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Urania - Asimov d'appendice
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LA DANZA DELLE STELLE - Isaac Asimov
Titolo originale: The dance of the stars

Se non sapessimo niente delle perturbazioni planetarie, potremmo dire che la Terra si muove intorno al Sole secondo un percorso ellittico geometricamente perfetto. Ma commetteremmo un errore. Non è la Terra che compie un'ellissi perfetta intorno al Sole, ma il centro di gravità del sistema Terra-Luna, che si trova sempre sulla linea immaginaria che congiunge il centro della Luna con quello della Terra. Siccome la Terra ha una massa 81,3 volte superiore a quella della Luna, il centro di gravità è 81,3 volte più vicino al centro della Terra che a quello della Luna.
In media, il centro di gravità del sistema Terra-Luna è situato a 4728,2 chilometri dal centro della Terra. Quando la Luna è al perigeo, il centro di gravità è più vicino al centro della Terra, quando la Luna è all'apogeo, è più lontano. La differenza non è grande, 600 chilometri al massimo.
La Luna si muove intorno alla Terra secondo un'orbita ellittica che ha il centro di gravità del sistema Terra-Luna in un fuoco dell'ellissi. È come dire che la Terra è in un fuoco dell'ellissi, poiché il centro di gravità del sistema è così vicino al centro della Terra che in realtà è dentro la Terra, a una profondità media di 1649 chilometri.
Anche la Luna ruota intorno al Sole, ma la sua non è un'ellissi perfetta, perché a volte è dalla parte della Terra nascosta al Sole, a volte dall'altra. La variabilità della distanza della Luna dal Sole, che dipende dalla sua posizione in rapporto alla Terra, è di 766.000 chilometri, perché la sua orbita intorno alla Terra è leggermente inclinata dalla parte dell'orbita intorno al Sole.
Questa variabilità non è grande se paragonata alla distanza totale del sistema Terra-Luna dal Sole e se dovessimo tracciare la linea dell'orbita della Luna intorno al Sole in scala, sembrerebbe una curva liscia.
Ora, supponiamo di esaminare l'orbita come se fosse disegnata in scala, ed effettuiamo precise misurazioni della distanza delle diverse parti dell'orbita dal Sole. Troveremmo una serie di onde molto deboli nell'orbita della Luna intorno al Sole, circa dodici.
Supponiamo poi di osservare i movimenti del sistema Terra-Luna intorno al Sole da lontano e di non riuscire a vedere la Terra, ma solo la Luna. Dal modo in cui questa devia dall'ellissi perfetta, dalla distanza che raggiunge nella fase di recessione e dal tempo che impiega a completare l'onda, è possibile dedurre l'esistenza della Terra, al momento invisibile, calcolare la distanza tra la Luna e la Terra e, riuscendo a calcolare la massa della Luna, si potrebbe dedurre la massa della Terra.
Se fosse invece possibile vedere solo la Terra, si potrebbero dedurre i dati sulla Luna non visibile, ma sarebbe più difficile. La Terra si allontana dall'orbita ideale con una lunghezza d'onda identica a quella della Luna, ma con un'ampiezza solo di 1/81,3 volte maggiore. Ne consegue che il movimento della Terra dev'essere tracciato con maggiore precisione.
Abbandoniamo comunque questa ipotesi, perché anche se la coppia Terra-Luna si trovasse tanto lontano da noi che fosse possibile vedere la Terra solo con un buon telescopio, sarebbe possibile vedere anche la Luna. Infatti, Plutone è più piccolo della Terra e il suo satellite, Caronte, è più piccolo della Luna, e per quanto entrambi lontanissimi dalla Terra, sono visibili. L'unico motivo per cui ci volle circa mezzo secolo dopo la scoperta di Plutone per individuare anche Caronte, è la loro vicinanza che li fonde quasi in un'unica macchia di luce.
Non appena Caronte fu individuato, deducendolo dalla sua distanza e dal suo periodo di rivoluzione intorno a Plutone, risultò possibile calcolare la massa di ogni corpo celeste, anche se il calcolo della massa di Plutone fino a quel momento aveva costituito un grosso problema.
Ci sono casi in cui, di due corpi celesti che ruotano attorno a un comune centro di gravità, solo uno si vede molto bene. Questo sarebbe giusto se un corpo fosse grande e l'altro molto piccolo; ancora meglio se si trattasse di un corpo luminosissimo e di uno opaco e vicinissimo. In quel caso, il corpo più piccolo sarebbe difficilmente individuabile, sia per colpa della sua opacità, sia perché si ritroverebbe immerso nella luminosità dell'altro corpo.
