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Nettuno (astronomia)

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Nettuno
Nettuno visto dalla sondaVoyager 2,a circa 7 milioni di km dal pianeta
StellamadreSole
Scoperta23 settembre1846[1]
ScopritoriUrbain Le Verrier
John Couch Adams
Johann Galle
ClassificazioneGigante gassoso
Parametri orbitali
(all'epocaJ2000)
Semiasse maggiore4 498 252 900km
30,068963au
Perielio4 459 631 496 km
29,81079527 au[2]
Afelio4 536 874 325 km
30,32713169 au[2]
Circonf. orbitale28 263 000 000 km
188,93 au
Periodo orbitale60 223,3528giorni
(164,88anni)[3]
Periodo sinodico367,49giorni[4]
Velocità orbitale
Inclinazione orbitale1,76917°
Inclinazione rispetto
all'equat. delSole		6,43°
Eccentricità0,00858587
Longitudine del
nodo ascendente		131,72169°
Argom. del perielio273,24966°
Satelliti16
Anelli10
Dati fisici
Diametroequat.49528km[5][6]
Diametropolare48682km[5][6]
Schiacciamento0,0171
Superficie7,619×1015m²[3][6]
Volume6,254×1022m³[4][6]
Massa
1,0243×1026kg[4]
17,1M⊕
Densità media1,638×103kg/m³[4]
Acceleraz. di gravità in superficie11,15m/s²
(1,14 g)[4][6]
Velocità di fuga23,5km/s[4][6]
Periodo di rotazione16,11 ore
(16 h 6 min 36 s)[4]
Velocitàdi rotazione
(all'equatore)		2680m/s
Inclinazione assiale28,32°[4]
Temperatura
superficiale
  • 50K(−223,2°C)(min)
  • 53 K (−220,2 °C)(media)
Albedo0,41[4]
Dati osservativi
Magnitudine app.
Magnitudine app.7,67 e 8
Magnitudine ass.−6,93
Diametro
apparente
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Nettunoè l'ottavo e più lontanopianetadelSistema solarepartendo dalSole.Si tratta del quarto pianeta più grande, considerando il suodiametro,e il terzo se si considera la suamassa.Nettuno ha 17 volte la massa dellaTerraed è leggermente più massiccio del suo quasi-gemelloUrano,la cui massa è uguale a 15 masse terrestri, ma è meno denso rispetto a Nettuno.[8]Il nome del pianeta è dedicato aldio romano del mare (Nettuno);il suosimboloè ♆ (Simbolo astronomico di Nettuno), una versione stilizzata del tridente di Nettuno.

Scoperto la sera del 23 settembre 1846 daJohann Gottfried Galle,con il telescopio dell'Osservatorio astronomico di Berlino,e daHeinrich Louis d'Arrest,uno studente di astronomia che lo assisteva,[1]Nettuno fu il primo pianeta ad essere stato trovato tramite calcoli matematici più che attraverso regolari osservazioni (fu scoperto nella costellazione delCapricorno,vicinoDeneb Algedi): cambiamenti insoliti nell'orbita di Urano indussero gli astronomi a credere che vi fosse, all'esterno, un pianeta sconosciuto che ne perturbava l'orbita. Il pianeta fu scoperto entro appena un grado dal punto previsto. La lunaTritonefu individuata poco dopo, ma nessuno degli altri tredicisatelliti naturali di Nettunofu scoperto prima delXX secolo.Il pianeta è stato visitato da una solasonda spaziale,laVoyager 2,che transitò vicino ad esso il 25 agosto 1989.

Nettuno ha una composizione simile a quella di Urano ed entrambi hanno composizioni differenti da quelle dei più grandipianeti gassosiGioveeSaturno.Per questo sono talvolta classificati in una categoria separata, i cosiddetti "giganti ghiacciati".L'atmosfera di Nettuno,sebbene simile a quelle sia di Giove che di Saturno essendo composta principalmente daidrogenoedelio,possiede anche maggiori proporzioni di "ghiacci",comeacqua,ammoniacaemetano,assieme a tracce diidrocarburie forseazoto.[9]In contrasto, l'interno del pianeta è composto essenzialmente da ghiacci e rocce come il suo simile Urano.[10]Le tracce di metano presenti negli strati più esterni dell'atmosfera contribuiscono a conferire al pianeta Nettuno il suo colore verde acqua, come Urano.[11]

Nettuno possiede i venti più forti di ogni altro pianeta nel Sistema Solare. Sono state misurate raffiche a velocità superiori ai2100km/h.[12]All'epoca del sorvolo da parte dellaVoyager 2,nel 1989, l'emisfero sud del pianeta possedeva unaGrande Macchia Scuraanaloga allaGrande Macchia Rossadi Giove; la temperatura delle nubi più alte di Nettuno era di circa−218°C,una delle più fredde del Sistema solare, a causa della grande distanza dal Sole. La temperatura al centro del pianeta è di circa 7000 °C, comparabile con la temperatura superficiale del Sole e simile a quella del nucleo di molti altri pianeti conosciuti. Il pianeta possiede inoltre un debolesistema di anelli,scoperto neglianni sessantama confermato solo dalla Voyager 2.[13]

Osservazione

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Lo stesso argomento in dettaglio:Osservazione di Nettuno.
Immagine di Nettuno raccolta nel visibile dal Telescopio spaziale Hubble

Nettuno è invisibile ad occhio nudo dallaTerra;la suamagnitudine apparente,sempre compresa fra la 7,7 e la 8,0, necessita almeno di un binocolo per permettere l'individuazione del pianeta.[4][7]

Visto attraverso un grande telescopio, Nettuno appare come un piccolo disco bluastro daldiametro apparentedi 2,2–2,4secondi d'arco[4][7]simile nell'aspetto adUrano.Il colore è dovuto alla presenza dimetanonell'atmosfera nettuniana,in ragione del 2%. Si è avuto un netto miglioramento nello studio visuale del pianeta dalla Terra con l'avvento delTelescopio spaziale Hubble[14]e dei grandi telescopi a terra conottiche adattive.[15]Le immagini migliori ottenibili dalla Terra permettono oggi di individuarne le formazioni nuvolose più pronunciate e le regioni polari, più chiare del resto dell'atmosfera.Con strumenti meno precisi è impossibile individuare qualsiasi formazione superficiale del pianeta, ed è preferibile dedicarsi alla ricerca del suosatelliteprincipale,Tritone.

