagli agenti atmosferici, dai movimenti delle placche e dagli oceani che erodono rapidamente la grande maggioranza delle caratteristiche dell’impatto sulla Terra, mostra crateri su crateri, grandi crateri, piccoli crateri, vecchi crateri e nuovi crateri.

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Anche l’idea che gli impatti possano minacciare la biosfera ha tardato a farsi accettare. Il collegamento suggerito tra l’estinzione di gran parte della vita sulla Terra 65 milioni di anni fa, compresi i dinosauri, e un’enorme struttura d’impatto sepolta sotto le rocce al largo della costa settentrionale dello Yucatan in Messico, ha fatto molto per stabilire la minaccia di impatto tra il pubblico in generale.

La devastazione del 1908 a Tunguska ci mostra che gli impatti rappresentano un rischio anche oggi. Il numero di asteroidi e comete vicini alla Terra scoperti negli ultimi anni sottolinea il punto. Gli impatti rappresentano una minaccia molto reale per la vita sulla Terra e ora sono attive indagini in tutto il pianeta nel tentativo di catalogare ogni oggetto potenzialmente pericoloso, alla ricerca della prossima fonte di “morte dall’alto“.

È ormai riconosciuto che le collisioni possono minacciare la vita sulla Terra. Il pensiero attuale suggerisce che un oggetto di 1 km di diametro farebbe abbastanza danni da uccidere un quarto della popolazione umana mondiale. Statisticamente, si ipotizza che tali impatti si verifichino circa una volta ogni 300 000 anni. Chiaramente, più spesso si verificano tali impatti (e i loro fratelli maggiori), più difficile sarà per la vita stabilirsi, svilupparsi e prosperare. D’altra parte, però, se gli impatti sono troppo scarsi, forse l’evoluzione ristagnerebbe. È chiaro, inoltre, che tutte queste considerazioni sono ugualmente applicabili nel caso dei sistemi esoplanetari.

Da dove vengono tutti questi oggetti minacciosi? Nel nostro sistema solare, almeno, ci sono due fonti di potenziali impattori: le comete e gli asteroidi.

Il più grande impatto del 20° secolo: Tunguska

Nel 1908, nelle profondità della Siberia, una gigantesca esplosione in alto nell’atmosfera rase al suolo alberi su un’area più o meno uguale a quella di Londra. Le fiamme dell’evento erano così alte che le testimonianze racconta che era possibile leggere un giornale a mezzanotte, nel Regno Unito, per diversi giorni dopo l’evento. Fortunatamente, l’esplosione è avvenuta in una parte disabitata del mondo: senza dubbio alcune sfortunate renne sono state uccise, ma per il resto è andata bene. È stato suggerito che se l’evento fosse accaduto poche ore dopo, la città di San Pietroburgo sarebbe stata distrutta.

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Si pensa che l’oggetto che è esploso sopra Tunguska fosse un frammento di una cometa o di un asteroide, significativamente più piccolo di quello che ha creato il cratere Barringer. In effetti, sembra probabile che gli impatti su questa scala si verifichino a un ritmo compreso tra una volta ogni secolo e una volta ogni millennio.

Attualmente, è altamente improbabile che un oggetto piccolo come l’impattatore di Tunguska venga rilevato in rotta verso la Terra, e quindi un tale evento potrebbe ripetersi, in qualsiasi momento, senza preavviso. Le probabilità che accada quest’anno, all’interno del raggio dannoso del lettore, sono infinitesimali, ma, alla fine, accadrà.

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Gli effetti dell'impatto di Tunguska. (a): alberi vicino al luogo dell'impatto, livellati dall'esplosione d'aria. (Dalla spedizione di Leonid Kulik nel 1927)
Gli effetti dell’impatto di Tunguska: alberi vicino al luogo dell’impatto, livellati dall’esplosione d’aria. (Dalla spedizione di Leonid Kulik nel 1927)

Comete

Le comete luminose sono state a lungo considerate uno spettacolo bello e terrificante. Una cometa davvero spettacolare, come quella di Hale-Bopp nel 1997, o di McNaught nel 2007, è qualcosa che sarà osservata e notata in tutto il mondo, e nei tempi antichi questi visitatori celesti brillanti ma fugaci erano visti come presagi di sventura e messaggeri degli dèi.

