Come fanno gli astronomi a misurare le dimensioni del sistema solare
La dimensione del sistema solare è definita dal volume di spazio su cui l’influenza del Sole supera quella di altre stelle vicine nella galassia della Via Lattea. Questa influenza deriva da due forze fondamentali della natura: gravità e magnetismo.
Affrontiamo prima la gravità. Ogni oggetto nel sistema solare subisce un’attrazione gravitazionale dal Sole; più uno è lontano dal Sole, più debole è l’attrazione. A patto, tuttavia, che la gravità del Sole sia ancora più forte nella tua posizione nello spazio rispetto alla gravità di qualsiasi altra stella, allora il tuo movimento nello spazio sarà soggetto a un’accelerazione che ti attrae verso il Sole.
A questo punto, è utile introdurre un’unità di misura più comoda per la distanza: l’unità astronomica (UA). Una distanza di 1 UA è la distanza tra il Sole e la Terra, che è di circa 150 milioni di km. Tutti i pianeti conosciuti, gli asteroidi e quasi tutte le comete conosciute sono legati gravitazionalmente al Sole e orbitano attorno ad esso. Gli oggetti più distanti che subiscono un’attrazione gravitazionale più debole, impiegano più tempo per completare un’orbita.
La Terra, a 1 UA ovviamente, impiega un anno. Giove, che orbita attorno al Sole a 5 UA, impiega poco meno di 12 anni. Il lontano Plutone (circa 40 UA) impiega 248 anni, così tanto che non ha nemmeno completato un’orbita attorno al Sole da quando è stato scoperto nel 1930. Plutone, tuttavia, è ben lungi dall’essere ai margini del Sistema Solare; ci sono molti altri mondi più lontani.
Gli oggetti più distanti dal Sole legati gravitazionalmente sono le comete aperiodiche. Le comete aperiodiche, o a lungo periodo, possono impiegare molte migliaia di anni per completare un’orbita solare. Tutte hanno completato non più di un singolo passaggio attraverso il sistema solare interno durante la storia registrata.
Si ritiene che queste comete provengano dalla Nube di Oort, una nube approssimativamente sferica composta da miliardi di piccoli mondi ghiacciati. Questi si spostano attraverso le gelide zone più esterne del Sistema Solare a distanze fino a 200.000 UA (circa 3 anni luce).
Un oggetto della Nube di Oort potrebbe impiegare milioni di anni per orbitare attorno al Sole una volta a distanze così vaste. Gli oggetti che si allontanano dal Sole più di questa hanno maggiori probabilità di subire attrattive gravitazionali più forti da altre stelle e di iniziare ad accelerare verso di esse.
Gli oggetti della Nube di Oort sono così lontani che nessuno è stato visto in sito nemmeno dai nostri telescopi più potenti. L’unica volta in cui riusciamo a vederli è quando uno di loro cade verso il sistema solare interno, come una cometa.
Abbiamo sentito parlare di gravità, ma che dire di quell’altra forza: il magnetismo? Oltre a un potente campo gravitazionale, il Sole possiede un campo magnetico molto forte, che ritaglia un volume di spazio chiamato eliosfera, all’interno del quale si trovano tutti i pianeti e l’atmosfera estesa del Sole, chiamata vento solare. Il vento solare è un continuo deflusso supersonico di plasma dal Sole nello spazio interplanetario.
Vento solare
Il vento solare è altamente dinamico e quando interagisce con l’atmosfera di un pianeta come la Terra può generare colorati spettacolari con le aurore. Il vento solare scorre verso l’esterno dal Sole, oltrepassando tutti i pianeti conosciuti, prima di rallentare e diventare subsonico (più lento della velocità del suono) quando raggiunge l’eliopausa.
La distanza dall’eliopausa è molto più vicina al Sole rispetto alla Nube di Oort. Tuttavia, è comunque enorme. Dopo essere stata lanciata nel 1977, la sonda spaziale della Nasa Voyager 1 ha attraversato l’eliopausa, a una distanza di 121 UA, nel 2012, diventando il primo oggetto costruito dall’uomo a raggiungere lo spazio interstellare.
Se la Voyager 1 fosse stata lanciata dai nostri antenati evolutivi qualche milione di anni fa, tuttavia, il viaggio verso l’eliopausa non avrebbe richiesto così tanto tempo. Lo spazio tra le stelle non è vuoto, ma è riempito da tenui nubi di gas e polvere chiamate mezzo interstellare. A volte, l’orbita di una stella attorno al centro della galassia della Via Lattea può trasportarla attraverso regioni insolitamente dense di materiale.
In uno studio recente, gli scienziati hanno dimostrato un’alta probabilità che circa 2-3 milioni di anni fa, il sistema solare abbia attraversato una nube relativamente densa di gas interstellare freddo che avrebbe potuto comprimere l’eliosfera fino a una dimensione di appena 0,2 UA, che è interamente all’interno dell’orbita di Mercurio, il pianeta più vicino al Sole e, presumibilmente, alla Terra. Ciò avrebbe esposto direttamente tutti i pianeti all’ambiente dello spazio interstellare.
Tra i potenziali impatti sulla Terra vi erano un aumento sostanziale dei raggi cosmici che raggiungevano il nostro pianeta, l’assenza di aurore boreali (perché il vento solare non riusciva a raggiungere la Terra) e un clima più mutevole che potrebbe aver influenzato persino l’evoluzione della nostra specie.