Sapevate che la Luna, il nostro unico satellite, possiede a sua volta dei “satelliti”? Sì, perché ci sono altri elementi che popolano lo spazio condiviso tra il nostro pianeta e la Luna.
Si tratta delle Nubi di Kordylewski: enigmatiche strutture di polvere orbitale, scoperte da un astronomo polacco negli anni Cinquanta, la cui esistenza è stata confermata solo nel 2018.
Questa storia affascinante ci parla di un tempo, in fondo non molto lontano, in cui l’astronomia visuale era ancora importantissima e consentiva nuove scoperte scientifiche. Potremmo dire che tutt’ora osservare il cielo ad occhio nudo è rilevante, ma l’inquinamento luminoso e i tanti satelliti e aerei in circolazione non facilitano il lavoro per gli astronomi.
L’argomento di questo post ci conduce inoltre nel cuore delle dinamiche gravitazionali dei sistemi a più corpi, ben descritte da un grande matematico italiano naturalizzato francese: Joseph-Louis de Lagrange.
Le Nubi di Kordylewski
Kazimierz Kordylewski (Poznań, 11 ottobre 1903 – Cracovia, 11 marzo 1981) è stato un astronomo polacco.
Le succinte informazioni che si possono reperire online su di lui (riprendiamo qui con alcune modifiche quanto riportato da Wikipedia, vedi bibliografia e note di utilizzo in fondo) ci dicono che nei suoi studi si occupò di stelle variabili, in particolare di stelle binarie ad eclisse.
Ma noi vogliamo parlare di una scoperta che l’ha reso “famoso”, nell’ottobre 1956 egli scoprì infatti degli accumuli di detriti che orbitano attorno alla Luna, in virtù delle forze gravitazionali che si instaurano nel sistema Terra-Luna. Quelle nubi hanno ricevuto in suo onore il nome di nubi di Kordylewski.
Il problema dei tre corpi e i punti di Lagrange
L’astronomo polacco pensò di applicare alla Luna il modello degli asteroidi Troiani, che si trovano in equilibrio rispetto al sistema Giove-Sole. Egli quindi cercava qualcosa che non si vedeva, almeno non fino a quel momento, ma secondo la teoria poteva esserci.
Per spiegare in cosa consiste questo tipo di modello, occorre soffermarsi un momento sui meccanismi con cui i corpi di massa ingente interagiscono nello spazio.
Tra due corpi celesti – ad esempio tra Sole e Terra, o tra un pianeta e un suo satellite – si instaura infatti un legame di attrazione gravitazionale, come ci dice la fisica che conosciamo. Se però a un sistema di due corpi ne aggiungiamo un terzo, diventa più difficile calcolare le velocità e le posizioni dei tre corpi.
Si tratta di un famoso problema di fisica e matematica, passato alla storia appunto come “problema dei tre corpi”. (esiste anche una serie tv con lo stesso nome, ma qui non ci interessa…).
La complicazione posta dal problema dei tre corpi fa sì che diventi difficile, o molto complicato, risolvere il sistema per tutte le situazioni.
Ad alcune soluzioni è riuscito elegantemente a giungervi il grande matematico Joseph-Louis de Lagrange, tanto che alcuni punti gravitazionali in cui si può stabilire una certa stabilità prendono appunto il suo nome: sono i punti di Lagrange.
I punti di Lagrange in dettaglio
Nel problema dei tre corpi, i punti di Lagrange sono quei punti nello spazio in cui due corpi dotati di grande massa, tramite l’interazione della rispettiva forza gravitazionale, consentono a un terzo corpo dotato di massa molto inferiore di mantenere una posizione stabile relativamente ad essi.
Quindi in un sistema planetario (ad esempio una stella con un pianeta, o nel nostro caso il sistema Terra-Luna) se aggiungiamo un piccolo oggetto, come un satellite o un asteroide, sappiamo che se esso si posizionerà in un punto di Lagrange, si manterrà a distanza costante dai corpi celesti
maggiori.
Uno schema aiuterà a comprendere facilmente la situazione:
I punti di Lagrange: culle di stabilità nello spazio
In un sistema a due corpi, come Terra e Luna, esistono cinque punti specifici (denominati L1, L2, L3, L4, e L5) dove le forze gravitazionali dei due corpi principali e la forza centrifuga si equilibrano.