4 (a): la cometa Hale-Bopp, che ha attraversato il sistema solare interno nel 1997. (Francisco Diego e University College London) (b): la cometa McNaught, che ha attraversato il sistema solare interno ed è stata vista al meglio dalla Terra a gennaio 2007. Questa immagine mostra l'Osservatorio Chiro (Australia) in primo piano. (Immagini Akira Fujii/David Malin)
la cometa Hale-Bopp, che ha attraversato il sistema solare interno nel 1997. (Francisco Diego e University College London)
4 (a): la cometa Hale-Bopp, che ha attraversato il sistema solare interno nel 1997. (Francisco Diego e University College London) (b): la cometa McNaught, che ha attraversato il sistema solare interno ed è stata vista al meglio dalla Terra a gennaio 2007. Questa immagine mostra l'Osservatorio Chiro (Australia) in primo piano. (Immagini Akira Fujii/David Malin)
la cometa McNaught, che ha attraversato il sistema solare interno ed è stata vista al meglio dalla Terra a gennaio 2007. Questa immagine mostra l’Osservatorio Chiro (Australia) in primo piano. (Immagini Akira Fujii/David Malin)

Ora sappiamo che le comete sono corpi ricchi di ghiaccio, in genere larghi diversi chilometri, che provengono da due serbatoi principali: regioni che contengono trilioni di tali oggetti. La grande maggioranza delle comete di breve periodo che vediamo hanno iniziato la loro vita in un disco di detriti appena oltre l’orbita di Nettuno, che include la fascia di Edgeworth-Kuiper.

A parte Plutone, il primo oggetto della cintura di Edgeworth-Kuiper è stato trovato solo nel 1992, ma conosciamo già alcune centinaia di questi corpi e questa è solo la punta dell’iceberg. Gli oggetti nella fascia di Edgeworth-Kuiper si muovono su orbite altamente stabili – dopotutto, sono sopravvissuti là fuori per tutta l’era del sistema solare. Tuttavia, occasionalmente un paio di oggetti in questa regione si avvicineranno l’uno all’altro, addirittura collideranno, inviando materiale su nuovi percorsi nel sistema solare esterno. Alcuni di questi detriti acquisiscono orbite che attraversano quella di Nettuno, e il pianeta gigante li alimenta nel sistema solare esterno, dove diventano “Centauri”. I Centauri (il più famoso dei quali è l’oggetto Chirone con un diametro di 200 km) sono la popolazione madre diretta delle comete di breve periodo, e quindi abbiamo un costante processo di “trasmissione“,

Altre comete, come McNaught e Hale-Bopp, hanno la loro origine molto più lontano dal Sole, nella nuvola di Oort. La nuvola, che si estende a metà della distanza dalla stella più vicina (circa 100.000 volte la distanza dalla Terra al Sole) contiene probabilmente molti trilioni di comete, la maggior parte delle quali orbiterà lontano dal Sole indefinitamente. Alcuni di questi corpi, però, ricevono spinte dalle stelle che passano o dall’attrazione delle maree della nostra galassia e oscillano verso l’interno, verso il Sole. Mentre oscillano attraverso il sistema solare interno, alcuni di loro (come la cometa Hyakutake nel 1997 o la cometa IRAS-Iraki-Alcock nel 1983) si avvicinano alla Terra prima di tornare nelle profondità dello spazio. Queste comete della nuvola di Oort rappresentano una minaccia per la Terra: se aspettiamo abbastanza a lungo, una si avvicinerà troppo e si schianterà contro di noi.

La grande maggioranza delle comete della nuvola di Oort passa attraverso il sistema solare interno solo una volta e poi viene espulsa, per non tornare mai più – ma occasionalmente, un incontro con un pianeta può farle oscillare su orbite di periodo sempre più breve, finché, per una cometa come Hale-Bopp , il loro periodo orbitale di milioni di anni è ridotto a pochi millenni, o anche più brevi.

Tuttavia, non si ritiene che le comete rappresentino la principale minaccia di impatto per la Terra: questa distinzione risiede in un gruppo di corpi chiamati asteroidi vicini alla Terra (abbreviato NEA).

