Ultima Thule: primi risultati

Questi ultimi 20 anni sono stati entusiasmanti per quanto riguarda l’esplorazione dei confini del Sistema Solare. Sappiamo che fra le 30 e le 50 UA dal Sole, oltre Nettuno, si trova la Edgeworth-Kuiper Belt, una fascia di asteroidi ghiacciati con struttura e dinamica ancora poco conosciuta, di cui sono noti circa 2200 membri fra i quali i pianeti nani Plutone, Eris, Haumea e Makemake. Plutone, dopo essere stato per decenni un piccolo dischetto osservabile solo con i maggiori telescopi, è stato esplorato direttamente dalla sonda New Horizons della NASA il 14 luglio 2015 in uno storico flyby che ha chiuso la prima fase pionieristica di esplorazione dei maggiori corpi del Sistema Solare.

Considerato che la New Horizons è stata la prima sonda a esplorare la Fascia di Kuiper (e tale rimarrà per parecchio tempo), dopo il flyby con Plutone si è pensato giustamente di sfruttarne al massimo la vita operativa dirigendola verso un ulteriore target: (486958) 2014 MU69, cui il team della New Horizons ha dato il soprannome mitologico di “Ultima Thule“.

2014 MU69 è stato scoperto il 26 giugno 2014 dal Telescopio Spaziale Hubble durante una campagna osservativa mirata a trovare un nuovo obiettivo per la missione New Horizons da raggiungere dopo il flyby con Plutone. Questo TNO gira attorno al Sole su un’orbita a bassa inclinazione sull’Eclittica e quasi circolare avente un semiasse maggiore di 44,5 UA (pari a circa 6,7 miliardi di km): si tratta di un corpo appartenente alla classical Kuiper Belt. Per descrivere un’intera orbita Ultima Thule impiega quasi 300 anni ossia circa 50 in più di Plutone e, trovandosi così lontano dal Sole, la temperatura della superficie è estremamente bassa, dell’ordine dei -230 °C. La grande distanza dal Sole combinata con le sue piccole dimensioni, che ne impediscono una evoluzione geologica di un qualche rilievo, fanno di 2014 MU69 il corpo più primitivo che sia mai stato analizzato da una sonda interplanetaria.

orbit_2014mu69
Figura 1 – L’orbita eliocentrica del TNO 2014 MU69 (alias Ultima Thule), rappresentata dal JPL Small-Body Database Browser.

Il flyby della New Horizons con Ultima Thule alla distanza minima di 3536 km è avvenuto il 1° gennaio 2019 alle 5:33:19 UT. Dopo diverse ore di attesa è stata finalmente rilasciata la prima immagine a media risoluzione, vedi Figura 2. L’immagine è stata ripresa dallo strumento Long-Range Reconnaissance Imager (LORRI) alle 5:01 GMT da soli 28.000 chilometri di distanza, appena 30 minuti prima del flyby! La scala è di soli 140 metri per pixel e la prima cosa che balza all’occhio è l’assenza di grandi crateri da impatto, come se la superficie fosse relativamente giovane oppure avesse subito un processo di ringiovanimento il che è strano per un corpo di così piccola taglia (dimensioni di circa 31 × 16 km) posto a grande distanza dal Sole. Per esempio, i piccoli satelliti di Plutone Nix e Hydra sono solo un poco più grandi di Ultima Thule, ma presentano diversi crateri da impatto sulla loro superficie. Rispetto a quello che era stato trovato alla superficie di Nix, su Ultima Thule non ci sono prove evidenti della presenza della banda di di assorbimento del ghiaccio a 2,0 μm, quindi è probabile che la presenza di questo composto sia molto inferiore rispetto a quello trovato dalla New Horizons sulla superficie dei satelliti di Plutone.