Ad osservazioni nelle frequenzeradio,Nettuno appare essere la sorgente di due emissioni: una continuata e piuttosto debole, l'altra irregolare e più energetica. Gli studiosi ritengono che entrambe siano generate dal campo magnetico rotante del pianeta.[16]Le osservazioni nell'infrarossoesaltano le formazioni nuvolose del pianeta, che brillano luminose sullo sfondo più freddo, e permettono di determinarne agevolmente le forme e le dimensioni.[17]

Fra il2010ed il2011Nettuno ha completato la sua prima orbita attorno alSoledal1846,quando venne scoperto daJohann Galle,ed è stato quindi osservabile in prossimità delle coordinate a cui è stato scoperto.[18]

Storia delle osservazioni

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La prima osservazione certa di Nettuno fu effettuata daGalileo Galilei,il 27 dicembre1612,che disegnò la posizione del pianeta sulle proprie carte astronomiche scambiandolo per una stella fissa.[19]Per una coincidenza fortuita, in quel periodo il moto apparente di Nettuno era eccezionalmente lento, perché proprio quel giorno aveva iniziato a percorrere il ramoretrogradodel suo moto apparente in cielo, e non poteva essere individuato mediante i primitivi strumenti di Galilei.[20] Qualche giorno dopo, il 4 gennaio1613,si verificò addirittura l'occultazione di Nettuno da parte di Giove: se Galileo avesse continuato ancora per qualche giorno le sue osservazioni, avrebbe dunque osservato la prima occultazione dell'era telescopica.[21]

La scoperta del pianeta dovette invece aspettare fino alla metà delXIX secolo.

La scoperta

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Lo stesso argomento in dettaglio:Scoperta di Nettuno.

Quando nel1821Alexis Bouvardpubblicò il primo studio deiparametri orbitali di Urano[22]divenne chiaro agli astronomi che il moto del pianeta divergeva in maniera apprezzabile dalle previsioni teoriche; il fenomeno poteva essere spiegato solo teorizzando la presenza di un altro corpo di notevoli dimensioni nelle regioni più esterne del sistema solare.

Urbain Le Verrier.

Indipendentemente fra loro il matematico ingleseJohn Couch Adams(nel1843) ed il franceseUrbain Le Verrier(nel1846) teorizzarono con buona approssimazioneposizioneemassadi questo presunto nuovopianeta.Mentre le ricerche di Adams vennero trascurate dall'astronomo britannicoGeorge Airy,cui egli si era rivolto per sottolineare la necessità di ricercare il nuovo pianeta nella posizione trovata,[23][24]quelle di Le Verrier vennero applicate da due astronomi dell'Osservatorio di Berlino,Johann Gottfried GalleeHeinrich d'Arrest:dopo meno di mezz'ora dall'inizio delle ricerche − aiutati dall'utilizzo di una carta stellare della regione in cui si sarebbe dovuto trovare Nettuno che avevano compilato le notti precedenti e con cui confrontarono le osservazioni − il 23 settembre1846i due individuarono il pianeta a meno di ungradodalla posizione prevista da Le Verrier (ed a dodici gradi dalla posizione prevista da Adams).

Nel giugno del1846Le Verrier aveva pubblicato una stima della posizione del pianeta simile a quanto calcolato da Adams. Ciò aveva spinto Airy a sollecitare il direttore dell'osservatorio di Cambridge,James Challis,a cercare il pianeta. Challis aveva quindi setacciato il cielo tra agosto e settembre, ma invano.[25][26]Dopo che Galle ebbe comunicato l'avvenuta scoperta, Challis realizzò di aver osservato il pianeta due volte in agosto, ma di non averlo identificato a causa della metodologia con cui aveva affrontato la ricerca.[25][27]

Sulla scia della scoperta si sviluppò un'accesa rivalità tra francesi ed inglesi sulla priorità della scoperta, da cui emerse infine il consenso internazionale che entrambi, Le Verrier ed Adams, ne meritassero il credito. La questione è stata riaperta nel1998,dopo la morte dell'astronomoOlin Eggen,dal ritrovamento di un fascicolo, chiamato "Neptune papers", di cui Eggen era in possesso. Il fascicolo contiene documenti storici provenienti dall'Osservatorio reale di Greenwichche sembra siano stati rubati dallo stesso Eggen e nascosti per quasi tre decenni.[28]Dopo aver preso visione di tali documenti alcuni storici suggeriscono che Adams non meriti egual credito di Le Verrier. Dal1966Dennis Rawlinsha messo in discussione la credibilità della rivendicazione di co-scoperta di Adams. In un articolo del1992sul suo giornale,Dio,ha espresso l'opinione che la rivendicazione britannica sia un "furto".[29]Nel2003Nicholas Kollerstrom dell'University College Londonha detto: «Adams ha eseguito alcuni calcoli ma era piuttosto incerto su dove diceva che fosse Nettuno».[30][31][32]

La denominazione

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Poco dopo la scoperta ci si riferiva a Nettuno semplicemente come al "pianeta più esterno di Urano". Galle fu il primo a suggerire un nome e propose di nominarlo in onore del dioGiano.In Inghilterra Challis avanzò il nomeOceano.[33]

