URANO

Dati rielaborati fonti Wikipedia e NASA (C)

Urano è il settimo pianeta del sistema solare in ordine di distanza dal Sole, il terzo per diametro e il quarto per massa. Venne scoperto il 13 marzo 1781 da William Herschel. Una curiosità riguardo alla sua scoperta è che essa giunse del tutto inaspettata: i pianeti visibili ad occhio nudo (fino a Saturno) erano conosciuti da millenni, e nessuno sospettava l'esistenza di altri pianeti, fino alla scoperta, più che altro per caso, di Herschel che notò come una particolare stellina sembrava spostarsi.

La caratteristica più interessante del pianeta è l'orientamento del suo asse di rotazione. Tutti gli altri pianeti hanno il proprio asse quasi perpendicolare al piano dell'orbita, mentre quello di Urano è quasi parallelo. Ruota quindi mantenendo uno dei suoi poli verso il sole per metà del periodo di rivoluzione con conseguente estremizzazione delle fasi stagionali. Inoltre, poiché l'asse è inclinato di poco più di 90°, la rotazione è tecnicamente retrograda: Urano ruota nel verso opposto a quello di tutti gli altri pianeti del sistema solare, anche se vista l'eccezionalità dell'inclinazione la rotazione retrograda è solo una nota minore.

Il periodo della sua rivoluzione attorno al sole è di 84 anni circa e quindi ogni 40 anni cambia il polo esposto al sole, che ha una temperatura superiore rispetto a quella dell'equatore. La sua orbita giace in pratica sul piano dell'eclittica (inclinazione di 0,7°).

Urano è un gigante gassoso, simile a Nettuno ma leggermente più grande. La struttura interna del pianeta è costituita da una atmosfera spessa 7600 km.

La sonda Voyager 2 è l'unica sonda spaziale ad essersi avvicinata al pianeta, e non sono in programma missioni per il futuro.

Atmosfera

L'atmosfera è spessa 7600 km ed è composta da idrogeno (83%), elio (15%), metano (2%) e con tracce di acqua ed ammoniaca. Nel 1986 la sonda spaziale Voyager 2 rilevò nubi trasportate da correnti d'aria comprese tra i 100 e i 600 km/h. Nel 1998 il telescopio spaziale Hubble ha fotografato, a differenti altitudini, circa 20 formazioni nuvolose tra le più luminose presenti nel sistema solare esterno. Le nubi sono probabilmente formate da cristalli di metano che condensano come bolle calde di gas risalenti dalle profondità di Urano.

La parte sottostante, più dell'80% della massa del pianeta, è formata da un liquido composto principalmente da materiali "ghiacciati" di acqua, metano ed ammoniaca, mentre la parte centrale è formata da materiale più denso.

Il colore ciano del pianeta è dovuto all'atmosfera composta prevalentemente di metano che assorbe la luce rossa e riflette quella blu. La temperatura della superficie delle nuvole che ricoprono Urano è di circa 55 K (-218 °C o -360 °F); Urano è talmente distante dal Sole che la differenza di temperatura tra l'estate e l'inverno è quasi nulla.

Alla sommità delle nubi la temperatura è di circa -220°C con piccole differenze tra le diverse zone del pianeta, probabilmente esso possiede un particolare sistema di ridistribuzione dell'energia solare. Le varie misurazioni hanno rivelato che la quantità di calore che riceve dal sole è quasi la stessa di quella che irradia.

La differente velocità delle nubi tra i poli e l' equatore faceva intendere la presenza di forti correnti, e la particolarità di Urano di avere una forte inclinazione dell'asse di rotazione induceva a credere che ci fosse stato uno sviluppo di vento fortissimo e condizioni atmosferiche particolari, ma al contrario questi fattori sono stati ridimensionati e sottili nubi percorrono strade parallele all'equatore , proprio come avviene sulla Terra, ad una velocità che varia da 170 a 570 km orari.