Ma proviamo adesso a considerare la coppia Terra-Sole.
Se la coppia Terra-Sole fosse così lontana che si vedesse il Sole attraverso un buon telescopio, allora non ci sarebbe alcuna speranza di vedere la Terra, alle condizioni di osservazioni che abbiamo per il momento a nostra disposizione: risulterebbe troppo opaca e così vicina al Sole da esserne totalmente coperta.
Ma non potremmo asserire che la Terra è là, anche se non riuscissimo a vederla, semplicemente osservando il movimento del Sole?
Il Sole si muove attorno al centro della Galassia impiegando circa 250 milioni di anni, e se fosse solo lo farebbe tracciando un'ellissi perfetta (se escludiamo gli effetti di perturbazione gravitazionale prodotti da altre stelle che ci permettiamo di considerare trascurabili, viste le loro dimensioni).
Ma non è il Sole che si muove in quell'ellissi, ma il centro di gravità del sistema solare. Se quest'ultimo fosse composto solo dal Sole e dalla Terra, il centro di gravità del sistema Terra-Sole si troverebbe sulla linea che congiunge i centri della Terra e del Sole, e sarebbe 324.000 volte più vicino al centro del Sole che a quello della Terra.
Questo significa che il centro di gravità del sistema Sole-Terra disterebbe 462 chilometri dal centro del Sole nella direzione della Terra. Quindi, mentre il Sole procede nel suo viaggio intorno al centro della Galassia, contemporaneamente compie una lieve oscillazione della durata di un anno.
L'oscillazione è circa 1/1.500 del raggio solare, e localizzarla creerebbe un problema non indifferente in chiunque osservasse il Sole, diciamo da un pianeta ruotante attorno ad Alpha Centauri.
Ma quando osserviamo il Sole, in realtà non stiamo osservando il sistema Terra-Sole. Ci sono altri pianeti che ruotano attorno al Sole e ognuno ha un centro di gravità pianeta-Sole tutto suo. Si può dire che maggiore è la massa di un pianeta e più lontano è dal Sole, più è grande lo spostamento del centro di gravità pianeta-Sole dal centro del Sole.
I quattro giganti gassosi, Giove, Saturno, Urano e Nettuno sono più lontani dal Sole di quanto non lo sia la Terra, e ognuno ha una massa molto superiore a quello della Terra. Ogni irregolarità imposta al movimento del Sole dall'esistenza della Terra è insignificante se paragonata alle irregolarità impostegli dai giganti gassosi. E se si potesse ignorare la Terra, lo stesso si potrebbe fare con il gran numero di corpi del sistema Solare dotati di una massa ancora inferiore. Anche Plutone e Caronte, la cui distanza dal Sole è tale da provocare un notevole spostamento dal centro di gravità, hanno però una massa così piccola da influire sui movimenti del Sole molto meno della Terra.
Consideriamo allora il centro di gravità del sistema, che comprende solo i quattro giganti. Conoscendo la massa di ogni pianeta e la sua distanza dal Sole, risulta che la distanza del centro di gravità dal centro del Sole in chilometri è: Giove 763.800 km, Saturno 419.000 km, Urano 129.000 km, Nettuno 239.000 km.
Il più grande spostamento del Sole è prodotto da Giove, grazie alla sua enorme massa. Gli altri tre pianeti sono molto più lontani di Giove, ma hanno anche una massa molto inferiore, ed è questo l'effetto che incide di più in questo caso. Il centro di gravità del sistema Giove-Sole si trova fuori dal globo del Sole, dato che questo ha un raggio di soli 696.000 chilometri. Il centro di gravità si trova a 67.800 chilometri oltre la superficie del Sole nella direzione di Giove.
Siccome il Sole si muove nella sua orbita attorno al centro della Galassia, oscilla ora in un modo ora nell'altro, con un'ampiezza di oscillazione più grande del suo stesso raggio e con un periodo di circa 12 anni. (Anche se il Sole fosse immobile, si sposterebbe ancora da un estremo all'altro e il suo centro traccerebbe un'ellissi perfetta grazie al movimento di Giove intorno a lui.)
Se guardassimo il Sole da un pianeta rotante intorno ad Alpha Centauri, con gli strumenti più perfetti, riusciremmo a malapena a scorgere questa danza del Sole. La sua esatta natura, simmetrica o no, che implichi o meno cambiamenti di velocità o di posizione, o che il cambiamento di velocità sostituisca quello di posizione, dipenderebbe comunque dal nostro angolo di visuale.