Rivendicando il diritto a denominare il nuovo pianeta da lui scoperto, Le Verrier propose il nomeNettuno,affermando falsamente, tra l'altro, che il nome fosse stato già ufficialmente approvato dalBureau des longitudesfrancese.[34]In ottobre cercò di nominare il pianetaLe Verrier,dal proprio nome, e fu patriotticamente supportato dal direttore dell'Osservatorio di Parigi,François Arago.Sebbene questa proposta incontrò una dura opposizione al di fuori della Francia,[35]gli almanacchi francesi reintrodussero rapidamente il nomeHerschelperUrano,dal nome del suo scopritoreWilliam Herschel,eLeverrierper il nuovo pianeta.[36]

Il 29 dicembre1846Friedrich von Struvesi espresse pubblicamente in favore del nomeNettunopresso l'Accademia delle Scienze di San Pietroburgo[37]ed in pochi anniNettunodivenne il nome universalmente accettato. Nellamitologia romana,Nettunoè il dio del mare, identificato con il grecoPoseidone.La richiesta di un nome mitologico sembrava in linea con la nomenclatura degli altri pianeti che prendono il proprio nome da divinità romane, ad eccezione soltanto della Terra e di Urano, che lo trae invece da una divinità della mitologia greca.[38]

Dal 1850 ad oggi

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William Lassell.

Già il 10 ottobre1846,dopo diciassette giorni dalla scoperta di Nettuno, l'astronomo ingleseWilliam Lassellscoprì il suo principalesatelliteTritone.[39]

Alla fine dell'Ottocentofu ipotizzato che presunte irregolarità osservate nel moto di Urano e Nettuno derivassero dalla presenza di un altro pianeta più esterno.[40]Dopo estese campagne di ricerca,Plutonefu scoperto il 18 febbraio1930alle coordinate previste dai calcoli diWilliam Henry PickeringePercival Lowellper il nuovo pianeta. Tuttavia il nuovo pianeta era troppo lontano perché potesse generare le irregolarità riscontrate nel moto di Urano, mentre quelle riscontrate nel moto di Nettuno derivavano da un errore nella stima della massa del pianeta (che fu individuato con la missioneVoyager 2)[41]e che era all'origine, tra l'altro, delle irregolarità di Urano. La scoperta di Plutone fu quindi piuttosto fortuita.[42]

A causa della sua grande distanza le conoscenze su Nettuno rimasero frammentarie almeno fino alla metà delNovecentoquandoGerard Kuiperscoprì la sua seconda luna,Nereide.Neglianni settantaeottantasi accumularono indizi sulla probabile presenza dianellio archi di anelli. Nel1981Harold Reitsemascoprì il suo terzo satelliteLarissa.[43]

Nell'agosto1989le conoscenze ricevettero una enorme spinta in avanti dalsorvolodella primasonda automaticainviata ad esplorare i dintorni del pianeta, laVoyager 2.La sonda individuò importanti dettagli dell'atmosfera del pianeta, confermò l'esistenza di ben cinque anelli ed individuò nuovi satelliti oltre a quelli già scoperti dallaTerra.[44]

Missioni spaziali

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Lo stesso argomento in dettaglio:Esplorazione di NettunoeVoyager 2.
La sondaVoyager 2mentre sorvola Nettuno (rappresentazione artistica).

L'unicasonda spazialead aver visitato Nettuno è stata laVoyager 2,nel1989;con unsorvolo ravvicinatodel pianeta la Voyager ha permesso di individuarne le principali formazioniatmosferiche,alcuni anelli e numerosi satelliti. Il 25 agosto1989la sonda ha sorvolato il polo nord di Nettuno ad una quota di4950kmper poi dirigersi versoTritone,il satellite maggiore, raggiungendo una distanza minima di circa40000km.

Dopo le ultime misure scientifiche condotte durante la fase di allontanamento dal gigante gassoso, il 2 ottobre1989,tutti gli strumenti della sonda sono stati spenti, lasciando in funzione solamente lospettrometroultravioletto. Voyager 2 iniziava così una lunga marcia verso lospazio interstellare,alla velocità di 470 milioni di chilometri all'anno; l'inclinazione della sua traiettoria rispetto all'eclitticaè di circa 48°. Si ritiene che, al ritmo attuale, la Voyager 2 passerà a 4,3anni lucedal sistema diSiriotra 296 000 anni.[45]

Neglianni duemilalaNASAaveva concepito due possibili missioni: unorbiter,il cui lancio non è previsto prima del2040[46]ed una sonda (Argo) che avrebbe dovuto effettuare unfly-bydel pianeta per proseguire verso due o tre oggetti dellafascia di Kuiper,la cui ultima finestra favorevole di lancio era prevista per il2019.[47][48]La missione non fu tuttavia formalmente proposta per la carenza diplutonio-238che avrebbe dovuto alimentare ilgeneratore termoelettrico a radioisotopi[49].Nel 2020 la NASA ha presentato una proposta di una missione scientifica per lo studio di Nettuno e dei suoi satelliti, in particolare di Tritone, denominatoNeptune Odissey.Il lancio sarebbe previsto nel 2033 e l'arrivo a Nettuno nel 2049.[50]

Dal 2018, l'Agenzia spaziale cinesestudia un progetto per una coppia di sonde simili alle Voyager, provvisoriamente conosciute comeInterstellar ExpressoInterstellar Heliosphere Probe.[51]Entrambe le sonde saranno lanciate contemporaneamente nel 2024 e seguiranno percorsi diversi per esplorare le estremità opposte dell'eliosfera;la seconda sonda, IHP-2, sorvolerà Nettuno nel gennaio 2038, passando a soli 1.000 km dalla sommità delle nubi, e potrebbe rilasciare una piccola sonda nell'atmosfera durante il sorvolo.[52]