Asteroidi

La storia degli asteroidi non è lunga o dettagliata come quella delle comete, infatti il primo fu scoperta solo nel 1801. Si tratta di Cerere e, con quasi 1000 km di diametro, è di gran lunga il più grande. Da allora, tuttavia, sono stati trovati più di 300.000 di questi corpi rocciosi e ora vengono scoperti a una velocità di oltre 5000 al mese.

La maggior parte degli asteroidi non rappresenta una minaccia per la vita sulla Terra, spostandosi tra le orbite di Marte e Giove nella fascia degli asteroidi. Le loro orbite sono stabili su scale temporali di miliardi di anni: si spostano sufficientemente lontano dall’influenza prepotente di Giove da non essere mai, normalmente, perturbate su percorsi che si avvicinano alla Terra.

Tuttavia, ogni tanto, due si scontreranno. I detriti di tali collisioni vengono lanciati in lungo e in largo e possono vagare in orbite molto meno stabili di quelle dei due corpi in collisione. Questi frammenti, di dimensioni variabili da granelli di polvere a rocce larghe decine di chilometri, cadono sotto l’influenza di Giove e ruotano su orbite sempre più pericolose fino a raggiungere il sistema solare interno. Una volta lì, questi nuovi NEA continuano a essere spinti fino a quando non cadono nel Sole, colpiscono un pianeta, o si avvicinano abbastanza a uno dei mondi enormi da essere scagliato su orbite non pericolose. Ciò significa, in effetti, che la Terra cade vittima di una continua pioggia di materiale proveniente dalla cintura degli asteroidi, i detriti di antiche collisioni. Dato che il più grande NEA che conosciamo ha un diametro di circa 32 km (Ganymed), è chiaro che tali oggetti rappresentano una vera minaccia per la vita sulla Terra.

L’immediatezza di questa minaccia viene occasionalmente evidenziata dalla stampa popolare: a volte viene scoperto un nuovo NEA e, fino a quando l’orbita non viene determinata con sufficiente precisione, sembra che ci sia una piccola possibilità che l’oggetto entri in collisione con noi nel prossimo futuro. Quando ciò accade, c’è spesso una grande quantità di comprensibile eccitazione, che generalmente dura fino a quando nuove osservazioni confermeranno che all’oggetto mancherà sicuramente la Terra. Verrà, tuttavia, il giorno in cui le osservazioni mostreranno che l’oggetto colpirà: è solo questione di tempo.

Quindi, abbiamo tre popolazioni di oggetti che possono avvicinarsi abbastanza da minacciare la Terra: comete della nuvola di Oort, comete della cintura di Edgeworth-Kuiper e i NEA. In che modo la presenza di Giove influenza la minaccia rappresentata da questi oggetti?

Impatto! Cometa D/Shoemaker-Levy 9

Il 1994 ha visto il più recente grande impatto nel sistema solare. In quell’anno, i numerosi frammenti della cometa D/Shoemaker-Levy 9 colpirono Giove. Sebbene gli impatti siano avvenuti sul lato opposto del pianeta, e quindi non potessero essere osservati direttamente dalla Terra, i loro effetti erano chiaramente visibili e molto più grandi di quanto chiunque si aspettasse. Cicatrici delle dimensioni del nostro pianeta rimasero visibili sulla faccia di Giove per molti mesi dopo l’evento e gli enormi pennacchi d’impatto generati dalle collisioni sono stati osservati dalla navicella Galileo. I pennacchi erano così vasti che sono stati osservati salire al di sopra del bordo del pianeta, sul sito nascosto dell’impatto, dal telescopio spaziale Hubble.

La storia della cometa è ora abbastanza ben compresa. Ad un certo punto, alla fine degli anni ’60 o ’70, fu catturata in orbita attorno a Giove da un percorso molto probabilmente simile a quello delle comete di breve periodo. Fino alla sua scoperta nel 1993, ha oscillato intorno al pianeta inosservata per un periodo di circa due anni, la sua orbita si flette sotto l’influenza del Sole. Al suo penultimo perigiove (l’approccio più vicino a Giove), si avvicinò così tanto al pianeta che la marea generata da Giove ruppe la cometa in un gran numero di pezzi, più di 20 dei quali erano abbastanza grandi da essere osservati dalla Terra. Durante l’orbita finale della cometa attorno al pianeta, questi pezzi si sono lentamente diffusi in una catena di nuclei simile a una collana, che ha continuato a sbattere contro il pianeta per una settimana nel luglio 1994.

