Bella domanda: la risposta è che non lo sappiamo. Probabile che esista una popolazione di asteroidi all’interno dell’orbita di Mercurio ma, fino a ora, le ricerche hanno dato esito negativo pur essendo state fatte sia dal suolo (durante le eclissi totali di Sole), sia dallo spazio. Facciamo il punto su questa ipotetica ed elusiva popolazione di asteroidi.

Le Verrier e il pianeta Vulcano

I pianeti noti del Sistema Solare sono otto: da Mercurio, fino al remoto Nettuno. Oltre si estende la Fascia di Kuiper, una cintura di asteroidi che circonda il Sistema Solare. Fino al 1992 la Fascia di Kuiper era solo stata ipotizzata, ma quell’anno, con la scoperta di 1992 QB1 (ora noto come 15760 Albion), si ebbe la prima prova della sua esistenza. Cosa abbiamo al limite interno del Sistema Solare? Il pianeta Mercurio che è il primo protagonista della nostra storia. Si tratta di un corpo celeste che si muove su un’orbita ellittica attorno al Sole con un semiasse maggiore di 0,39 au (1 au = 150 milioni di km), un’eccentricità di 0,20 e un periodo orbitale siderale di 87,97 giorni. Con il suo diametro di 4880 km è il più piccolo fra i pianeti del Sistema Solare, è privo di atmosfera e la sua superficie è molto simile a quella fittamente craterizzata della Luna. Come pianeta Mercurio è visibile a occhio nudo, infatti era già noto agli antichi greci che lo identificarono con Hermes, il messaggero degli Dei, per la rapidità di spostamento in cielo. La difficoltà nell’osservazione di Mercurio a occhio nudo consiste nel fatto che non si allontana angolarmente mai molto dal Sole, quindi può essere visto solo poco dopo il tramonto o poco prima dell’alba, quando il cielo è ancora chiaro. Considerato che l’orbita è sensibilmente ellittica, le sue massime elongazioni dal Sole possono andare da 18° a 28°: nella migliore delle condizioni si può osservare circa due ore dopo il tramonto del Sole.

Il secondo protagonista è l’astronomo e matematico francese Urbain Jean Joseph Le Verrier (1811 – 1877), famoso per la scoperta “a tavolino” del pianeta Nettuno, avvenuta dall’osservatorio di Berlino il 23 settembre 1846, grazie all’analisi delle perturbazioni gravitazionali esercitate sull’orbita di Urano. Dopo la scoperta dell’ottavo pianeta del Sistema Solare, Le Verrier si dedicò all’analisi dell’orbita di Mercurio e nel 1859 pubblicò i risultati delle sue ricerche. Secondo i calcoli di Le Verrier, la precessione del perielio di Mercurio – tenendo conto delle perturbazioni gravitazionali esercitate dagli altri pianeti – non poteva essere completamente spiegata in base alla teoria Newtoniana della gravitazione, restava un eccesso di circa 43 arcsec/secolo. Per spiegare questo eccesso Le Verrier suggerì, tra le possibili spiegazioni, che la causa della precessione anomala del perielio di Mercurio dovessero essere le perturbazioni gravitazionali esercitate da un altro pianeta (oppure da una serie di corpi più piccoli) posto su un’orbita interna a quella di Mercurio. Il successo nella scoperta di Nettuno portò gli astronomi a riporre una certa fiducia in questa possibile spiegazione e l’ipotetico pianeta fu chiamato Vulcano. Non fu mai trovato nessun pianeta e la teoria della Relatività Generale di Einstein alla fine spiegò la precessione anomala di Mercurio come un effetto relativistico.