ODINUSinvece è una proposta di missione dell'Agenzia spaziale europeanell'ambito del programmaCosmic Vision.Il progetto prevede l'invio di due orbiter gemelli, uno con destinazione Urano e l'altro diretto verso Nettuno, chiamati rispettivamente Freyr e Freyja e il cui lancio sarebbe previsto per il 2034.[53]Nonostante non sia stata selezionata nel 2014 il progetto ha riscosso interesse e potrebbe essere ridiscusso anche nell'ambito di una collaborazione con la NASA.[54]Il problema maggiore è infatti legato dalla grande distanza di Nettuno dal Sole che non permette l'uso dei panelli solari come fonte di alimentazione,[55]e l'ESA non ha disponibilità di plutonio-238 per un generatore termoelettrico a radioisotopi, mentre la NASA ha aperto da pochi anni un impianto di produzione di plutonio a scopi aeronautici, dopo che gli impianti per la produzione di armi nucleari sono stati dismessi nel secolo scorso.[56]

Parametri orbitali e rotazione

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Lo stesso argomento in dettaglio:Parametri orbitali di Nettuno.
L'ultima immagine dell'intero disco di Nettuno ripresa dalla Voyager 2 prima del massimo avvicinamento

Il pianeta compie unarivoluzioneattorno alSolein circa 164,79 anni.[3]Con unamassapari a circa 17 volte quella terrestre ed unadensitàmedia di 1,64 volte quella dell'acqua,Nettuno è il più piccolo e più denso fra ipianeti gigantidelsistema solare.Il suo raggio equatoriale, ponendo lozero altimetricoalla quota in cui la pressione atmosferica vale1000hPa,è di24764km.

L'orbita di Nettuno è caratterizzata da un'inclinazionedi 1,77° rispetto al piano dell'eclitticae da un'eccentricità di 0,011. In conseguenza di ciò la distanza tra Nettuno ed ilSolevaria di 101 milioni di chilometri traperielioedafelio,i punti dell'orbita in cui il pianeta è rispettivamente più vicino e più lontano al Sole.[2]

Nettuno compie unarotazionecompleta intorno al proprio asse in circa 16,11 ore. L'asse è inclinato di 28,32° rispetto alpiano orbitale,[57]valore simile all'angolo d'inclinazione dell'asse della Terra (23°) e diMarte(25°). Di conseguenza i tre pianeti sperimentano cambiamenti stagionali simili. Tuttavia il lungoperiodo orbitaleimplica che su Nettuno ciascuna stagione abbia una durata di circa quaranta anni terrestri.[58]

Poiché Nettuno non è un corpo solido, la suaatmosferapresenta unarotazione differenziale:le ampie fasce equatoriali ruotano con un periodo di circa 18 ore, superiore al periodo di rotazione del campo magnetico del pianeta che è pari a 16,1 ore; le regioni polari invece completano una rotazione in 12 ore. Nettuno presenta la rotazione differenziale più marcata del sistema solare[59]che origina forti venti longitudinali.[60]

Oggetti transnettuniani

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Lo stesso argomento in dettaglio:Fascia di Kuiper.
Il diagramma mostra le risonanze orbitali nella Fascia di Kuiper causate da Nettuno: nelle regioni evidenziate orbitano gli oggetti con una risonanza 2:3 con Nettuno (iplutini), gli oggetti classici della Fascia di Kuiper (icubewani) e gli oggetti con una risonanza 1:2 con Nettuno (itwotini).

Le nuove scoperte di moltissimi corpi celesti nelsistema solare esternohanno portato gli astronomi a coniare un nuovo termine,oggetto transnettuniano,che designa qualsiasi oggetto orbitante oltre l'orbita di Nettuno (o comunque formatosi in quella regione).

Nettuno ha un impatto profondo sulla regione subito oltre la sua orbita, da30aufino a55audalSolee conosciuta comefascia di Kuiper,un anello di piccoli mondi ghiacciati simile allaFascia principaledegli asteroidi, ma molto più vasto.[61]Così come la gravità di Giove domina la Fascia principale, definendone la forma, così la gravità di Nettuno domina completamente la Fascia di Kuiper. Nel corso della storia del Sistema solare, la gravità di Nettuno ha destabilizzato alcune regioni della Fascia, creandovi dei vuoti. La zona compresa tra 40 e 42 UA ne è un esempio.[62]

All'interno di queste regioni vuote esistono tuttaviaorbiteseguendo le quali alcuni oggetti hanno potuto sopravvivere nei miliardi di anni che hanno portato all'attuale struttura delSistema solare.Queste orbite presentano fenomeni dirisonanzacon Nettuno, cioè gli oggetti che le percorrono completano un'orbita intorno al Sole in una precisa frazione del periodo orbitale di Nettuno. Se un corpo completa una propria orbita per ogni due orbite di Nettuno avrà completato metà della sua orbita ogni volta che il pianeta ritorna alla sua posizione iniziale. La popolazione di oggetti risonanti più numerosa, con più di 200 oggetti noti, presenta una risonanza 2:3 con il pianeta.[63]Tali oggetti, che completano un'orbita per ogni orbita e mezzo di Nettuno, sono stati chiamatiplutinidal nome del più grande fra essi,Plutone.[64]Sebbene Plutone attraversi l'orbita di Nettuno regolarmente, la risonanza garantisce che essi non potranno mai collidere.[65]Un altro importante gruppo della Fascia di Kuiper è quello deitwotini,che sono caratterizzati da una risonanza 2:1; ci sono poi oggetti che presentano anche altri rapporti di risonanza, ma non sono molto numerosi. Altri rapporti che sono stati osservati comprendono: 3:4, 3:5, 4:7 e 2:5.[66]

È curioso osservare che a causa dell'altaeccentricitàdell'orbitadiPlutone,periodicamente Nettuno viene a trovarsi più lontano dalSoledi quest'ultimo, come è accaduto fra il1979ed il1999.

