Astronomia: il 10 marzo 1977 la scoperta gli anelli di Urano

Il 10 marzo del 1977 venivano scoperti casualmente i primi anelli di Urano. Ancora oggi la loro composizione e il loro dinamismo sono un mistero che forse verrà svelato nel prossimo futuro grazie al Webb Space Telescope

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Il 10 marzo 1977 grazie a un osservatorio mobile posto a bordo di un aeroplano, un piccolo team di studiosi della Cornell University scoprì il sistema di anelli del pianeta Urano quasi casualmente.

Si trattava di una delle scoperte più interessanti e scientificamente produttive del XX secolo e di uno dei più significativi cambiamenti avvenuti nella conoscenza della struttura del Sistema Solare dai tempi della scoperta di Plutone.

La scoperta degli anelli di Urano

Kuiper Airborne ObservatoryGià nel 1787, sei anni dopo aver scoperto Urano, l’astronomo William Herschel credeva di aver percepito un anello intorno al nuovo pianeta del Sistema Solare, ma non c’era modo di averne conferma e così questa ipotesi fu accantonata sino al 10 marzo del 1977.

Quella notte un gruppo di studiosi, James Elliott, Edward Dunham e Douglas Mink, grazie al Kuiper Airborne Observatory, aveva deciso di approfittare dell’occultazione di una stella, la SAO 158687, della costellazione della Bilancia ad opera proprio di Urano per misurare con certezza il diametro del pianeta e valutarne la composizione atmosferica.

Il caso volle che mentre attendevano che la stella scomparisse dietro il disco di Urano, si notassero nelle registrazioni una prima estinzione di questa stella della durata di 7 secondi, in anticipo rispetto all’istante dell’occultamento previsto da parte del pianeta.

La prima estinzione, tuttavia, non fu l’unica, poiché nel giro di 9 minuti fu seguita da altre 4 più brevi della durata di circa 1 secondo, poi la stella brillò come previsto sino alla prevista scomparsa dietro Urano. La stessa sequenza si riprodusse, poi, in modo quasi identico e simmetrico alla fine del percorso di occultazione.

anelli uranoL’osservazione casuale di queste intermittenze portò alla conclusione che esisteva attorno a Urano una cintura di materiale frammentato finemente e perciò invisibile all’osservazione diretta.
L’analisi dei dati raccolti tramite l’occultazione permise di mettere in evidenza un insieme di 5 anelli concentrici che furono designati con le prime lettere dell’alfabeto greco: ?, ?, ?, ?, ?. Il quinto e più esterno è anche quello più largo, misura circa 90 chilometri, mentre gli altri 4 sono più ridotti e hanno una misura di circa 10 chilometri.

La fortuna assistette gli astronomi perché poco tempo dopo Urano occultò un’altra stella e in questa seconda occasione d’osservazione vennero individuati 4 anelli supplementari, ancora più vicini di quelli osservati il 10 marzo del 1977.

Le peculiarità degli anelli di Urano

uranoI 9 anelli sono costituiti da sottili fili di materiali estremamente oscuri, per comprendere quanto basti pensare al colore della lava o del carbone; a differenza di quelli di Saturno che appaiono larghi e brillanti.
La loro scarsa larghezza, il debole potere riflettente e la grande distanza di Urano anche rispetto a Saturno hanno reso a lungo invisibili gli anelli anche ai migliori telescopi.

Si azzardò l’ipotesi che si potesse trattare di strati di gas concentrici, e in effetti, nel nostro Sistema Solare, esistono almeno due casi di satelliti planetari che generano scie di gas: il satellite Io di Giove e Titano per Saturno.

Si sostenne nel 1980 che, per analogia con il caso sopracitato, si potevano considerare gli anelli di Urano come scie di gas disseminate, lungo una decina di orbite distinte, da un egual numero di minisatelliti non visibili.
Secondo questa ipotesi gli anelli di gas potevano dar luogo ad occultazioni di stelle come quella osservata il 10 marzo 1977 per effetto della diffusione: la stella in sostanza non viene affatto occultata, ma la sua radiazione luminosa viene diffusa, ossia deviata in direzioni diverse da quella d’incidenza.

