Nettuno ha compiuto un’orbita completaNettuno ha compiuto un’orbita completa… dal giorno della sua scoperta… dal giorno della sua scoperta

Massimo AprileCollaboratore di ricerca presso INAF - OATO

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Nettuno ha percorso un’orbita completa…dal momento della sua scoperta

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Il 23 Settembre 2011 ricorre il 165°mo anniversario della scoperta di Nettuno, avvenuta il 23 Settembre1846 da parte di due astronomi tedeschi, Johann Gottfried Galle e il suo aiutante Heinrich d’Arrest, all’Osservatorio di Berlino.

Tuttavia, in quest’anno (per la precisione il 13 Luglio), il pianeta più lontano del nostro sistema solare è ritornato esattamente alla stessa posizione di quando fu scoperto, ovvero ha compiuto un’orbita completa. Questa è un’informazione molto importante in quanto il gigante gassoso ripercorre delle posizioni già osservate in passato.

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Caratteristiche di NettunoDove il vento va più veloce del suono …

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Nettuno, come è noto, è l’ottavo (e ultimo) pianeta del Sistema Solare, dopo il recente declassamento di Plutone a pianeta nano. E’ il terzo pianeta più massiccio, dopo Giove e Saturno, e il quarto come diametro, essendo poco più denso di Urano (1638 kg/m3 vs. 1318 kg/m3 ).E’ uno dei due pianeti detti Giganti ghiacciati (l’altro è Urano), é distante circa 30 UA ( ≈4,5 miliardi di km) dal Sole, ovvero che la luce, o una onda elettromagnetica, impiega più di 4 ore per percorrere la distanza fra il Sole e Nettuno!Per la sua enorme distanza dal sole, impiega poco meno di 165 anni per percorrere un’intera orbita, e poco più di 16 ore per compiere una rotazione completa. E’ un pianeta molto freddo, la sua temperatura varia da un minimo di 50 K (≈ -223 °C) sulla superficie a ≈5400 K nel nucleo. Inoltre, sono stati rilevati i venti più veloci del sistema solare (oltre 2100 km/h, velocità più che supersonica!), probabilmente dovuti al suo elevato calore interno, e quindi al suo significativo gradiente termico esistente fra superficie e nucleo.

Pianeta Nettuno, fotografato dalla sonda Voyager

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Osservazione e esplorazione di NettunoL’avventura della sonda Voyager 2…

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Nettuno non è visibile a occhio nudo: ha una magnitudine apparente che oscilla fra 7,7 e 8, e quindi si presenta, con un buon binocolo, come un astro molto debole. Con un telescopio molto potente esso appare come un piccolo disco bluastro, di diametro apparente di poco di 2”. Il colore è dovuto alla presenza di metano nella sua atmosfera. Solo con telescopi spaziali o con grandi telescopi ad ottiche adattive si ottengono immagini significative del pianeta.Il pianeta è stato sorvolato da un solo veicolo umano, la sonda interplanetaria Voyager 2 (a fianco), che raggiunse il gigante ghiacciato nel mese di Agosto 1989, dopo un viaggio di oltre 12 anni, inviandoci anche delle foto molto suggestive del pianeta, oltre alla scoperta di 6 nuovi satelliti e di un debole sistema di anelli intorno al pianeta.Attualmente la sonda sta attraversando l’ Heliostealth, una regione periferica del sistema solare vicina al confine con lo spazio interstellare, a più di 96 UA dalla Terra. Al sito http://voyager.jpl.nasa.gov/ potete vedere, in tempo reale, la posizione attuale della sonda, che si sta allontanando dal Sole alla velocità di circa 55mila km/h in direzione di Sirio, che sarà avvicinata (a 4,6 anni luce) all’incirca fra 300000 anni.

Rappresentazione artistica della sonda Voyager 2

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Primo incontro con NettunoQuando Galileo lo scambiò per una stellina…

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Ma una storia molto suggestiva è quella di come avvenne la scoperta del pianeta più esterno del Sistema Solare, e di come una serie di circostanze, più o meno “fortuite”, abbiano privilegiato i loro effettivi scopritori, a scapito di altri che comunque meritano di essere perlomeno ricordati in questa impresa.