Struttura interna

Urano è composto principalmente di rocce e vari tipi di ghiaccio, con solo circa il 15% di idrogeno e una piccola frazione di elio (questo in contrasto con Giove e Saturno che invece sono composti principalmente da idrogeno). Urano (come Nettuno) è in molti modi simile alla parte interna di Giove e Saturno, senza però la massiccia presenza di idrogeno metallico liquido che i due pianeti giganti posseggono grazie alle pressioni enormi che esercitano sulle loro parti interne. Urano, di massa più piccola, non può generare una pressione sufficiente. Sembra inoltre che Urano non abbia un nucleo roccioso, ma invece il materiale che lo compone sembra essere più o meno distribuito in modo uniforme.

Siccome Urano possiede una densità simile a Giove, ma ha una massa 22 volte minore si può dedurre che nel suo interno non ci sia idrogeno liquido, ma un nucleo roccioso (di 7500 km di raggio) composto principalmente di ferro e silicio.

Attorno al nucleo si sviluppa un mantello (di 10500 km di spessore) con una composizione prevalente di: ghiaccio, metano ed ammoniaca.

Infine c'è lo strato superficiale (di 7500 km) che avvolge l'intero pianeta fatto di idrogeno molecolare, elio ed ammoniaca.

Grazie ad alcune prove di laboratorio fatte dall' astrofisico William B. Hubbard è stata promulgata l'ipotesi che non necessariamente il nucleo del pianeta fosse roccioso, ma fatto di una miscela d'acqua, ammoniaca ed isopropano sottoposta ad una pressione di 2 milioni di atmosfere; e questa nuova ipotesi sembra si adatti a quella che è la struttura e la caratteristica dell'interno di Urano.

Inclinazione dell'asse

Una delle principali caratteristiche di Urano è l'inclinazione del suo asse di 98°. Di conseguenza, per parte della sua orbita un polo è verso il Sole continuamente, mentre l'altro polo è nella zona in ombra. Dall'altra parte dell'orbita di Urano i due poli si invertono e quindi quello che prima era in ombra è costantemente diretto verso il Sole. Tra questi due estremi il Sole sorge e tramonta intorno all'equatore normalmente.

Quando il Voyager 2 visitò il pianeta nel 1986, il polo sud di Urano era diretto verso il Sole. Da notare che l'assegnazione di questo polo come polo sud è attualmente in discussione. Urano può essere descritto come pianeta che ha un'inclinazione dell'asse leggermente maggiore di 90° o come pianeta che ha un'inclinazione leggermente inferiore a 90° e una rotazione retrograda. Queste due descrizioni sono esattamente equivalente come descrizione fisica di un pianeta, ma il risultato è che la definizione di Polo Nord e Polo Sud è una l'opposta dell'altra.

Un risultato di questo strano orientamento è che le regioni polari di Urano ricevono una grande quantità di energia dal Sole in maniera maggiore rispetto alle regioni prossime all'equatore. Tuttavia Urano è più caldo all'equatore che ai poli anche se il meccanismo responsabile di questo non è attualmente conosciuto. È sconosciuta anche la ragione per cui l'asse di rotazione di Urano è così inclinato. Per spiegare quest'ultimo fatto è stata presentata un'ipotesi che si basa su una possibile collisione di Urano, durante le fasi di formazione, con un altro protopianeta, con risultato finale questa strana inclinazione dell'asse.

Sembra anche che l'estrema inclinazione dell'asse di rotazione di Urano causi delle variazioni estreme nelle stagioni per quanto riguarda il tempo meteorologico. Durante il viaggio del Voyager 2 le nubi di Urano erano estremamente deboli e miti, mentre osservazioni recenti (2005) fatte tramite il telescopio spaziale Hubble hanno rilevato una presenza molto più accentuata e turbolenta ora che l'inclinazione dell'asse sta portando l'equatore nella direzione perpendicolare del Sole (nel 2007 si avrà tale allineamento).