In teoria, qualunque sia la posizione da cui si osserva il Sole e qualunque sia la velocità di spostamento del Sole relativa a noi, è possibile intercettare Giove e dire qualcosa sulle sue proprietà, se le nostre misurazioni sono sufficientemente precise.
Infatti, se guardassimo il Sole e il suo spostamento con molta attenzione, scopriremmo che a volte devia più del normale, a volte meno, e questo dipende dal fatto che Saturno sia o meno dalla stessa parte di Giove rispetto al Sole. La posizione del centro di gravità del sistema solare dipende non solo da Giove, ma anche dalla posizione di ogni corpo celeste al suo interno e dalle relative posizioni dei quattro giganti gassosi.
Se un osservatore di Alpha Centauri fosse in grado di compiere osservazioni molto precise e prolungate, riuscirebbe a dedurre, dalla curva e dai cambiamenti di velocità dello spostamento del Sole, l'esistenza di quattro pianeti di particolare massa e particolare distanza dal Sole. Se poi avesse sufficiente tempo e precisione (entro i limiti del principio d'incertezza) potrebbe, in teoria, scoprire anche i corpi più piccoli del sistema solare.
(Ma prima che mi dimentichi: come fa un osservatore a notare la direzione e la velocità di movimento di una particolare stella? Misurando la sua distanza dalla stella apparentemente più vicina che è in realtà così distante che i suoi stessi movimenti, anche se protratti a lungo, sono troppo impercettibili per essere avvertiti e perciò possono costituire un preciso punto di riferimento.)
Funziona anche al contrario. Se, dal nostro sistema solare osserviamo le stelle, in teoria dovremmo riuscire a intercettare i loro movimenti ondulatori e a dire se possiedono pianeti. Dovremmo riuscire a calcolare la quantità e la massa di quei pianeti e la loro distanza dalla stella, se osservassimo i loro movimenti con sufficiente attenzione.
Comunque, più lontana è una stella, più impercettibile risulta il movimento apparente prodotto da un pianeta in orbita. Persino a piccole distanze (per le stelle) le apparenti irregolarità nel loro movimento diventano così impercettibili che praticamente non c'è alcuna speranza di una deduzione diretta della presenza di pianeti. Dobbiamo quindi limitarci all'osservazione delle stelle più vicine.
Anche in questo caso, possiamo aspettarci al massimo di rintracciare pianeti giganteschi come Giove, se non più grandi. I pianeti come la Terra non produrrebbero altro che un indecifrabile tremolio anche nelle stelle più vicine.
Per questo, neanche Giove farà al caso nostro, a meno che la stella in questione non abbia una massa inferiore a quella del Sole. (Ciò che conta non è la massa di un corpo celeste in orbita, in termini assoluti, ma in relazione a quella del corpo attorno a cui ruota. La Luna produce notevoli vibrazioni sulla Terra, ma se ruotasse attorno a Giove alla stessa distanza, le vibrazioni di Giove sarebbero impercettibili).
Tutto ciò è stato messo in pratica. Sirio ha una massa 2,5 volte superiore a quella del Sole, tuttavia ha vibrazioni facilmente registrabili, tanto che lo si fece un secolo e mezzo fa. Ma Sirio vibra in sintonia con una nana bianca, troppo opaca e vicina per poterla intercettare, ma con una massa mille volte superiore a quella di Giove. Eppure, intercettare un pianeta non è la stessa cosa. E allora, è possibile intercettare, a distanze stellari, la più impercettibile vibrazione che indicherebbe la presenza di un pianeta e non solo di un'altra stella? Ma certo! Ed è quello che è stato fatto.
Ci sono circa 15 stelle abbastanza vicine a noi e abbastanza piccole da presentare irregolarità appena visibili in posizione se avessero pianeti rotanti attorno a loro delle dimensioni e della distanza di Giove (o anche più).
Il primo caso di questo tipo la stella 61 Cygni.
La 61 Cygni è vicina a noi, poiché fino alla scoperta della stella di Barnard, era dotata del moto proprio più veloce tra quelli conosciuti all'epoca. Infatti, F. W. Bessel (1784-1846), nel suo tentativo di determinare la distanza di una stella, scelse come oggetto dei suoi esperimenti la 61 Cygni per quella precisa ragione. Riuscì a misurare la parallasse della stella e annunciò il risultato ottenuto nel 1838, cosicché la 61 Cygni si distingue per essere stata la prima stella di cui si sia determinata la distanza.
Dista da noi 11,1 anni luce, il che equivale a 105 trilioni di chilometri. Ciò significa che, di tutte le stelle visibili a occhio nudo, è la quarta più vicina a noi.