Oltre ai 9 anelli principali, inoltre, sono stati scoperti nel tempo un gran numero di piccoli anelli molto sottili (stretti fino a 50 m) e uno molto largo e diffuso, z; per un totale attualmente di 13 anelli che constano principalmente di particelle macroscopiche e basse quantità di polveri.

Le più recenti osservazioni sugli anelli di Urano

Sebbene Saturno sia certamente il più famoso e fotografato pianeta in possesso di anelli nel nostro Sistema Solare, anche Urano possiede 13 anelli di cui gli astronomi hanno ottenuto immagini termiche che ne hanno evidenziato le caratteristiche.

Non si conosce molto degli anelli di Urano poiché non riflettono molta luce nello spettro del visibile e nel vicino infrarosso, le bande che vengono solitamente per osservare il Sistema Solare, quindi è stato necessario osservarli con immagini termiche per comprenderne le peculiarità.

L’anello epsilon che costituisce l’anello principale di Urano non somiglia a nient’altro di quello che è stato fino ad ora osservato nell’Universo; le immagini termiche, infatti, hanno restituito la temperatura che è pari a 77°K cioè -196° centigradi, che corrisponde alla temperatura di ebollizione dell’azoto. Epsilon è l’anello più scintillante e ha caratteristiche differenti rispetto a quelli di Saturno.

Se questi ultimi sono particolarmente ampi e luminosi e possiedono una vasta gamma di particelle di diverse dimensioni (da quelle che misurano decine di metri a quelle di pochi micron), gli anelli principali di Urano presentano oggetti rocciosi e corpuscoli grandi come una palla da golf, ma non possiedono particelle piccole, come rilevato dalla sonda Voyager 2 nel fly-by del 1986.

hubble anelli uranoL’ipotesi degli studiosi è quindi che il materiale minuto dev’essere stato spazzato via da qualche fenomeno esterno, o in alternativa che si si agglomerato per costituire elementi di grandezza maggiore.
Alcune risposte potrebbero provenire dalla composizione degli anelli e in particolare nella comprensione della loro origine, svelando ad esempio se essi derivino da una stessa sorgente o siano differenti gli uni dagli altri.

L’analisi dei dati che il telescopio Hubble raccolse tra il 2003 e il 2005 ha permesso di trovare due nuovi satelliti: Mab e Cupido; ma soprattutto ha consentito di vedere che il sistema di satelliti di Urano è probabilmente instabile, vi sono infatti frequenti collisioni e forze che ne modificano le orbite che sono notevolmente cambiate dalle osservazioni del 1994. Sembra, in sostanza che un processo casuale o caotico sia la causa di un continuo scambio di energia e momento angolare (cioè il movimento della quantità di moto) tra le varie lune.

lune anelli urano

Attualmente tra le varie teorie si suppone che gli anelli di Urano possano essere stati originati da antichi asteroidi catturati dalla gravità del pianeta, da resti di lune che si sono scontrate o hanno subito l’influenza gravitazionale di Urano oppure potrebbero essere costituiti da materiale risalente all’epoca della formazione stessa del Sistema Solare.
La spiegazione più solida, tuttavia, è che il materiale provenga da oggetti orbitanti distrutti dalle forze mareali.

Nuovi indizi e nuovi scenari di ricerca su un pianeta che è ancora relativamente inesplorato potrebbero venire dal James Webb Space Telescope che dovrebbe fornire immagini più approfondite e il cui lancio è previsto per il 31 ottobre del 2021.
La scoperta di questo sistema giovane e dinamico, costituito dagli anelli esterni e dalle due nuove lune di Urano, potrebbe aiutare in futuro i ricercatori a capire come si formano ed evolvono nel tempo i sistemi planetari.