Nettuno possiede inoltre un certo numero diasteroidi troiani,che occupano le regioni gravitazionalmente stabili che precedono e seguono il pianeta sulla sua orbita ed identificate comeL4 e L5.Gli asteroidi troiani sono spesso descritti anche come oggetti in risonanza 1:1 con Nettuno. Sono notevolmente stabili nelle loro orbite ed è improbabile che siano stati catturati dal pianeta, ma si ritiene piuttosto che si siano formati con esso.[67]

Formazione e migrazione

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Lo stesso argomento in dettaglio:Formazione ed evoluzione del sistema solare.
Una serie di immagini che mostra i reciproci rapporti tra i pianeti esterni e laFascia di Kuipersecondo il modello di Nizza: a) Prima della risonanza Giove/Saturno 2:1 b) Spostamento degli oggetti della Cintura di Kuiper nel sistema solare dopo lo slittamento dell'orbita di Nettuno c) Dopo l'espulsione dei corpi della Fascia di Kuiper ad opera di Giove.

La formazione dei giganti ghiacciati, Nettuno e Urano, è difficile da spiegare con esattezza. I modelli correnti suggeriscono che ladensitàdimateriadelle regioni più esterne delSistema solarefosse troppo bassa per formare corpi così grandi tramite il meccanismo tradizionalmente accettato dell'accrezionee sono state avanzate varie ipotesi per spiegare la loro evoluzione. Una è quella secondo cui i giganti ghiacciati non si siano formati tramite l'accrezione del nucleo, ma dalle instabilità dell'originariodisco protoplanetarioe, in seguito, la loro atmosfera sarebbe stata spazzata via dalle radiazioni di una stella massiccia diclasse spettraleO B molto vicina.[68]Un concetto alternativo è quello secondo cui si formarono più vicini al Sole, dove la densità di materia era più elevata, e poi migrarono verso le attuali orbite.[69]

L'ipotesi della migrazione è favorita dalla sua caratteristica di poter spiegare le attualirisonanze orbitalinellaFascia di Kuiper,in particolare la risonanza 2:5. Quando Nettuno migrò verso l'esterno, si scontrò con gli oggetti della proto-fascia di Kuiper, creando nuove risonanze e mandando in caos le altre orbite. Si crede che gli oggetti neldisco diffusosiano stati spinti nelle attuali posizioni da interazioni con le risonanze create dalla migrazione di Nettuno.[70]Ilmodello di Nizza,un modello formulato al computer nel 2004 daAlessandro Morbidellidell'Osservatorio della Costa AzzurraaNizza,suggerisce che la migrazione di Nettuno nella Fascia di Kuiper potrebbe essere stata provocata dalla formazione di una risonanza 1:2 nelle orbite diGioveeSaturno,che creò una spinta gravitazionale che mandò siaUranoche Nettuno verso orbite più alte causando così il loro spostamento. L'espulsione risultante di oggetti dalla proto-fascia di Kuiper potrebbe anche spiegare l'intenso bombardamento tardivoavvenuto circa 600 milioni di anni dopo la formazione delSistema solaree la comparsa degliasteroidi troiani di Giove.[71][72]

Massa e dimensioni

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Le dimensioni di Terra e Nettuno a paragone.

Con una massa di1,0243×1026kg[4]Nettuno è un corpo intermedio fra laTerraed i grandigiganti gassosi:la sua massa è diciassette volte quella della Terra, ma è appena un diciannovesimo di quella diGiove.[8]Il raggio equatoriale del pianeta è di24764km,[5]circa quattro volte maggiore di quello della Terra. Nettuno edUranosono spesso considerati come una sottoclasse di giganti, chiamata "giganti ghiacciati", a causa delle loro dimensioni inferiori e alla più alta concentrazione di sostanzevolatilirispetto a Giove e Saturno.[73]Nella ricerca dipianeti extrasolariNettuno è stato usato come termine di paragone: i pianeti scoperti con una massa simile sono detti infatti "pianeti nettuniani",[74]così come gli astronomi si riferiscono ai vari "pianeti gioviani".

Struttura interna

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Lo stesso argomento in dettaglio:Struttura interna di Nettuno.

La struttura interna di Nettuno ricorda quella diUrano;la sua atmosfera forma circa il 5-10% della massa del pianeta, estendendosi dal 10 al 20% del suo raggio, dove raggiunge pressioni di circa 10 gigapascal.Nelle regioni più profonde sono state trovate concentrazioni crescenti dimetano,ammoniacaeacqua.[75]

La struttura interna di Nettuno:
1. Atmosfera superiore, sommità delle nubi.
2. Atmosfera inferiore, costituita da idrogeno, elio e gas metano.
3. Mantello d'acqua, ammoniaca e metano ghiacciato.
4. Nucleo di roccia e ghiaccio.

Gradualmente questa regione più calda e oscura condensa in unmantelloliquido surriscaldato, dove le temperature raggiungono valori compresi fra i2000Ked i5000K.Ilmantellopossiede una massa di 10-15 masse terrestri ed è ricco diacqua,ammoniaca,metanoed altre sostanze.[1]Come è solito nelle scienze planetarie, questa mistura è chiamata "ghiacciata", sebbene sia in realtà unfluidocaldo e molto denso. Questo fluido, che possiede un'elevataconduttività elettrica,è talvolta chiamato "oceano di acqua e ammoniaca".[76]Alla profondità di7000km,lo scenario potrebbe essere quello in cui il metano si decompone in cristalli didiamantee precipita verso il centro.[77] Il nucleo planetario di Nettuno è composto daferro,nichelesilicati;i modelli forniscono una massa di circa 1,2 masse terrestri.[78]La pressione del nucleo è di7Mbar,milioni di volte superiore a quella della superficie terrestre, e la temperatura potrebbe essere sui5400K.[75][79]