Campo magnetico

Il campo magnetico di Urano è strano in quanto non ha il suo centro nel nucleo del pianeta ed è inclinato di almeno 60° rispetto all'asse di rotazione. Probabilmente è generato dal movimento a profondità relativamente superficiali all'interno del pianeta. Nettuno ha un campo magnetico simile e quindi si pensa che questa stranezza non sia dovuta allo strana inclinazione dell'asse di Urano. La magnetosfera è attorcigliata dalla rotazione del pianeta in una spirale retrostante il pianeta stesso. La sorgente del campo magnetico è attualmente (2005) sconosciuta; attualmente non si ritiene più vera la supposizione dell'esistenza, tra il nucleo del pianeta e l'atmosfera, di un oceano super-pressurizzato composto da acqua ed ammoniaca che avrebbe potuto generare una conduzione elettrica.

Anelli

Urano possiede un sistema di anelli appena percettibile, composto da materia scura e polverizzata fino a 10 m di diametro. Il sistema di anelli fu scoperto il 10 marzo 1977 da James L. Elliot, Edward W. Dunham e Douglas J. Mink grazie all'osservatorio volante Kuiper Airborne Observatory. La scoperta fu inaspettata: gli astronomi avevano predisposto l'aereo appositamente per studiare un fenomeno molto raro: l'occultazione di una stella da parte di Urano, con l'intento di poter studiare la sua atmosfera, che avrebbe filtrato i raggi della stella, prima che questa scomparisse dietro il pianeta. Il C141 trasportava un telescopio di 90 cm. e un fotometro fotoelettrico molto sensibile, capace di misurare le più piccole variazioni di luminosità. Quando i ricercatori analizzarono le loro osservazioni scoprirono che la stella era scomparsa brevemente dalla vista cinque volte prima e dopo l'occultamento da parte del pianeta. Dopo ripetuti controlli, nel dubbio di un difetto nello strumento, conclusero che intorno ad Urano doveva esserci un sistema di anelli analoghi a quelli di Saturno. Tale sistema di anelli venne rilevato direttamente quando la sonda spaziale Voyager 2 passò nei pressi di Urano nel 1986.

Nel dicembre 2005 il telescopio spaziale Hubble ha fotografato due nuovi anelli precedentemente sconosciuti. Il più largo di questi ha un diametro due volte più grande degli anelli precedentemente conosciuti. I due anelli sono così lontani dal pianeta che sono stati chiamati il "secondo sistema di anelli" di Urano. Gli scienziati che hanno effettuato lo studio ipotizzano che l'anello più esterno venga continuamente alimentato dal satellite Mab, scoperto nel 2005 e dal diametro di circa 20 km, che orbita all'interno di tale anello.

Satelliti naturali

Il pianeta Urano possiede un complesso sistema di satelliti naturali; quelli scoperti fino ad oggi (2006) sono ventisette.

Diversamente dalle altre lune dei pianeti del sistema solare i cui nomi sono tratti da personaggi della mitologia, i nomi dei satelliti uraniani provengono da opere dei poeti inglesi William Shakespeare ed Alexander Pope.

Fra il 1994 al dicembre 2005 molte orbite dei satelliti di Urano sono variate, come è stato possibile desumere dal confronto dei dati raccolti mediante il telescopio spaziale Hubble con le osservazioni del programma Voyager. Sembra che un processo casuale causi un continuo scambio di energia e momento angolare tra le lune. Secondo i calcoli le lune di Urano dovrebbero arrivare ad una collisione ogni pochi milioni di anni, un tempo straordinariamente breve rispetto ai 4,5 miliardi di anni di vita del sistema solare. Il sistema di satelliti di Urano si dimostra così molto giovane e instabile; gli scienziati pensano di utilizzarlo come modello per studiare la formazione ed il mantenimento di un sistema planetario.