Ecco i cinque punti di Lagrange:
L1: Si trova tra i due corpi principali, lungo la linea che li collega.
L2: È situato dietro il corpo secondario (nel nostro caso, la Luna), sempre lungo la linea Terra-Luna. È utilizzato da missioni spaziali che richiedono un ambiente stabile e schermato dalla luce solare, come il telescopio spaziale James Webb.
L3: Si trova sul lato opposto del corpo primario rispetto al corpo secondario.
L4 e L5: Questi punti formano due triangoli equilateri con i due corpi principali e sono i più stabili nel tempo. È proprio qui che si trovano le Nubi di Kordylewski. Questi punti ospitano anche asteroidi troiani nei sistemi Giove-Sole e Nettuno-Sole.
Le osservazioni di Kordylewski
Kordylewski cominciò le osservazioni nel 1951. Inizialmente pensava di trovare corpi di una certa grandezza, ma le ricerche effettuate presso l’osservatorio di Cracovia diedero risultati negativi.
Seguendo il consiglio del suo collega Josef Wilkowski, continuò le osservazioni a occhio nudo. Riuscì a individuare un primo ammasso nell’ottobre del 1956 a circa 60° di distanza angolare dalla Luna, posto sul piano della sua orbita intorno alla Terra, in accordo con il problema dei tre corpi semplificato. Successivamente scoprì anche il secondo componente del sistema, anch’esso situato, come previsto, in uno dei due punti di oscillazione stabile.
Se ci pensate, è straordinario il fatto che in un’epoca recente, gli anni Cinquanta, si sia compiuta una scoperta simile – l’osservazione di corpi celesti nel sistema solare, seppur vicini a noi – ad occhio nudo!
Nel marzo del 1961, Kordylewski riuscì anche a fotografarle. Dalle sue osservazioni, l’astronomo riuscì a determinare anche la luminosità delle nubi, che è davvero molto tenue, e ne stimò il diametro angolare, che si aggirava sui 2 gradi.
Le difficoltà nell’individuare le nubi
Tuttora pochissime persone sono riuscite a localizzare le nubi.
La massima luminosità degli ammassi avviene quando si trovano in opposizione solare, cioè quando la Terra si interpone tra esse e il Sole senza eclissarle, poiché in questa fase mostrano tutta la “faccia” illuminata verso la Terra.
Ciò si verifica circa 5 giorni prima del plenilunio per una nube e circa 5 giorni dopo per l’altra. Tuttavia non sempre ci sono condizioni adatte alla visibilità: ad esempio, se la Luna si trova sopra l’orizzonte o se la posizione apparente delle due nubi coincide con la Via Lattea non sarà possibile osservarle, a causa della perdita di contrasto tra gli oggetti e lo sfondo.
La scarsa magnitudine apparente è effetto dell’albedo molto bassa delle nubi, che sembrano essere di un colore rossastro. Le dimensioni degli ammassi, data la loro distanza (circa 380.000 km) e il loro diametro angolare, è di circa 14.000 km, misura paragonabile al diametro terrestre. Le nubi non si trovano esattamente nei punti di Lagrange, ma vi ruotano intorno ad una distanza angolare massima di circa 10°.
Queste formazioni non sembrano essere stabili: alcuni affermano che siano un fenomeno transitorio. Infatti a causa delle perturbazioni gravitazionali prodotte dalla Terra e dal Sole, le polveri si disperderebbero, allontanandosi dai punti di oscillazione stabile.
La conferma del 2018 e nuove osservazioni nel 2024
La comunità scientifica ha faticato a registrare la scoperta attraverso una seconda osservazione che confermasse la presenza delle nubi.