L’impatto ha fornito una vasta gamma di informazioni sulla natura degli impatti, consentendo ai modellisti di limitare meglio la loro comprensione dell’effetto di queste catastrofi. Ci ha anche insegnato molto sull’atmosfera di Giove e ha sollevato il profilo del rischio di impatto nel pubblico in generale.

Giove: amico o nemico?

Questa è l’area particolare della ricerca che si sta svolgendo presso la Open University. Per molti anni è stato accettato che, senza il pianeta Giove, il tasso di impatti sulla Terra sarebbe stato molto più alto, e quindi che i grandi animali (noi compresi) non si sarebbero mai evoluti. L’idea che un pianeta gigante sia necessario oltre l’orbita di uno terrestre, affinché quel pianeta sia abitabile, è ben radicata nella comunità astronomica ed è un punto fermo della scienza popolare quando si affronta la minaccia di impatto. La verità della situazione, tuttavia, non è così netta.

È difficile trovare le origini della teoria “Giove come scudo”. Guardando attraverso la letteratura astronomica, solo un articolo ha mai riportato uno studio dettagliato dell’effetto di Giove sulla velocità di impatto: il lavoro di George Wetherill (1994), che ha osservato la minaccia rappresentata dalle comete che oscillano verso la Terra dalla nuvola di Oort. Le radici dell’idea, tuttavia, risalgono molto più indietro nel tempo. Le persone che hanno imparato l’astronomia alla fine degli anni ’80 e all’inizio degli anni ’90 si sono imbattute nell’idea che Giove ci protegga dagli impatti.

Una possibilità è che l’idea derivi dallo studio degli impatti sulla Terra negli anni ’50 e ’60. All’epoca si conoscevano solo un paio di NEA, insieme a un numero relativamente piccolo di comete di breve periodo. Le comete della nuvola di Oort erano considerate la principale minaccia per la Terra e, per questi oggetti, Giove sembra fungere da scudo. Infatti, come sottolineato sopra, la maggior parte delle comete della nube di Oort oscillano oltre il Sole solo una volta, prima di perdersi per sempre nello spazio interstellare. La causa della loro espulsione? Giove. Una cometa fresca della nube di Oort è così vagamente legata al sistema solare che non è necessario che si avvicini molto a Giove affinché l’effetto della gravità del pianeta gigante fornisca una spinta sufficiente affinché si liberi, per non tornare mai più.

Tuttavia, la situazione è cambiata. Il numero di comete di breve periodo e NEA che sono state trovate da indagini automatizzate (come LINEAR e NEAT negli ultimi anni) ha rivoluzionato la nostra comprensione della minaccia rappresentata per il nostro pianeta. Ora i NEA sono considerate il maggior rischio di impatto, con le comete della nuvola di Oort relegate a un livello di significatività molto più basso. È chiaramente giunto il momento di rivisitare l’idea di “Giove – scudo“, alla luce di queste nuove informazioni, e di studiare l’effetto che ha su tutte e tre le popolazioni di potenziali impattori.

Il modo principale in cui Giove potrebbe proteggere la Terra dagli impatti è lanciare oggetti fuori dal nostro sistema solare, impedendo loro di incontrare il nostro pianeta. Inoltre, è probabile che Giove sia il corpo più colpito nel sistema solare: mentre un oggetto come la cometa D/Shoemaker-Levy 9 potrebbe colpire la Terra ogni pochi milioni di anni, o decine di milioni di anni, Giove viene colpito molto più spesso, forse più vicino a una volta ogni millennio. Quindi, Giove protegge spazzando via i detriti, sia per contatto fisico diretto, sia, molto più frequentemente, attraverso incontri ravvicinati che lanciano oggetti fuori dal nostro sistema solare. La grande maggioranza delle comete alla fine verrà espulsa in quest’ultimo modo, sia le comete della nube di Oort che le comete di breve periodo.