La 61 Cygni è una stella doppia, due stelle che ruotano attorno ad un comune centro di gravità. Ognuna delle stelle è più piccola del Sole. La più grande delle due, 61 Cygni A, ha un diametro di circa 7/10 di quello del Sole. Il diametro della 61 Cygni A è di circa 965.000 chilometri, mentre quello della 61 Cygni B è di circa 900.000 chilometri. Le due stelle insieme hanno una massa che è circa i due terzi di quella del nostro sole.
Le due stelle del sistema 61 Cygni sono separate da una distanza media di circa 12,4 miliardi di chilometri, ovvero un po' di più del doppio della distanza media tra il nostro Sole e Plutone, ruotando una attorno all'altra, compiono un giro intorno al loro centro di gravità ogni 720 anni.
Una o entrambe le stelle potrebbero avere un sistema planetario che non dovrebbe subire 1' interferenza dell'altra, anche se i sistemi dovrebbero essere meno grandi di quello del Sole.
Se la Terra ruotasse intorno a una delle stelle del Cigno 61 alla stessa distanza a cui ruota intorno al Sole, apparirebbe nel cielo come un oggetto rosso-arancione decisamente più piccolo del Sole (il che significherebbe, per la Terra, trovarsi avvinta nella morsa dei ghiacci perpetui). L' altra stella di Cigno 61 risulterebbe a malapena visibile, come un punto luminoso. Se brillasse di notte, sarebbe come un oggetto luminoso simile a una stella e senza dischi visibili.
Nel 1943, l'astronomo americano di origine olandese Peter Van de Kamp trovò un'irregolarità nel movimento di rotazione reciproca delle stelle di Cigno 61. Da ciò dedusse la presenza di un terzo oggetto del sistema che chiamò Cigno 61 C e che era, naturalmente, più piccolo di entrambe.
Se Cigno 61 C fosse stata responsabile dell'irregolarità, avrebbe dovuto avere una massa otto volte superiore a quella di Giove. Sarebbe stata solo troppo piccola per dare origine a una funzione nucleare nel suo interno e brillare di luce propria. Ciò vuol dire che Cigno 61 C è il primo pianeta extraterrestre ad essere stato scoperto.
Due astronomi sovietici hanno studiato a fondo il sistema Cigno 61 in questi ultimi anni e, integrando le loro osservazioni con quelle precedenti di Van de Kamp, hanno riscontrato che 1'irregolarità stessa era irregolare. Nell'aprile del 1977, suggerirono l'ipotesi che Cigno 61 A avesse due pianeti, uno con una massa sei volte superiore a quella di Giove e l'altro dodici, e che Cigno 61 B avesse un pianeta con una massa sette volte superiore a quella di Giove.
Se così fosse, Cigno 61 non sarebbe una semplice stella doppia, ma un sistema planetario doppio. Senza dubbio, se ognuna ha uno o due pianeti grandi, potrebbe avere anche un seguito di pianeti più piccoli, satelliti, asteroidi e comete - tutti troppo piccoli per lasciare tracce.
E Cigno 61 non è l'unica stella a rivelare la presenza di pianeti: pare che la presenza di vari super-Giove sia riscontrabile in una mezza dozzina di stelle.
Tutto ciò è molto importante. Sappiamo, per osservazione diretta, che le stelle sono numerosissime ma non abbiamo certezze simili rispetto ai sistemi planetari. Se sono molto rari (com'è possibile) allora non c'è speranza di trovare da qualche parte, accanto a noi, altri esseri intelligenti e altre civiltà. Se i sistemi planetari sono semplicemente il risultato di qualche processo estremamente infrequente nella formazione delle stelle, allora forse siamo soli!
D'altro canto, se i sistemi planetari non sono rari e se di solito accompagnano tutte le stelle, tranne le più insolite, allora c'è una buona probabilità che esistano altre civiltà.
Infatti, come tentano di dimostrare certi astronomi, è inevitabile che esistano altre civiltà nel cosmo.
Secondo le ultime teorie sull'origine del sistema solare è molto più probabile che sia vera l'ultima ipotesi; che ogni stella abbia un sistema planetario proprio e che, di conseguenza, possano esistere varie civiltà nell'Universo. Tuttavia, sarebbe bello se non dovessimo affidarci solo alla teoria, ma avessimo anche qualche prova reale.
Se infatti, delle pochissime stelle che sono abbastanza vicine da mostrare irregolarità alcune lo fanno, dobbiamo concludere che i sistemi planetari sono comuni e probabilmente quasi universali. Se così non fosse, non sarebbe semplicemente stato possibile localizzare i requisiti necessari per rintracciare l'esistenza di pianeti.