I satelliti di Urano possono essere a grandi linee distinti in due gruppi, i satelliti regolari e gli irregolari, a seconda del tipo di orbita e della loro origine.

I satelliti regolari di Urano si distinguono per avere orbite quasi circolari e relativamente piccole (rispetto al campo gravitazionale del pianeta) e in aggiunta sono situati molto vicino al piano equatoriale del pianeta.

I cinque satelliti principali - Miranda, Ariel, Umbriel, Titania e Oberon - fanno tutti parte del gruppo dei satelliti regolari; il loro periodo di rotazione è pari periodo orbitale (similmente a quando accade per la Luna con la Terra, cioè, essi rivolgono sempre lo stesso emisfero verso la superficie di Urano, secondo un moto di rotazione sincrona).

Il gruppo dei satelliti regolari comprende anche 13 lune minori, ovvero Cordelia, Ofelia, Bianca, Cressida, Desdemona, Giulietta, Porzia, Rosalinda, Cupido, Belinda, Perdita, Puck e Mab. Si ritiene che tutti i satelliti regolari, che complessivamente sono diciotto, si siano formati mediante il tradizionale processo di accrescimento di dischi protoplanetari orbitanti intorno ad Urano, analogamente ai principali pianeti del sistema solare.

I satelliti irregolari, contrariamente al gruppo dei regolari, presentano orbite di maggiori dimensioni, più eccentriche e inclinate rispetto al piano equatoriale di Urano.

A questo gruppo appartengono nove satelliti minori: Francisco, Calibano, Stefano, Trinculo, Sicorace, Margherita, Prospero, Setebos e Ferdinando. Si ritiene che questi satelliti, a differenza dei regolari, non si siano formati all'interno del sistema uraniano, ma siano stati catturati, in tempi successivi, dalla forza di gravità del pianeta.

Cronologia delle scoperte

1787 - Il 13 marzo l'astronomo britannico William Herschel scopre Titania e Oberon mediante un telescopio riflettore da 60 cm nei pressi di Liverpool.

1851 - William Lassell scopre altri due satelliti, Ariel e Umbriel.

1852 - Il figlio di John Herschel attribuisce ai quattro satelliti scoperti i loro nomi attuali.

1948 - L'astronomo statunitense Gerard Kuiper scopre un quinto satellite, Miranda.

1986 - Grazie ai dati trasmessi a Terra dalla sonda spaziale Voyager 2 vengono progressivamente individuati undici nuovi satelliti, che portano il totale a 16; si tratta di Cordelia, Ofelia, Bianca, Cressida, Desdemona, Giulietta, Porzia, Rosalinda, Belinda, Perdita e Puck. La scoperta di Perdita è in realtà successiva, ma è legata unicamente ad un riesame delle immagini raccolte nel 1986.

1997 - Scoperta di Calibano, grazie alle osservazioni compiute da Brett Gladman, Philip Nicholson, Joseph Burns e John Kavelaars con il telescopio da 200 pollici Hale dell'Osservatorio di Monte Palomar, in California. Viene inoltre scoperta Sicorace.

1999 - La scoperta di tre nuovi satelliti porta il totale a 21: si tratta di Stefano (Brett Gladman), Prospero (Matthew Holman) e Setebos (John Kavelaars).

2001 - Vengono individuate Trinculo (Matthew Holman), Ferdinando (Matthew Holman, John Kavelaars, Dan Milisavljevic e Brett Gladman) e Francisco (Matthew Holman e Brett Gladman).

2003 - Le osservazioni di Hubble portano alla scoperta di Cupido (Mark Showalter e Jack Lissauer), Mab (Mark Showalter e Jack Lissauer) e Margherita (Scott Sheppard). Il totale dei satelliti arriva così a ventisette.

Segue un prospetto con i dati dei 27 satelliti di Urano conosciuti, ordinati per periodo di rivoluzione intorno al pianeta. Sono evidenziati in violetto i satelliti abbastanza massicci da possedere una forma sferoidale, e in grigio scuro i satelliti irregolari, probabilmente catturati in un secondo momento dalla forza di gravità del pianeta.

