Dalla Terra ai confini del Sistema Solare: le regioni dello Spazio attorno a noi

Gli strati di Spazio attorno alla Terra e fino alla Luna, la fascia degli asteroidi, l'eliosfera, la Nube di Oort: le regioni del Sistema Solare. Vedi anche: dalle meteore ai planetesimi, il glossario galattico di Focus.it.

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Lo spazio cislunare, il massimo traguardo dell'uomo, è davvero minuscolo se comparato allo spazio interplanetario o interstellare | Romolo Tavani / Shutterstock

Il Sistema Solare è soltanto un piccolo mucchio di polvere rapportato all'intero Universo, ma incredibilmente vasto rapportato a noi o anche all'intero pianeta Terra. Con il glossario degli oggetti del Sistema Solare abbiamo raccontato di meteore, planetoidi, planetesimi e altri oggetti che ci circondano: in questa occasione parliamo delle regioni dello Spazio attorno a noi, dalla Terra ai confini del nostro sistema.

 

Attorno alla Terra, oltre l'atmosfera, si trova lo Spazio. Il confine fra Spazio e atmosfera terrestre non è netto, ma per convenzione si fa iniziare lo Spazio esterno a 100 km dal livello del mare: il confine è la linea di Kármán. Per un principio di precauzione i primi satelliti artificiali si incontrano solo al doppio della distanza: dai 200 ai 2.000 km di altezza troviamo l'orbita bassa, la zona in cui orbitano la maggior parte dei satelliti artificiali, come Hubble, e la Stazione spaziale internazionale.

 

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L'atmosfera terrestre dalla ISS, che orbita a circa 400 km di altezza. |

Primo passo: le fasce di Van Allen. Il limite superiore dell'orbita bassa si trova all'interno delle fasce di Van Allen, che sono due (fascia interna e fascia esterna) e che, anche loro, non ci permettono di definire precisi confini di influenza tra ciò che è "Terra" e ciò che non lo è più. Insieme, le due fascie formano una grande regione di Spazio modellata dal campo magnetico terrestre a forma di ciambella, dove, nel "buco", c'è il nostro pianeta. La prima è costituita da elettroni e ioni ad alta energia, la seconda da elettroni ad alta energia: si tratta dunque di una regione altamente reattiva da un punto di vista energetico, seppure in modo non omogeneo, dove non è salutare sostare a lungo - neppure con satelliti o sonde senza equipaggio.

 

Proviamo a dare delle misure. La fascia interna va dai 1.000 ai 6.000 km di altezza, ma in concomitanza con un intensa attività solare può "scendere", estendendosi fino a 200 km di quota sul livello del mare. La fascia esterna si stende da circa 10.000 a circa 65.000 km dalla superficie (ossia oltre 10 raggi terrestri), ma la zona più intensa da un punto di vista energetico va da 14.000 a 19.000 km dalla superficie.

 

Finora, gli unici uomini ad aver superato questa prima barriera sono gli astronauti delle missioni Apollo in viaggio verso la Luna.

 

Secondo passo: l'orbita sincrona. Senza uscire dalla sfera di influenza della Terra, a circa 36.000 km dalla superficie sono posizionati i satelliti che, per rimanere in orbita, compiono un giro attorno al pianeta ogni 24 ore: sono in orbita sincrona rispetto al nostro pianeta. Questa traiettoria, tipica dei satelliti meteo e per le telecomunnicazioni, prevede due posizioni. Un satellite in verticale sull'equatore è in orbita geostazionaria: vedrà sempre la stessa, ampia porzione di Terra; se invece si trova su di una traiettoria inclinata rispetto all'equatore segue un'orbita geosincrona: passerà periodicamente sempre sulla stessa porzione di Terra.

 

Tutte queste regioni, e fino all'orbita della Luna (a circa 384.400 km dalla Terra), sono all'interno dello spazio cislunare (letteralmente: al di qua della Luna rispetto alla Terra). Tra Terra e Luna, a circa 345.000 km da noi, c'è una regione di Spazio dove la forza di attrazione gravitazionale dei due corpi si equilibrano: è qui che la Nasa, l'Esa e un nutrito consorzio di altre agenzie pensano di allestire una stazione spaziale, il Deep Space Gateway, dove condurre test su tecnologie ed equipaggi prima di attuare il piano di colonizzazione della Luna e, in un secondo tempo, il primo viaggio umano nello spazio interplanetario, alla volta di Marte.

 

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Alla scoperta degli asteroidi. Roberto Battiston, presidente dell'Agenzia spaziale italiana, ne è certo: la prossima frontiera dello Spazio sono gli asteroidi. «La Nasa - spiega - sta già da adesso ragionando su quali tecniche implementare per andare a prendere un pezzo di asteroide o addirittura deviarne uno intero, metterlo in orbita cislunare e poi studiarlo per creare una piccola base per trivellazioni, cioè renderlo uno strumento della conquista del Sistema Solare.» Il prossimo futuro dell'esplorazione spaziale sarà però «soprattutto "informazione", sperimentando in orbita nuove tecnologie» che ci permetteranno di abitare lo spazio meglio di quanto non sia stato fatto fino a oggi. Sulla "nuova frontiera" vedi anche Miniere sugli asteroidi. | Shutterstock

Lo Spazio interplanetario. In viaggio verso l'esterno del Sistema Solare, superato Marte si trova un'altra fascia: non è piena di particelle cariche, come le Van Allen, ma di asteroidi - altrettanto pericolosi per un viaggiatore.