Il primo a scorgere il pianeta fu Galileo Galilei, il 27 Dicembre 1612: ma l’Astronomo Pisano fu particolarmente sfortunato in quella circostanza, in quanto, oltre ad averlo scambiato per una stella fissa, non se ne occupò più di questo minuscolo e insignificante astro, così come appariva ai primitivi telescopi dell’epoca, nonostante che, per una coincidenza fortuita, in quell’epoca il pianeta aveva un moto apparente molto lento in cielo, e dopo pochi giorni, addirittura ci fu un’occultazione di Nettuno da parte di Giove, che il padre del Metodo Scientifico avrebbe potuto osservare se solo avesse dedicato un po’ più di tempo a quella flebile stellina.

Galileo Galilei (1564- 1642)

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Per la scoperta di Nettuno bisognerà attendere oltre due secoli: nel frattempo, il 13 Marzo 1781, il grande Astronomo William Herschel scoprì il settimo pianeta, Urano.

40 anni dopo (nel 1821), l’Astronomo francese Alexis Bouvard (a fianco), osservando attentamente l’orbita di Urano, rilevò delle evidenti anomalie nel suo percorso: il Pianeta sembrava ora rallentare, ora accelerare il suo moto di rivoluzione rispetto a quello previsto dai modelli teorici: egli dunque ipotizzò che dovesse esistere un’altro corpo celeste di dimensioni apprezzabili che, per effetto della sua attrazione gravitazionale, perturbava il moto orbitale di Urano stesso.

Alla ricerca dell’Ottavo pianeta… osservando l’orbita del settimo

Alexis Bouvard (1767- 1843)

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John Couch Adams … Un genio schivo, impacciato e incompreso

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Qualche anno dopo (1843), un giovane matematico inglese, John Couch Adams (1819 – 1892), sulla base dei dati pervenuti da Bouvard, calcolò l’ipotetica posizione di questo oggetto perturbante: egli presentò i risultati dei suoi calcoli all’allora direttore dell’Osservatorio di Greenwich, George Airy. Purtroppo, forse per la sua giovane età e quindi per lo scarso credito che Adams godeva presso le istituzioni accademiche, Airy non prese in considerazione l’ottimo lavoro di questo brillante giovane: successivamente, si scoprì che i calcoli di Adams erano tutt’ altro che inaffidabili, ma a quei tempi erano fortemente radicati questi pregiudizi …Tuttavia, occorre sottolineare che per la prima volta fu individuato un pianeta ricorrendo non solo a osservazioni, ma soprattutto a calcoli matematici, cercando di risolvere, con i modelli di allora, un non banale problema dei 3 corpi (ricorrendo agli integrali ellittici di Eulero), ma anche a modelli empirici oggi deprecati, quali la “legge” di Titius - Bode.

John Couch Adams (1819 – 1892)

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Urban Le Verrier… l’Accademico autorevole e severo

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Tre anni dopo, nel 1846, all’insaputa di Adams e dei britannici, su proposta dell’allora direttore dell’Osservatorio di Parigi, François Arago, Urban le Verrier, affermato Astronomo e matematico francese, analogamente ad Adams, iniziò a calcolare la posizione del corpo perturbante, calcoli che furono portati a termine dopo un anno.Nonostante Le Verrier godesse di maggior reputazione del suo collega Adams, in quanto più autorevole e meno schivo e impacciato del matematico inglese, all’atto della presentazione del suo lavoro presso il suo direttore, per vari motivi, fra i quali la mancanza di strumentazioni adeguate, i suoi lavori furono temporaneamente accantonati.