Calore interno

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Si ritiene che le maggiori variazioni climatiche di Nettuno, comparate con quelle diUrano,siano dovute in parte al suo calore interno più elevato.[80]Sebbene Nettuno sia distante dalSoleuna volta e mezzo più di Urano e riceva quindi solo il 40% della quantità di luce,[9]la superficie dei due pianeti è grosso modo uguale.[80]Le regioni più superficiali della troposfera di Nettuno raggiungono la bassa temperatura di−221,4°C.Alla profondità in cui la pressione atmosferica è pari a1barla temperatura è di−201,15°C.[81]In profondità nello strato di gas, tuttavia, la temperatura sale costantemente; così come Urano, la sorgente di questo riscaldamento è sconosciuta, ma la discrepanza è maggiore: Urano irradia solo 1,1 volte la quantità di energia che riceve dal Sole,[82]mentre Nettuno ne irradia 2,61 volte tanto, indicando che la sua sorgente interna di calore genera il 161% in più dell'energia ricevuta dal Sole.[83]Nettuno è il pianeta del Sistema solare più lontano dal Sole, ma la sua sorgente interna di energia è sufficiente a causare i venti planetari più veloci visti in tutto ilSistema solare.Sono state suggerite alcune possibili spiegazioni fra le quali il caloreradiogenicoproveniente dal nucleo del pianeta,[84]la dissociazione del metano in catene diidrocarburisotto elevate pressioni atmosferiche,[84][85]e imoti convettividella bassa atmosfera che causanoonde di gravitàche si dissolvono sopra latropopausa.[86][87]

Atmosfera

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Lo stesso argomento in dettaglio:Atmosfera di Nettuno.

Ad alta quota, l'atmosfera di Nettuno è formata all'80% daidrogenoed al 19% daelio,[75]e tracce dimetano.Notevoli bande di assorbimento del metano si trovano vicino allalunghezza d'ondadei600nmnella parte rossa ed infrarossa dellospettro.Così come perUrano,quest'assorbimento della luce rossa da parte del metano atmosferico contribuisce a conferire a Nettuno il suo caratteristico colore azzurro intenso,[88]sebbene il colore azzurro differisca dal più tenueacquamarinatipico di Urano. Dato che la quantità di metano contenuta nell'atmosfera di Nettuno è simile a quella di Urano, ci dev'essere qualche altra sostanza non conosciuta che contribuisca in modo determinante a conferire questa tonalità così intensa al pianeta.[11]

L'atmosfera di Nettunoè suddivisa in due regioni principali: la bassatroposfera,dove la temperatura decresce con l'altitudine, e lastratosfera,dove la temperatura aumenta con l'altitudine; il confine fra le due, latropopausasi trova a circa0,1bar.[9]La stratosfera dunque è seguita dallatermosferaalla pressione inferiore a 10−4−10−5µbar.[9]L'atmosfera sfuma gradualmente verso l'esosfera.

Una scia di nubi d'alta quota su Nettuno crea un'ombra sulla superficie di nubi sottostante
Composizione Atmosferica
Idrogeno(H2) 80 ± 3,2%
Elio(He) 19 ± 3,2%
Metano(CH4) 1,5 ± 0,5%
Deuteruro di idrogeno(HD) ~0,019%
Etano(C2H6) ~0,00015%
Ghiacci
Ammoniaca(NH3)
Acqua(H2O)
Idrosolfuro di ammonio(NH4SH)
Metano (CH4)

I modelli suggeriscono che la troposfera di Nettuno sia attraversata da nubi di varia composizione a seconda dell'altitudine. Il livello superiore di nubi si trova a pressioni inferiori a1bardove la temperatura è adatta alla condensazione delmetano.Con pressioni fra1×105barsi crede si formino nubi diammoniacaeacido solfidrico;oltre i5bardi pressione, le nubi potrebbero essere costituite da ammoniaca,solfato d'ammonioedacqua.Le nubi più profonde dighiacciod'acqua potrebbero formarsi a pressioni attorno ai50bar,dove la temperatura raggiunge gli0°C.Sotto ancora si potrebbero trovare delle nubi di ammoniaca e acido solfidrico.[16]

Sono state osservate nubi d'alta quota su Nettuno che formano delle ombre sopra l'opaco manto nuvoloso sottostante. Ci sono anche delle bande di nubi d'alta quota che circondano il pianeta alatitudinicostanti; queste bande disposte a circonferenza hanno degli spessori di50-150kme si trovano a circa50-110kmsopra il manto nuvoloso sottostante.[60]

Lospettrodi Nettuno suggerisce che i suoi strati atmosferici inferiori siano nebbiosi a causa della concentrazione di prodotti dellafotolisiultravioletta delmetano,comeetanoeacetilene;[9][75]l'atmosfera contiene anche tracce dimonossido di carbonioeacido cianidrico.[9][89]La stratosfera del pianeta è più tiepida di quella di Urano a causa dell'elevata concentrazione di idrocarburi.[9]

Per ragioni ancora non conosciute latermosferaplanetaria possiede una temperatura insolitamente alta, pari a circa750K.[90][91]Il pianeta è troppo lontano dal Sole perché il calore sia generato dallaradiazione ultravioletta;una possibilità per spiegare il meccanismo di riscaldamento è l'interazione atmosferica fraioninelcampo magneticodel pianeta. Un'altra possibile causa è data dalle onde digravitàdall'interno che si disperdono nell'atmosfera. La termosfera contiene tracce didiossido di carbonioed acqua, che potrebbero provenire da sorgenti esterne, comemeteoritie polveri.[16][89]

Fenomeni meteorologici

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Una differenza fra Nettuno eUranoche mostrò lasonda spazialeVoyager 2fu il livello tipico di attivitàmeteorologica.Quando la sonda sorvolò Urano, nel1986,questo pianeta era visivamente privo di attività atmosferica, in contrasto, Nettuno mostrava notevoli fenomeni climatici durante il sorvolo della sonda, avvenuto nel1989.[92]Tuttavia, le osservazioni compiute su Urano nel corso delXXI secolo,quando questi entrò nella faseequinoziale,mostrarono un'attività atmosferica mai vista prima, rendendolo di fatto molto più simile a Nettuno rispetto a quanto si pensava in precedenza.[93][94]

LaGrande Macchia Scura(al centro), Scooter (la nube bianca in mezzo),[95]e laPiccola Macchia Scura(in basso).