 

È la fascia principale degli asteroidi, che circonda il Sole fra le orbite di Marte e di Giove, da 228 a 778 milioni di km dal Sole. Anche di questa regione è difficile, se non impossibile, definire i confini, ma questo ormai non dovrebbe sorprendervi.

 

Esprimere le distanze in km comincia a diventare scomodo: a questa scala, l'unità di misura preferita è l'Unità Astronomica (UA), intesa come la distanza media Terra-Sole, ossia 149.597.870,700 km, che per praticità arrotondiamo a 150 milioni di km. Marte si trova in media a 1,56 UA, mentre Giove a 5,21 UA.

 

Dal Sole alla fascia principale degli asteroidi siano rimasti nel Sistema Solare interno, che comprende i pianeti rocciosi.

 

Oltre la fascia degli asteroidi si parla di Sistema Solare esterno, dove troviamo sia i giganti gassosi, sia la fascia di Kuiper: una regione piena di piccoli corpi celesti ghiacciati dall'orbita di Nettuno (30 UA) fino a 50 UA dal Sole.

 

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Un Planetario della metà del XVIII secolo. Le orbite dei pianeti si trovano su piani inclinati fra loro di massimo 10°. | Fondazione Torino Musei - Palazzo Madama

La Luna e Urano nel leone. Fin qui, la stragrande maggioranza dei corpi celesti (pianeti, lune e asteroidi) si trova all'incirca sullo stesso piano orbitale. Un riferimento spesso adottato per parlare del disco del Sistema Solare è il piano dell'eclittica, ovvero la superficie che la Terra descrive girando attorno al Sole. Prolungando il piano dell'eclittica verso l'esterno troviamo le costellazioni zodiacali, che, viste dalla Terra, fanno da sfondo al passaggio del Sole, dei pianeti e della Luna.

 

La frontiera. Allontanandoci di 80-100 UA dal Sole arriviamo all'eliopausa, considerata il confine del Sistema Solare. Prima di questa frontiera lo Spazio è dominato dalle particelle energetiche emesse dal Sole, il cosiddetto vento solare (composto soprattutto di elettroni e protoni).

 

Oltre l'eliopausa si trova invece lo spazio interstellare, ovvero la regione in cui domina la radiazione cosmica e in cui si trovano gas e polveri a formare il cosiddetto mezzo interstellare.

 

Sistema Solare in scala logaritmica.
Un modello in scala logaritmica del Sistema Solare. AU sta per unità astronomica. | Nasa

La nube che non c'è. Se oltre l'eliopausa finisce l'influenza magnetica del Sole, la sua influenza gravitazionale continua oltre, fino alla cosiddetta nube di Oort: una enorme sfera che circonda il Sistema Solare come fosse un guscio, da 1.000 a 100.000 UA, e che si ritiene ospiti migliaia di corpi celesti freddissimi. Questi oggetti non sono mai stati osservati direttamente, ma si pensa che sia proprio da lì che quelle comete piene di ghiaccio piombino nel Sistema Solare inaspettate e da ogni direzione (anche da fuori l'eclittica).

 

Fra le stelle. I corpi celesti che compongono la nube di Oort non possono essere visti da Terra semplicemente perché troppo lontani, tanto lontani che oltre questo limite è meglio iniziare a usare un'altra unità di misura, l'anno luce - che corrisponde alla distanza percorsa in un anno viaggiando alla velocità della luce, circa 300'000 km/s. A 4,36 anni luce dal Sole troviamo la stella a noi più vicina, Alfa Centauri.

 

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Se troppo vicino alla propria stella l'acqua è solo gassosa, troppo lontano si ghiaccia. |

Zona comfort. Si pensa che anche le altre stelle abbiano una loro Nube di Oort piena di corpi ghiacciati, troppo piccoli e troppo lontani per essere visti.

 

Anche gli esopianeti sono invisibili all'osservazione diretta, perché troppo piccoli e poco luminosi: li troviamo solamente cercando le piccole fluttuazioni di luminosità delle stelle, dovute al transito del pianeta davanti a loro (e infatti si chiama metodo del transito). La ricerca di questi oggetti diventa più interessante là dove è possibile che sulla superficie del pianeta ci sia acqua allo stato liquido: attorno a una stella, questa regione è detta fascia di abitabilità (o zona abitabile) e le sue dimensioni variano a seconda della temperatura della stella stessa. Gli esopianeti all'interno della fascia di abitabilità delle loro stelle sono i migliori candidati per la ricerca della vita.

 

14 febbraio 2019 | Davide Lizzani