Nome		Diametro medio	Massa	Raggio orbitale medio	Periodo orbitale	Scoperta
Urano VI	Cordelia	13 ± 2 km	0,8×10¹⁸ kg	49 752 km	0,3350338 giorni	1986
Urano VII	Ofelia	15 ± 8 km	0,8×10¹⁸ kg	53 764	0,376400 giorni	1986
Urano VIII	Bianca	21 ± 4 km	0,8×10¹⁸ kg	59 166	0,43457899 giorni	1986
Urano IX	Cressida	80 ± 4 km	0,343×10¹⁸ kg	61 780 km	0,463570 giorni	1986
Urano X	Desdemona	64 ± 8 km	0,178×10¹⁸ kg	62 680 km	0,473650 giorni	1986
Urano XI	Giulietta	94 ± 8 km	0,557×10¹⁸ kg	64 350 km	0,493065 giorni	1986
Urano XII	Porzia	135 ± 8 km	1,68×10¹⁸ kg	66 090 km	0,513196 giorni	1986
Urano XIII	Rosalinda	72 ± 12 km	0,254×10¹⁸ kg	69 940 km	0,558460 giorni	1986
Urano XXVII	Cupido	~17,8 km	3,8×10¹⁵ kg	74 800 km	0,618 giorni	2003
Urano XIV	Belinda	81 ± 16 km	0,357×10¹⁸ kg	75 260 km	0,623527 giorni	1986
Urano XXV	Perdita	~26,6 km	13×10¹⁵ kg	76 420 km	0,638 giorni	1986
Urano XV	Puck	162 ± 4 km	2,89 × 10¹⁸ kg	86 010 km	0,761833 giorni	1986
Urano XXVI	Mab	~24,8 km	1,0 × 10¹⁶ kg	97 734 km	0,923 giorni	2003
Urano V	Miranda	471,6 ± 1,4 km	(66 ± 7) × 10¹⁸ kg	129 390 km	1,413479 giorni	1948
Urano I	Ariel	1157,8 ± 1,2 km	(1,35 ± 0,12) × 10²¹ kg	191 020 km	2,520379 giorni	1851
Urano II	Umbriel	1169,4 ± 5,6 km	(1,17 ± 0,13) × 10²¹ kg	266 300 km	4,144177 giorni	1851
Urano III	Titania	1577,8 ± 3,6 km	(3,53 ± 0,09) × 10²¹ kg	435 910 km	8,705872 giorni	1787
Urano IV	Oberon	1522,8 ± 5,2 km	(3,01 ± 0,07) × 10²¹ kg	583 520 km	13,463239 giorni	1787
Urano XXII	Francisco	~12 km	1,3×10¹⁵ kg	4 276 000 km	-0,7299 anni	2001
Urano XVI	Calibano	~98 km	0,73×10¹⁸ kg	7 231 000 km	-1,5871 anni	1997
Urano XX	Stefano	~20 km	6×10¹⁵ kg	8 004 000 km	-1,8546 anni	1999
Urano XXI	Trinculo	~10 km	0,75×10¹⁵ kg	8 504 000 km	-2,0780 anni	2001
Urano XVII	Sicorace	~190 km	5,4×10¹⁸ kg	12 179 000 km	-3,5272 anni	1997
Urano XXIII	Margherita	~11 km	1,3×10¹⁵ kg	14 345 000 km	4,6401 anni	2003
Urano XVIII	Prospero	~30 km	21×10¹⁵ kg	16 256 000 km	-5,4136 anni	1999
Urano XIX	Setebos	~30 km	21×10¹⁵ kg	17 418 000 km	-6,1185 anni	1999
Urano XXIV	Ferdinando	~12 km	1,3×10¹⁵ kg	20 901 000 km	-7,7300 anni	2001