Due matematici – Stephen Wiggins e Andrew Burbanks della Bristol University in Gran Bretagna – due chimici – David Farrelly e Sergey Asthakov della Utah State University statunitense – e una nuova teoria di astrofisica pubblicata su Nature. Una spiegazione per quello che i ricercatori chiamano “Moon Capture Problem” (problema della cattura della Luna), ovvero come sia possibile che alcuni satelliti, che originariamente si trovavano a orbitare intorno al Sole, nel corso dei secoli siano passati a ruotare intorno a un pianeta. Osservando come la teoria matematica del caos entrava in gioco nella meccanica di certe reazioni chimiche, i quattro studiosi si sono resi conto che un simile approccio poteva essere usato anche nella meccanica celeste. Hanno così creato un modello matematico che descrive il modo in cui un corpo celeste, una volta avvicinatosi sufficientemente, viene “catturato” dal campo gravitazionale di un pianeta. A questo punto l’attrito con i gas presenti e altre forze dissipative intervengono sul corpo fino a quando la conseguente perdita di energia è tale da modificarne l’orbita e renderla concentrica intorno al pianeta. Abbiamo chiesto a David Farrelly di spiegarci in che cosa consiste questa nuova teoria.Professor Farrelly, come si è giunti all’astrofisica a partire dalla chimica? “Il problema della cattura, così come il fenomeno opposto della fuga, si presenta in molti casi di fisica atomica. Per esempio la formazione dell’ozono prevede la “cattura” di un atomo di ossigeno da parte di una molecola di ossigeno (O2). Nello studiare questi fenomeni abbiamo usato un modello matematico chiamato “problema dei tre corpi ristretto” (Rtbp) che studia il modo di interagire di tre corpi, siano questi particelle in un atomo oppure corpi celesti”. Com’è possibile usare uno stesso modello per oggetti macroscopici come i corpi celesti e per quelli microscopici come le componenti di un atomo?”In effetti l’Rtbp è un modello della meccanica classica settecentesca e risale al matematico Lagrange. A fornirci una spiegazione coerente dei fenomeni atomici è invece la meccanica quantistica, ma essa è spesso difficile da applicare e non fornisce un quadro completo di ciò che succede all’interno dell’atomo. Da qui l’uso di metodi definiti “semiclassici”, ovvero: si parte dall’uso di modelli della meccanica classica (come l’Rtbp) e quindi si aggiungono, in approssimazioni successive, gli effetti quantistici. Lavorando con questi metodi abbiamo visto che le orbite delle particelle “catturate” erano governate dalla teoria matematica del caos”. Da qui l’idea del nuovo approccio anche nei confronti del Moon Capture Problem?”Sì. Gli studi precedenti al nostro avevano come oggetto il comportamento del satellite una volta avvenuta la cattura. Noi invece abbiamo dimostrato che le orbite che penetrano la cosiddetta “sfera di Hill”, una zona concentrica al pianeta, e non ne fuoriescono immediatamente, assumono un comportamento caotico. Questo fa sì che il corpo sosti in questa fascia a lungo, tanto che, a causa dell’attrito con le polveri e i gas presenti, subisce una perdita di energia tale da intrappolarlo definitivamente nel campo gravitazionale del pianeta. Se questa transizione dell’orbita a un comportamento caotico non avvenisse, il corpo non sosterebbe nella “sfera di Hill” per un tempo sufficiente a intrappolarlo definitivamente”. Negli ultimi anni si è verificata una vera e propria “caccia al satellite” specialmente nei confronti dei due giganti Giove e Saturno: le cifre attuali parlano di ben 60 lune che gravitano intorno al primo, mentre più di 30 sarebbero quelle intrappolate nel campo gravitazionale del secondo. Tra tutti questi satelliti si distinguono alcuni – detti “irregolari” – che gli scienziati, in base a considerazioni sulla forma dell’orbita e la considerevole distanza dal pianeta, ritengono fossero originariamente orbitanti intorno al Sole. Cosa lo fa supporre?”Inizialmente, nella nebulosa solare che ha dato origine al nostro sistema, tutto ruotava intorno al Sole”, riprende Farrelly. “In alcuni casi una parte di un pianeta si è staccato in seguito a una collisione ed è quindi entrato in orbita come satellite – è il caso della nostra Luna. Tuttavia è molto improbabile che questo si sia verificato nel caso di satelliti distanti milioni di chilometri da Giove o da Saturno, facendo pensare che appunto l’orbita originale fosse centrata intorno al Sole”.Oltre a essere in pieno accordo con il comportamento osservato dei satelliti già noti, la teoria sviluppata dai quattro ricercatori per spiegare il Capture Problem è inoltre in grado di prevedere in quali zone nuovi satelliti irregolari possono trovarsi, facilitando così le ricerche degli astronomi. Non solo, essa scioglie un ulteriore enigma finora irrisolto: perché la maggior parte dei satelliti irregolari orbitano intorno al pianeta in modo “retrogrado” rispetto a quest’ultimo, ovvero in direzione opposta rispetto alla rotazione del pianeta intorno al Sole? Se il fenomeno fosse completamente casuale, dovrebbero esserci più o meno altrettanti satelliti che orbitano intorno al pianeta in modo “progrado”, ovvero in accordo con la rotazione di quest’ultimo rispetto al Sole, e invece i satelliti con questo tipo di moto sono molto rari. Ebbene, il team anglo-statunitense ha scoperto che i satelliti con orbita prograda tendono ad avvicinarsi maggiormente al pianeta dove è molto più alta la probabilità che si verifichi una collisione con il pianeta stesso o con satelliti più grossi.