Urbain Jean Joseph Le Verrier (1811-1877)

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James ChallisIngiustamente tacciato di inettitudine

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Tuttavia la credibilità e l’autorevolezza del matematico francese fece riguadagnare credito, presso gli inglesi, al lavoro di Adams: Airy dunque incaricò il direttore dell’Osservatorio di Cambridge, James Challis (1803-1882), dotato di strumenti più potenti di Greenwich, di ricercare l’ipotetico Pianeta. In realtà, Airy fece questa scelta perché l’Osservatorio di Greenwich era finanziato con denaro pubblico, e per i politici dell’epoca, esso doveva essere solo di ausilio alla navigazione marittima, in quanto l’elettorato dell’epoca avrebbe ritenuto la scoperta di nuovi pianeti un’inutile trastullo che non avrebbe portato alcun beneficio alla collettività! Ma nonostante l’eccellente rifrattore norththumberland da 30.5 cm che Challis aveva a disposizione, il metodo da lui scelto era valido, ma assai lungo e tedioso, in quanto egli registrava ogni notte delle immagini stellari attorno alle posizioni calcolate da Adams, per poi vedere se qualcuno di questi astri si fosse mosso. Peraltro, non aveva neanche delle carte stellari adeguate. Per giunta, egli registrò per ben due volte Nettuno (il 12 e 16 Agosto) senza accorgersi che questi era un pianeta! Per questa ragione, fu bollato successivamente, e ingiustamente, come un incapace da gran parte della comunità astronomica, senza tener conto che il settore di cielo che stava esaminando

era enormemente denso.

James Challis (1803-1882)

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Johann Gottfried GalleLo scopritore di Nettuno …

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Intanto, in Francia, Le Verrier non si era rassegnato a procrastinare la scoperta dell’ipotetico pianeta, e nonostante fosse un conservatore e fervente nazionalista (fu anche un deputato revanscista all’assemblea), era disposto anche a ricorrere a un’Osservatorio straniero.Fortunatamente, il 1845 Johann Gottfried Galle (1812-1910), un’astronomo dell’Osservatorio di Berlino, trasmise una copia della sua tesi a Le Verrier a proposito di transiti meridiani stellari e planetari. Questi gli rispose solo il 18 Settembre 1846, mostrandosi molto interessato all’argomento, e colse l’occasione per proporgli anche di osservare un’astro ignoto, di natura presumibilmente planetaria, nei pressi della stella μ capricorni. Tale risposta arrivò a Berlino solo il 23 Settembre 1846, talché Galle si lanciò entusiasticamente in questa impresa, insieme a un suo allievo, lo studente Heinrich L. D’Arrest (1822-1875).Inizialmente Galle, ipotizzando che in quella regione ci fosse un pianeta, si mise a ricercare un’astro con una brillantezza più ferma, tipica dei pianeti, ma questa ricerca non portò a nulla, in quanto Nettuno aveva una magnitudo molto debole, ed era un pò difficile distinguerlo dalle stelle fisse, se non per il suo moto apparente. Johann Gottfried Galle (1812-1910)

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Heinrich Louis D’Arrest“Questa stella non c’è sulla mappa!”

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Dopo circa una mezzora di indagini, Galle individuò un minuscolo astro, di magnitudine 8, quindi 5-6 volte più debole delle stelle visibili a occhio nudo.Talché a questo punto, lo studente D’Arrest (1822-1875) riesce a reperire alcune mappe celesti molto dettagliate, create poco prima nell' Osservatorio di Berlino e non ancora disponibili ad altri osservatori. Grazie all’aiuto di queste mappe, si adottò un metodo di ricerca più preciso e sistematico, ovvero Galle osservava alcuni astri al telescopio nell’intorno della regione individuata da Le Verrier e D’Arrest doveva controllare se questi erano riportati sulla mappa.Talché D’Arrest pronunciò la famosa frase: “Questa stella non c’è sulla mappa!”. Quell’astro era Nettuno, scoperto grazie all’intuizione di questo giovane studente, individuato a meno di 1° della posizione prevista da Le Verrier, ma a 12° da quella calcolata da Adams.