Il tempo meteorologico di Nettuno è caratterizzato dasistemi tempestosiestremamente dinamici, conventiche raggiungono lavelocitàsupersonicadi600m/s.[96]Più tipicamente, tracciando il movimento delle nubi persistenti, la velocità del vento sembra variare dai20m/sin direzione est fino ai235m/sin direzione ovest.[97]Sulla cima delle nubi, i venti predominanti variano in velocità dai400m/slungo l'equatore ai250m/ssui poli.[16]Molti dei venti di Nettuno si muovono in direzione opposta rispetto alla rotazione del pianeta.[98]Il livello generale dei venti mostra una rotazione prograda alle alte latitudini e retrograda alle basse latitudini; si ritiene che la differenza della direzione dei flussi ventosi sia un effetto superficiale e non dovuto ad alcun processo atmosferico più profondo.[9]A 70° S di latitudine, un getto ad alta velocità viaggia a 300 m s−1.[9] L'abbondanza di metano, etano e acetilene all'equatore di Nettuno è 10–100 volte superiore di quella dei poli; ciò è interpretato come un'evidenza della presenza di fenomeni di risalita all'equatore e disubsidenzaverso i poli.[9] Nel2007fu scoperto che gli strati superiori dellatroposferadel polo sud di Nettuno erano di circa10°Cpiù tiepidi che nel resto del pianeta, con una media di circa−200°C.[99]Il differenziale di calore è sufficiente per consentire al gas metano, che in altri punti si gela nell'alta atmosfera del pianeta, di essere espulso verso lo spazio. Il relativo "hot spot" è dovuto all'inclinazione dell'asse di Nettuno, che ha esposto il polo sud alSoleper l'ultimo quarto di anno nettuniano, pari a circa 40 anni terrestri; similmente a quanto avviene nella Terra, l'alternanza delle stagioni farà in modo che il polo esposto al Sole sarà in seguito il polo nord, causando così il riscaldamento e la successiva emissione di metano dall'atmosfera in quest'ultimo polo.[100] A causa del cambiamento stagionale, le bande di nubi dell'emisfero sud di Nettuno sono aumentate in dimensioni ealbedo;questo processo fu osservato inizialmente nel1980e ci si aspetta che finirà attorno al2020.Il lungo periodo orbitale di Nettuno causa un alternarsi stagionale in quarant'anni.[58]

Tempeste

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La Grande Macchia Scuravista dallaVoyager 2

Nel1989fu scoperta dalla sonda Voyager 2 laGrande Macchia Scura,un sistema di tempesteanticiclonicodelle dimensioni di 13000 × 6600 km,[92]La tempesta ricordava laGrande Macchia Rossadi Giove; tuttavia, il 2 novembre1994,ilTelescopio spaziale Hubblenon riuscì ad osservare questa macchia scura sul pianeta. Al suo posto apparve una nuova tempesta simile alla Grande Macchia Scura nell'emisfero nord.[101]

Lo "Scooter"è un'altra tempesta, una nube bianca posta più a sud della Grande Macchia Scura; il suo nome deriva dalla sua prima osservazione nel mese precedente al sorvolo della sonda Voyager 2, si muoveva più velocemente della Grande Macchia Scura.[98]Immagini successive rivelarono nubi ancora più rapide. LaPiccola Macchia Scuraè invece una tempesta ciclonica meridionale, la seconda tempesta più potente osservata durante il transito del 1989; inizialmente era completamente scura, ma come la sonda si avvicinò, iniziò a mostrarsi una macchia più chiara, visibile in tutte le immagini ad alta risoluzione.[102]

Si ritiene che le macchie scure di Nettuno siano posizionate nellatroposferaad altezze inferiori rispetto alle nubi più bianche e luminose del pianeta,[103]così appaiono come buchi nello strato di nubi sovrastante; dal momento che sono strutture stabili che possono persistere per diversi mesi, si crede che possano essere strutture a vortice.[60]Spesso nei pressi di queste strutture si trovano nubi di metano più brillanti e persistenti, che si formano presumibilmente all'altezza dellatropopausa.[104]

La persistenza di nubi compagne mostra che alcune macchie oscure continuano ad esistere come cicloni, sebbene non siano più visibili come punti scuri; le macchie scure potrebbero anche dissiparsi quando migrano troppo vicino all'equatore, o con altri meccanismi sconosciuti.[105]

Magnetosfera

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Lo stesso argomento in dettaglio:Magnetosfera di Nettuno.

Un'altra somiglianza fra Nettuno e Urano risiede nellamagnetosfera,con uncampo magneticofortemente inclinato verso l'asse di rotazionedi 47° e decentrato di almeno 0,55 raggi (circa 13 500 km) rispetto al nucleo fisico del pianeta. Prima dell'arrivo della sonda Voyager 2 su Nettuno, era stato ipotizzato che la magnetosfera inclinata di Urano fosse il risultato della sua rotazione obliqua; tuttavia, comparando i campi magnetici dei due pianeti, gli scienziati pensano che questa orientazione estrema potrebbe essere caratteristica dei flussi presenti all'interno dei pianeti. Questo campo potrebbe essere generato daconvezionidel fluido interno in un involucro sferico sottile di liquidoconduttore elettrico(probabilmente composto da ammoniaca, metano e acqua)[16]che causano un'azionedinamo.[106]