Le cicatrici lasciate dagli impatti di Shoemaker-Levy 9, come ripreso dal telescopio spaziale Hubble. (STScI)
Le cicatrici lasciate dagli impatti di Shoemaker-Levy 9, come ripreso dal telescopio spaziale Hubble. (STScI)

Tuttavia, è vero anche il rovescio della medaglia: affinché un oggetto minacci la Terra, deve prima avere un’orbita di attraversamento di quella della Terra. Se Giove fosse assente, ci sarebbero molte meno comete di breve periodo, ed è probabile che la fascia degli asteroidi sarebbe molto meno agitata, anche se è anche vero che, senza Giove, la fascia degli asteroidi sarebbe senza dubbio molto diversa! Ogni incontro tra un piccolo corpo e Giove è casuale: lancia oggetti sia verso l’interno che verso l’esterno e può posizionare oggetti su un’orbita che attraversa quella della Terra con la stessa facilità con cui può rimuoverli da queste orbite. Pertanto, è chiaro che almeno alcuni degli oggetti che hanno colpito la Terra non lo avrebbero fatto, se Giove non avesse avuto un ruolo.

Il fatto che Giove agisca come un amico o un nemico dipende dall’equilibrio tra i due effetti discussi sopra: Giove fornisce più di un effetto di schermatura, o il contributo al flusso di impatto terrestre è così potenziato dagli oggetti che ci lancia sulla strada che questo supera il suo lavoro difensivo? Per esaminare questo equilibrio, gli scienziati stanno effettuando una serie di integrazioni dettagliate, seguendo il comportamento di centinaia di migliaia di potenziali impattatori in una gamma di sistemi solari teorici. Dato che ci sono tre serbatoi di oggetti potenzialmente pericolosi (la nuvola di Oort, la cintura di Edgeworth-Kuiper e la cintura di asteroidi), lo studio esaminerà ciascuno di questi serbatoi.

Comete

Comete luminose sono state registrate nel corso della nostra storia, ispirando speranza e disperazione. A titolo di esempio, Diodoro Siculo, parlando della grande cometa del 371 a.C., scrisse:

“Nel corso di molte notti si vide nel cielo una grande torcia ardente che per la sua forma fu chiamata raggio ardente…”

“Alcuni studiosi della natura attribuirono l’origine della torcia a cause naturali, esprimendo l’opinione che tali apparizioni avvengano per necessità in tempi stabiliti, e che in queste materie i Caldei a Babilonia e gli altri astrologi riescono a fare profezie accurate…”

“Comunque questa torcia aveva una tale brillantezza, riferiscono, e la sua luce una tale forza che proiettava sulla terra ombre simili a quelle proiettate dalla luna”.

(Testo tratto da Cometography di Gary Kronk , vol. 1.)

Quando si osservano le comete possiamo calcolare la loro orbita e, una volta che la conosciamo, è possibile capire dove e quando possono essere state viste in precedenti apparizioni. Esaminando i documenti antichi, è possibile legare queste osservazioni a una data cometa. Questo aiuta gli scienziati a perfezionare l’orbita della cometa, consentendo loro di cercare ancora più indietro nella storia. In questo modo, la cometa 1P/Halley è stata ora fatta risalire a un’apparizione nel 239 aC, e si sospetta che osservazioni ancora più antiche risalgano al 2467 aC!

Al giorno d’oggi, è noto un numero crescente di comete “periodiche”, comete con periodi orbitali fino a un paio di centinaia di anni. Oltre a queste comete di breve periodo, vediamo anche comete di lungo periodo, oggetti su orbite che impiegano migliaia o addirittura milioni di anni per essere completate. Queste sono anche conosciute come le comete della nuvola di Oort, in riferimento alla loro genesi in una grande nuvola contenente trilioni di nuclei di comete, che si estende a metà strada dalla stella più vicina.

Testare i centauri

È probabile che, dei tre serbatoi, questi oggetti rappresentino una minaccia a lungo termine per la Terra inferiore rispetto agli asteroidi o alle comete della nuvola di Oort. Per studiare l’influenza gioviana sulla velocità di impatto degli oggetti provenienti dalla regione del Centauro, sono state impostate simulazioni su larga scala del sistema solare.