Finché nel settembre-ottobre 2018 un team di scienziati ungheresi dell’Università di Eotvos – Gabor Horvath, Judit Sliz-Balogh e Andras Bart, ha effettuato osservazioni intorno al punto L5, rilevando chiaramente la presenza di una nube di polvere. I loro risultati sono stati pubblicati su Monthly Notice della Royal Astronomical Society, ecco l’abstract dell’articolo, tradotto:
“Dalla scoperta nel 1772 dei punti Lagrange triangolari L4 e L5 nel campo gravitazionale di due corpi che si muovono sotto la sola influenza delle reciproche forze gravitazionali, gli astronomi hanno trovato un gran numero di corpi celesti minori attorno a questi punti del Sole-Giove, Sole –Sistemi Terra, Sole-Marte e Sole-Nettuno. I punti L4 e L5 della Terra e della Luna potrebbero essere vuoti a causa della perturbazione gravitazionale del Sole. Tuttavia, nel 1961, l’astronomo polacco Kazimierz Kordylewski trovò due macchie luminose vicino al punto L5, che potrebbero riferirsi ad un accumulo di particelle interplanetarie. Da allora, questa formazione è stata chiamata nube di polvere di Kordylewski (KDC). Finora solo pochissime simulazioni al computer hanno studiato la formazione e le caratteristiche del KDC. Per colmare questa lacuna, abbiamo studiato un problema tridimensionale a quattro corpi costituito da Sole, Terra, Luna e una particella di prova, 1.860.000 volte separatamente. Abbiamo mappato la dimensione e la forma del conglomerato di particelle che non sono fuoriuscite dal sistema prima di un tempo di integrazione di 3650 d attorno a L5. Le osservazioni polarimetriche di un possibile KDC attorno a L5 saranno presentate nella seconda parte successiva di questo articolo.“
Un recente articolo, sempre su su Monthly Notice della Royal Astronomical Society, dell’aprile 2024, riporta di un’osservazione fatta in Namibia proprio di una delle due nubi di Kordylewski, posta nel punto gravitazionale L5:
“Le nubi di polvere di Kordylewski (KDC) attorno ai punti Lagrange L5 e L4 del sistema Terra-Luna sono state osservate per la prima volta mediante polarimetria per immagini nel 2017 e nel 2022 in un osservatorio astronomico ungherese. A causa del clima astroclimatico non ideale (quasi sempre nebbioso, inquinato da aerosol) dell’Ungheria e dell’intensità estremamente bassa della luce solare diffusa dalla polvere, la caccia polarimetrica dopo entrambi i KDC è durata 2-7 anni. L’attesa di un’atmosfera priva di nuvole e aerosol e di condizioni astronomiche adeguate (ad esempio cielo senza luna con KDC sopra l’orizzonte) nel nostro osservatorio ungherese richiede molto tempo. Pertanto, il nostro obiettivo era quello di costruire un telescopio polarimetrico portatile per immagini, con ampio campo visivo e utilizzarlo nell’ottimo clima astroclimatico dell’Isabis Astro Lodge nell’altopiano di Khomas in Namibia. Il nostro obiettivo a lungo termine è studiare la dinamica dei KDC con questo strumento nelle campagne astropolarimetriche di un mese della Namibia nel prossimo decennio. In questo lavoro, descriviamo il nostro telescopio polarimetrico per immagini portatile e presentiamo la nostra prima osservazione KDC ottenuta con esso in Namibia durante la nostra campagna astropolarimetrica di 4 settimane tra il 18 luglio e il 15 agosto 2023. Concludiamo che il nostro telescopio polarimetrico portatile funziona bene. Usandolo in Namibia, abbiamo confermato l’esistenza del KDC L5, le cui caratteristiche di polarizzazione (grado di polarizzazione e angolo) si riferiscono a una nube di polvere disomogenea composta da diversi agglomerati di particelle che diffondono e polarizzano linearmente la luce solare illuminante.”
Bibliografia e note di utilizzo:
https://it.wikipedia.org/wiki/Kazimierz_Kordylewski (alcune modifiche dei contenuti effettuate in questo blog)
https://it.wikipedia.org/wiki/Nubi_di_Kordylewski (alcune modifiche dei contenuti effettuate in questo blog)
https://it.wikipedia.org/wiki/Punti_di_Lagrange (alcune modifiche dei contenuti effettuate in questo blog)
https://academic.oup.com/mnras/article/480/4/5550/5089220
https://academic.oup.com/mnras/article/530/4/3570/7654011
https://ras.ac.uk/news-and-press/research-highlights/earths-dust-cloud-satellites-confirmed
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