Ilcampo magneticoalla superficie equatoriale di Nettuno è stimato sui1,42μT,per unmomento magneticodi2,16×1017Tm³.Il campo magnetico di Nettuno possiede una geometria complessa che include componenti non-dipolari,incluso un forte momento di quadrupolo che potrebbe superare in forza purequello di dipolo.D'altra parte laTerra,GioveeSaturnohanno solo dei momenti di quadrupolo relativamente piccoli e i loro campi sono meno inclinati rispetto all'asse polare. Il grande momento di quadrupolo di Nettuno potrebbe essere il risultato del disallineamento dal centro del pianeta e dai vincoli geometrici del generatore della dinamo del campo.[107][108]

Ilbow shockdi Nettuno, ossia il punto in cui lamagnetosferainizia a rallentare ilvento solare,avviene alla distanza di 34,9 volte il raggio del pianeta; lamagnetopausa,ossia il punto in cui la pressione della magnetosfera controbilancia il vento solare, si estende alla distanza di 23–26,5 volte il raggio di Nettuno. La coda della magnetosfera si estende all'esterno fino ad almeno 72 volte il raggio del pianeta e probabilmente molto oltre.[107]

Anelli planetari

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Lo stesso argomento in dettaglio:Anelli di Nettuno.
Gli anelli di Nettuno, visti dalla sondaVoyager 2nel 1989

Nettuno ha un sistema dianelli planetari,uno dei più sottili delSistema solare.Gli anelli potrebbero consistere di particelle legate consilicatio materiali composti dacarbonio,che conferisce loro un colore tendente al rossastro.[109]In aggiunta al sottile Anello Adams, a63000kmdal centro del pianeta, si trova l'Anello Leverrier, a53000km,ed il suo più vasto e più debole Anello Galle, a42000km.Un'estensione più lontana di quest'ultimo anello è stata chiamata Lassell; è legata al suo bordo più esterno dall'Anello Arago, a57000km.[110]

Il primo di questi anelli planetari fu scoperto nel1968da un gruppo di ricerca guidato daEdward Guinan,[13][111]ma si era in seguito pensato che quest'anello potesse essere incompleto.[112]Evidenze che l'anello avrebbe avuto delle interruzioni giunsero durante un'occultazione stellarenel1984quando gli anelli oscurarono una stella in immersione ma non in emersione.[113]Immagini della sondaVoyager 2,prese nel1989,mostrarono invece che gli anelli di Nettuno erano molteplici. Questi anelli hanno una struttura a gruppi,[114]la cui causa non è ben compresa ma che potrebbe essere dovuta all'interazione gravitazionale con le piccole lune in orbita nei pressi.[115]

L'anello più interno, Adams, contiene cinque archi maggiori chiamatiCourage,Liberté,Egalité 1,Egalité 2eFraternité.[116]L'esistenza degli archi è stata difficile da spiegare poiché le leggi del moto predirrebbero che gli archi verrebbero dispersi in un anello uniforme in una scala temporale molto breve. Gli astronomi ritengono che gli archi siano rinchiusi entro le loro forme attuali a causa degli effetti gravitazionali diGalatea,unalunaposta all'interno dell'anello.[117][118]

Osservazioni condotte dalla Terra annunciate nel2005sembravano mostrare che gli anelli di Nettuno siano molto più instabili di quanto in precedenza creduto. Immagini prese con iTelescopi Kecknel2002e2003mostrano un decadimento considerevole negli anelli quando vengono comparati con le immagini prese dalla Voyager 2. In particolare sembra che l'arcoLibertépossa dissolversi entro la fine delXXI secolo.[119]

Satelliti naturali

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Lo stesso argomento in dettaglio:Satelliti naturali di Nettuno.
Le falci di Nettuno e Tritone, fotografate dalla Voyager 2 durante il suo allontanamento dalsistema nettuniano

Nettuno possiede sedici satelliti naturali conosciuti, il maggiore dei quali èTritone;gli altri satelliti principali sonoNereide,ProteoeLarissa.[120]

Tritone è l'unico satellite di Nettuno che possiede una formaellissoidale;fu individuato per la prima volta dall'astronomoWilliam Lassellappena 17 giorni dopo la scoperta del pianeta madre. Orbita indirezione retrogradarispetto a Nettuno, a differenza di tutti gli altri satelliti principali delsistema solare;è inrotazione sincronacon Nettuno e la sua orbita è in decadimento costante.[121]

A parte Tritone il satellite più interessante èNereide,la cuiorbitaè la piùeccentricadell'interosistema solare.[122]

Fra il luglio ed il settembre 1989 lasondastatunitenseVoyager 2ha individuato sei nuovi satelliti fra i quali spiccaProteo,le cui dimensioni sarebbero quasi sufficienti a conferirgli una forma sferoidale. È il secondo satellite delsistema di Nettuno,pur con una massa pari ad appena lo 0,25% di quella di Tritone.[123]

Una nuova serie di scoperte è stata annunciata nel 2004 e si tratta di satelliti minori e fortemente irregolari. Nel luglio del 2013Mark Showalterscopre il 14º satellite, denominatoIppocampo[124],da immagini ottenute dal telescopio spaziale Hubble tra il 2004 e il 2009.[125]Due piccoli nuovi satelliti sono stati annunciati nel 2024 daScott S. Shepparde colleghi in base a osservazioni del 2021 coltelescopio Subarudall'Mauna Kea,alleHawaii.[126]

Note

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    la massa di Urano è8,6810×1025kg,con un tasso di massa di:
    la massa di Giove è1,8986×1027kg,con un tasso di massa di:
    Vedi:David R. Williams,Planetary Fact Sheet - Metric,sunssdc.gsfc.nasa.gov,NASA, 29 novembre 2007.URL consultato il 13 marzo 2008.
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Voci correlate

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Generali

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Sui satelliti

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Sull'esplorazione

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