In particolare, sono state impostate 11 diverse versioni del nostro sistema planetario. In ogni sistema c’erano i pianeti Terra, Giove, Saturno, Urano e Nettuno. Questi pianeti sono iniziati tutti nello stesso posto in cui stanno in ogni corsa e attraverso tutte le simulazioni Saturno, Urano e Nettuno avevano la stessa massa del nostro sistema attuale. La Terra nelle simulazioni è stata gonfiata artificialmente: le è stato dato un raggio di circa un milione di chilometri, allargando efficacemente il bersaglio su cui Giove poteva dirigere i missili. Ciò è stato fatto per migliorare le statistiche sull’impatto. In ogni simulazione, a Giove è stata assegnata una massa diversa, compresa tra un sistema senza Giove (massa 0), e un sistema con un Giove identico al nostro.

Per fornire la popolazione di potenziali impattori, si è usato l’elenco degli oggetti che sono stati scoperti nel sistema solare esterno. Sono stati scelti quelli che avevano già lasciato la fascia stabile di Edgeworth-Kuiper, ma si sono comunque spostati molto più lontano dal Sole rispetto alla parte del nostro sistema solare che è sotto l’influenza diretta di Giove. Questo ha dato 105 oggetti. Una volta che Plutone è stato rimosso dal campione, sono state realizzate poco più di 1000 copie di ciascun corpo, variando leggermente le caratteristiche orbitali in modo da ottenere un campione di circa 107.000 corpi discreti, tutti giacenti su orbite oltre l’orbita di Urano.

Questi sono stati poi tracciati in ciascuno dei sistemi di prova, creati attraverso le modifiche alla massa di Giove, per un periodo di 10 milioni di anni. Se colpivano un pianeta, il Sole, o venivano espulsi dal sistema solare, venivano rimossi dalla simulazione e il software ne rilevava il destino. Al completamento delle simulazioni, è stato registrato il tasso di espulsione e il tasso di impatto nel periodo di 10 milioni di anni per ogni configurazione. I risultati sono stati più che sorprendenti. Se Giove fosse solo un’influenza di schermatura, ci si aspetterebbe che, all’aumentare della sua massa, il tasso di impatti sulla Terra diminuisca. Allo stesso modo, se Giove fosse solo una minaccia, all’aumentare della massa, dovrebbe aumentare anche il tasso di impatti sulla Terra.

I risultati sono mostrati nella figura sottostante ed è immediatamente evidente che nessuno di questi scenari è casuale. All’aumentare della massa di Giove, la velocità di impatto degli oggetti che si muovono verso l’interno dalla cintura di Edgeworth-Kuiper prima sale a un picco, quindi diminuisce di nuovo. Il risultato finale è che un Giove come il nostro (una massa di Giove) fornisce una quantità quasi equivalente di schermatura rispetto a nessun Giove! Ancora più importante, se il nostro Giove fosse più piccolo, il tasso di impatto di questa popolazione di oggetti sarebbe più alto che in entrambi i casi estremi. Nel peggiore dei casi, con un Giove circa 0,2 volte la massa del nostro pianeta, il tasso di impatto sarebbe significativamente più alto rispetto a entrambi gli estremi!

5: I due pannelli superiori mostrano la velocità di impatto sulla Terra in funzione del tempo per 11 diverse masse di Giove. In alto a sinistra: il tasso di collisione per i casi in cui la massa di Giove è uguale a 0,0 MJ (rosso), 0,01 MJ (ciano), 0,05 MJ (blu), 0,10 MJ (verde) e 0,15 MJ (nero). In alto a destra: i risultati per 0,20 MJ (rosso), 0,25 MJ (nero), 0,30 MJ (viola), 0,50 MJ (blu), 0,75 MJ (verde) e 1,00 MJ (ciano).
I due pannelli superiori mostrano la velocità di impatto sulla Terra in funzione del tempo per 11 diverse masse di Giove. In alto a sinistra: il tasso di collisione per i casi in cui la massa di Giove è uguale a 0,0 M J (rosso), 0,01 M J (ciano), 0,05 M J (blu), 0,10 M J (verde) e 0,15 M J (nero). In alto a destra: i risultati per 0,20 M J (rosso), 0,25 M J (nero), 0,30 M J (viola), 0,50 M J (blu), 0,75 M J (verde) e 1,00 M J (ciano).