Heinrich Louis D’Arrest (1822-1875)

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La disputa sulla scopertaFra Francesi, Tedeschi ed Inglesi …

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Successivamente, dopo aver avuto conferma della scoperta, il 25 Settembre Galle scrisse a Le Verrier per congratularsi, mentre François Arago, che inizialmente aveva preso sottogamba I calcoli di Le Verrier, annunciò la scoperta con la celebre frase: “Le Verrier ha scoperto un nuovo mondo sulla punta di una penna”.Ma dopo I primi entusiasmi, scoppiarono successivamente le polemiche fra Francesi e Inglesi, in quanto Adams aveva previsto la posizione un’anno prima di Le Verrier, e dunque gli Inglesi reclamavano la priorità della scoperta, e fra Francesi e Tedeschi, in quanto, se I primi avessero avuto attrezzature adatte e disponibili, Le Verrier non avrebbe chiesto l’aiuto di Galle. Alla fine si decise salomonicamente di attribuire il merito della scoperta a tutti I protagonisti della vicenda, vale a dire a Le Verrier, Adams, Galle e D’Arrest.

Altra foto di Nettuno ripresa dal Voyager 2: si noti la grande macchia scura

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I “Neptune papers”Le carte di Adams trafugate e ritrovate…

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Come se non bastasse, in tempi recenti (1998), alla morte di un’Astronomo Americano, tale Olin Eggen (1919-1998), furono ritrovati degli scritti d’epoca attribuiti a Adams (I “Neptune Papers”), trafugati dallo stesso Eggen dall’Osservatorio di Greenwich nella metà degli anni 60’, ufficialmente per scrivere le biografie di Airy e Challis.Secondo alcuni, dal contenuto di questi scritti si desume che Adams diede un contributo molto minore a quello che all’epoca gli fu attribuito alla scoperta del gigante ghiacciato, purtuttavia tenendo conto del carattere schivo e riservato dell’astronomo inglese. La questione dunque non può attualmente dirsi ufficialmente conclusa.

Una pagina dei “Neptune Papers” di Adams

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In conclusione …

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Anche se questa vicenda sembra quasi romanzesca, essa è un’esperienza scientifica irripetibile ed emblematica, in quanto:

•Un’evento così importante come la scoperta di un nuovo pianeta oggi non verrebbe così sottovalutato.•Allora si dava più importanza in quale nazione fosse avvenuta per prima la scoperta, piuttosto che alla scoperta stessa.

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Bibliografia

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•^ A. Bouvard, Tables astronomiques publiées par le Bureau des Longitudes de France, Paris, Bachelier, 1821. ^ John J. O'Connor; Robertson, Edmund F.. John Couch Adams' account of the discovery of Neptune. University of St Andrews, Marzo 2006. URL consultato il 13 gennaio 2009. ^ Adams, J. C. (13 novembre 1846). Explanation of the observed irregularities in the motion of Uranus, on the hypothesis of disturbance by a more distant planet. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 7: 149. URL consultato il 13 gennaio 2009. ^ a b Airy, G. B. (13 novembre 1846). Account of some circumstances historically connected with the discovery of the planet exterior to Uranus. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 7: 121–144. URL consultato il 13 gennaio 2009. ^ Challis, Rev. J. (13 novembre 1846). Account of observations at the Cambridge observatory for detecting the planet exterior to Uranus. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 7: 145–149. URL consultato il 13 gennaio 2009. ^ Galle, J. G. (13 novembre 1846). Account of the discovery of the planet of Le Verrier at Berlin. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 7: 153. URL consultato il 13 gennaio 2009. ^ Nick Kollerstrom. Neptune's Discovery. The British Case for Co-Prediction.. University College London, 2001. URL consultato il 19 marzo 2007. (archiviato dall'url originale il 11 novembre 2005) ^ Rawlins, Dennis. The Neptune Conspiracy: British Astronomy's Post-Discovery Discovery (PDF) in Dio. 1992. URL consultato il 13 gennaio 2009. ^ McGourty, Christine. Lost letters' Neptune revelations in BBC News. 2003. URL consultato il 13 gennaio 2009. ^ Rawlins, Dennis. Recovery of the RGO Neptune Papers: Safe and Sounded (PDF) in Dio. 1999. URL consultato il 13 gennaio 2009. ^ Sheehan, William, Kollerstrom, Nicholas; Waff, Craig B (dicembre 2004). The Case of the Pilfered Planet - Did the British steal Neptune?. Scientific American. URL consultato il 13 gennaio 2009