In ogni caso è stata confermata la morfologia bilobata di Ultima Thule che risultava già dalle immagini a bassa risoluzione, riprese quando la New Horizons era in fase di avvicinamento. Il TNO è composto da due corpi sferoidali, Ultima (19 km di diametro) e Thule (14 km di diametro), con un periodo di rotazione attorno al proprio asse di circa 16 ore. Si tratta del primo sistema binario a contatto della Kuiper Belt anche se la forma non è tanto inconsueta: il satellite di Plutone Kerberos ha una forma simile pur essendo circa 1/3 di Ultima Thule. Questi risultati sono perfettamente coerenti con quelli ottenuti dall’osservazione di un’occultazione stellare avvenuta il 17 luglio 2017, i cui risultati erano compatibili con un corpo molto allungato oppure con due corpi molto vicini fra loro. Lo scenario più probabile per la formazione di Ultima Thule vede una nube di piccoli corpi ghiacciati in orbita attorno al comune centro di massa, che si aggregano fino a formare due corpi principali che – interagendo con i più piccoli – li espellono dal sistema perdendo momento angolare fino a collidere, a bassa velocità, formando il sistema attuale. Tutto chiaro dunque? Non proprio. Se si applica la Terza Legge di Keplero al sistema binario composto da Ultima e Thule:

terza_legge_keplero

dove a è la distanza fra i centri dei due corpi, P il periodo di rotazione e m sono le masse delle due componenti, si può ottenere la densità media del sistema:

densita_media

qui r sono i raggi di Ultima e Thule. Sostituendo i valori noti, ossia a = 16,5 km, P = 16 ore, r1 = 9,5 km e r2 = 7 km si trova ρ ≈ 60 kg/m³. Questo valore della densità è molto basso se si pensa che il ghiaccio d’acqua ha un valore di circa 917 kg/m³. Ad esempio, la densità media di Plutone è di circa 1900 kg/m³. Se la densità che si trova ipotizzando che il periodo di Ultima Thule sia quello di un sistema binario è – oggettivamente – troppo bassa vuol dire che il periodo di 16 ore è troppo lungo. In effetti, supponendo una densità media di 2000 kg/m³ per le due componenti, al momento della sua formazione il sistema binario doveva avere un periodo di circa 2,6 ore. Chi o che cosa ha rallentato Ultima Thule fino al valore attuale del periodo di rotazione? Una qualche forma di attività cometaria è da escludere viste le basse temperature. Probabilmente è intervenuto un terzo corpo che ha rallentato il sistema sottraendo momento angolare.

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Figura 2 – Questa immagine a media risoluzione di Ultima Thule ripresa dallo strumento LORRI mostra un corpo bilobato con dimensioni di 31 × 16 km. Notare l’anello più chiaro nella zona di congiunzione dei due corpi la cui natura non è ancora ben chiara  (NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute).

Comunque sia, con i dati già trasmessi a terra da New Horizons è stato stabilito che:

  1. Non ci sono tracce di anelli o satelliti più grandi di 2 km di diametro in orbita attorno a Ultima Thule.
  2. Non c’è traccia di atmosfera.
  3. Il colore rossastro di Ultima Thule è identico al colore di TNO simili della Fascia di Kuiper.
  4. I due lobi di Ultima Thule hanno colori quasi identici. Questo è coerente con ciò che si sa sui sistemi binari che non sono mai entrati in contatto l’uno con l’altro.

Dopo il flyby con Ultima Thule e l’invio delle prime immagini verso la Terra la trasmissione dei dati da New Horizons si è interrotta perché la sonda è entrata in congiunzione con il Sole. La trasmissione riprenderà il 15 gennaio 2019, ma saranno necessari 20 mesi per l’invio a terra di tutte le informazioni raccolte durante il flyby.

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Figura 3 – La prima immagine a colori di Ultima Thule, ripresa da una distanza di 137.000 km alle 4:08 UT del 1 ° gennaio 2019, evidenzia la sua superficie rossastra. A sinistra è visibile un’immagine a colori migliorata ripresa dalla MVIC (Multispectral Visible Imaging Camera), prodotta combinando i canali del vicino infrarosso, rosso e blu (NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute).
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Figura 4 – La migliore immagine di Ultima Thule rilasciata il 24 gennaio 2019. Questa immagine è stata scattata dalla New Horizons quando il KBO era a 6.700 km di distanza, alle 05:26 UT del 1 gennaio 2019, solo sette minuti prima del flyby. La risoluzione è di 135 metri/pixel. Sul terminatore in alto sono visibili alcuni piccolo crateri da impatto di circa 700 metri di diametro (NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute).

Bibliografia

Stern et al., Overview of initial results from the reconnaissance flyby of a Kuiper Belt planetesimal: 2014 MU69

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