Ma ora esaminiamo la stella di Barnard.
Delle stelle molto più piccole del Sole la stella di Barnard è la seconda più vicina a noi. Solo Proxima Centauri la precede. Inoltre, la stella di Barnard è singola, così non c'è possibilità di equivoci determinati dalla presenza di una seconda stella. Per di più, il suo rigido moto proprio dilaterebbe l'onda di irregolarità e la renderebbe forse ancora più evidente.
In realtà, è risultata evidente. Van de Kamp ha trovato, nel suo movimento, irregolarità più clamorose che in qualsiasi altra stella, e le ha interpretate in modo tale da dimostrare la presenza di due pianeti rotanti attorno alla stella.
Di questi, il più vicino alla stella, che chiameremo stella di Barnard B, ha una massa 1,1 volte circa superiore a quella di Giove, mentre l'altro, Barnard C, che è molto più lontano, ha una massa pari a 0,8 volte circa quella di Giove. Questi pianeti hanno una massa inferiore a tutti quelli che siano mai stati scoperti. Infatti, il secondo pianeta è l'unico che sembri più piccolo di Giove.
Le stelle di Barnard B e C non sembrano molto diverse da Giove e saturno. Infatti il movimento di rotazione attorno alla stella stessa (che chiameremo Barnard A) si compie in 12 anni, mentre quello di Barnard C attorno a lei, in 24 - contro i 12 e 29 anni dei nostri Giove e Saturno.
Tutto ciò sarebbe meraviglioso se non ci trovassimo di fronte a qualcosa di sgradevole e deludente. Tutti questi dati sui pianeti extra-solari dipendono da lievi deviazioni, quasi impercettibili, dalle posizioni previste delle stelle.
Negli ultimi anni gli astronomi, osservando la stella di Barnard con grande attenzione e con i più svariati telescopi, hanno cominciato a nutrire dubbi sulle irregolarità registrate: potrebbero infatti essere segno della presenza di pianeti, ma potrebbero anche essere il risultato di inevitabili scarti d'osservazione.
E se i dati registrati sulla stella di Barnard sono risultati dubbi, le irregolarità ancora più piccole, scoperte nelle altre stelle hanno senz'altro un significato ancora più incerto.
Ciò significa che non possiamo avere la sicurezza di avere osservato veramente i fenomeni che dimostrano l'esistenza di pianeti. E non possiamo nemmeno avere la sicurezza di pensare che i sistemi planetari siano frequenti, e magari, quasi universali. Non possiamo nutrire la splendida illusione che non troppo lontano da noi esistano altre civiltà con cui potremmo metterci in contatto un giorno.
Significa che dobbiamo arrenderci?
No, naturalmente.
Il principio rimane intatto. Se esistono pianeti rotanti attorno a stelle, queste mostreranno irregolarità nel proprio moto e saranno tanto più grandi quanto più piccola sarà la stella, più grande il pianeta e maggiore la distanza pianeta-stella. È un fatto innegabile.
L'unico problema, al momento, è che, anche nelle condizioni più favorevoli, le irregolarità sono troppo piccole per ottenere misurazioni sicure.
In tal caso, dobbiamo cambiare le condizioni di osservazione per riuscire a registrare le imperfezioni con maggior precisione.
Niente ce lo può impedire, tranne il muro invalicabile rappresentato dal principio di incertezza.
Un notevole miglioramento si otterrebbe collocando un grande telescopio sulla Luna, o in orbita. Se fossimo in grado di osservare le stelle più vicine senza interferenze di assorbimento, rifrazione e oscillazione di temperatura, causate dall'atmosfera, avremmo già eliminato una grossa fonte d' incertezza.
Inoltre, nello spazio aperto, si potrebbe osservare l'intera gamma di radiazioni elettromagnetiche e sarebbe possibile ridurre il contrasto tra la luminosità di una stella e l'oscurità dei pianeti vicini scegliendo la lunghezza d'onda più appropriata, grazie all'uso intelligente di computer e altri mezzi, dimodoché potremmo veramente vedere il pianeta.
Se riuscissimo a scoprire, senza possibilità d'errore, pianeti attorno ad alcune delle stelle più vicine, sarebbe di nuovo possibile la tesi del sistema planetario universale con le sue infinite civiltà. E se non saltasse fuori nessun pianeta dovremmo arrenderci all'idea e consolarci, pensando che un fatto simile ci può aiutare a sviluppare teorie più accurate sulla formazione delle stelle e a capire meglio l'Universo.
In ogni caso, questa possibilità da sola meriterebbe qualsiasi spesa necessaria a collocare un grande telescopio nello spazio.

FINE