Perchè succede così? La spiegazione è la seguente: quando non c’è Giove, pochissimi oggetti acquisiscono orbite che attraversano quella della Terra (Saturno è molto meno efficace di Giove), e quindi la velocità di impatto è particolarmente bassa. All’aumentare della massa di Giove, aumenta anche l’efficienza con cui posiziona gli oggetti sulle orbite che attraversano la Terra, e quindi aumenta la velocità di impatto. Alla fine, però, man mano che la massa aumenta ulteriormente, Giove diventa sempre più efficiente nell’espellere completamente i corpi dal sistema solare e li rimuove dalle orbite che attraversano la Terra su scale temporali sempre più brevi. Pertanto, anche se più oggetti vengono lanciati verso l’interno, vengono rimossi così rapidamente da rappresentare una minaccia significativamente minore. Più breve è la loro residenza nel sistema solare interno, minori sono le opportunità che hanno di colpire la Terra e minore è il rischio che rappresentano.

Flipper planetario: il caso della cometa D/1770 L1 (Lexell)

Nel giugno 1770, Charles Messier scoprì una nuova cometa. La luminosità della cometa crebbe rapidamente e divenne facilmente visibile ad occhio nudo. Si mosse insolitamente veloce attraverso il cielo, prima di svanire. Aveva superato solo 0,0146 UA dalla Terra, l’incontro con la cometa più vicino nella storia registrata. Calcolando l’orbita della cometa da come si è mossa in quell’incontro, ora sappiamo che si stava muovendo su un’orbita di sei anni in quel momento. Perché non era stata scoperta prima? La risposta si riduce al flipper planetario: il meccanismo mediante il quale gli oggetti su orbite non minacciose vengono spostati su percorsi diversi che potrebbero avvicinarsi alla Terra e il modo in cui gli oggetti minacciosi vengono spesso inviati in regioni più sicure.

Prima del 1767 circa, Lexell si stava muovendo su un’orbita con il perielio (il suo approccio più vicino al Sole) vicino all’orbita di Giove. Quell’anno, però, mentre la cometa si spostava verso l’interno, incontrò Giove, che la gettò sul suo nuovo percorso, con un periodo orbitale di sei anni e un avvicinamento molto ravvicinato alla Terra. Dodici anni dopo, quando Giove aveva completato un’unica orbita e la cometa due, gli oggetti si avvicinarono di nuovo l’uno all’altro e questa volta il pianeta gigante gettò la cometa nelle fredde e oscure profondità del sistema solare esterno.

Nessuno sa esattamente dove si trova ora la cometa: le osservazioni fatte dagli astronomi nel 1770 non erano abbastanza dettagliate da permetterci di determinare la sua orbita con sufficiente precisione per esserne certi, ma lo scenario più probabile è che stia uscendo dal nostro sistema solare, in viaggio verso una vita di vagabondaggio per la galassia.

In un periodo di 12 anni, Giove ha agito sia come amico che come nemico rispetto a questa cometa, inviandola verso di noi, prima di rimuoverla dal suo percorso minaccioso.

Riepilogo

Nel corso degli anni, l’idea che il pianeta Giove abbia agito per proteggere la nostra Terra da impatti potenzialmente catastrofici ha permeato la mente pubblica e scientifica. Con le recenti scoperte di sistemi planetari attorno ad altre stelle, la questione della schermatura offerta da tali pianeti a mondi potenzialmente abitabili è stata gettata sotto nuova luce: è necessario un Giove affinché un pianeta abbia un regime di impatto abbastanza quiescente che l’evoluzione della vita sia facilitata?

Per la prima popolazione di oggetti di prova, corpi cometari che si evolvono verso l’interno dalla cintura di Edgeworth-Kuiper, abbiamo scoperto che Giove fornisce un regime di impatto leggermente diverso da quello senza Giove presente nel nostro sistema solare. Inoltre, sembra che se Giove fosse significativamente più piccolo, il tasso di impatti sperimentati dalla Terra aumenterebbe notevolmente rispetto a quello che sperimentiamo attualmente. Quindi ora abbiamo una situazione in cui la presenza di un pianeta gigante nelle zone più esterne di un sistema planetario può effettivamente rappresentare una minaccia per l’abitabilità dei mondi terrestri più vicini alla stella madre del sistema.

Fonte: Academic.oup.com

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