La zona di stabilità dei vulcanoidi

Anche se il pianeta Vulcano non esiste, la ricerca di possibili piccoli corpi presenti fra l’orbita di Mercurio e il Sole non è stata abbandonata ed è tuttora in corso: si tratta degli asteroidi vulcanoidi (chiamati così in omaggio al pianeta teorizzato da Le Verrier). L’attuale popolazione, se esiste, è probabilmente un piccolo residuo di un’ipotetica popolazione vulcanoide primordiale dovuta agli effetti combinati sia dell’evoluzione collisionale, sia del successivo trasporto radiativo di frammenti collisionali. Nel 1999, in un un articolo pubblicato su Nature da Evans & Tabachnik [1], è stato dimostrato che la zona in cui planetesimi di raggio superiore a 0,1 km possono sopravvivere per un tempo paragonabile all’età del Sistema Solare si trova tra le 0,09 e le 0,21 ua dal Sole: solo in questo range di distanze si trovano orbite sufficientemente stabili. Tuttavia, anche all’interno di questo range, ci sono delle “orbite proibite”, ad esempio a 0,15 e a 0,18 ua corrispondenti a risonanze di moto medio con Mercurio e Venere. Proiettando nel cielo visto dalla Terra la fascia di distanze 0,09 – 0,21 au dal Sole, questa si traduce nel range di massime elongazioni che vanno da 5,1° a 11,8°. Se si considera che è già difficile osservare Mercurio al tramonto o poco prima dell’alba perché il cielo è sempre abbastanza chiaro, si capisce quale possa essere la difficoltà della ricerca degli asteroidi vulcanoidi al telescopio.

A Caccia di vulcanoidi con SOHO e STEREO

Il problema della vicinanza dei vulcanoidi al Sole può essere bypassato osservando dallo spazio, cosa che ai tempi di Leverrier non si poteva fare, in particolare usando le immagini che provengono dal telescopio spaziale SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), un progetto congiunto ESA-NASA lanciato nel 1995 per l’osservazione continua della nostra stella. Nel 2000 Durda e colleghi [2], hanno analizzato le immagini del coronografo SOHO/LASCO C3 alla ricerca di eventuali vulcanoidi su orbite eliocentriche con raggi da 0,07 a 0,21 au. Lo studio non ha rivelato alcun oggetto in movimento con diametro compreso fra 20 e 60 km. In un lavoro degli stessi anni Stern e Durda [3], esplorando gli effetti dell’evoluzione collisionale dei vulcanoidi, conclusero che i vulcanoidi potrebbero popolare la regione compresa tra 0,06 e 0,21 au dal Sole e che il luogo più favorevole per la sopravvivenza è probabilmente vicino al bordo esterno della zona di stabilità dinamica a 0,2 au. Secondo questi autori non ci dovrebbero essere più di qualche dozzina di oggetti di raggio maggiore di 1 km.

Un altro interessante paper è quello di Steffle et al. pubblicato nel 2013 [4], riguardante la ricerca di vulcanoidi nella zona dinamicamente stabile utilizzando i dati d’archivio dello strumento Heliospheric Imager-1 (HI-1) posto sulla sonda spaziale STEREO-A che, insieme a STEREO-B, compone la coppia di sonde della missione STEREO, lanciata dalla NASA nel 2006. In questo caso il Sole è osservato contemporaneamente dalle due sonde STEREO che si muovono sul piano dell’eclittica, ma riprendendo la nostra stella da due posizioni diverse così da poter fornire una visione stereoscopica. Purtroppo, anche in questo caso, nessun vulcanoide è stato rilevato nelle immagini con parametri orbitali e < 0,15 e i < 15°. Ciò ha permesso di concludere che, attualmente, non esistono vulcanoidi più grandi di 5,7 km di diametro e in base alla distribuzione dei diametri degli asteroidi, non ci si aspettano più di 76 vulcanoidi più grandi di 1 km di diametro.

Alla ricerca dei vulcanoidi durante le eclissi totali di Sole

Se non si hanno a disposizione sonde spaziali un’alternativa è cercare oggetti inframercuriali durante i pochi minuti di durata di un’eclisse di Sole. Una ricerca recente di asteroidi vulcanoidi è stata fatta durante l’eclisse totale di Sole del 1 agosto 2008 da Zhao et al. [5]. Le eclissi totali di Sole sono il momento ideale per andare alla ricerca di eventuali vulcanoidi dalla Terra perché la luminosità di fondo cielo diventa simile a quella che si ha da 30 a 40 minuti dopo il tramonto del Sole e, anche se il cielo non diventa mai completamente buio, si possono raggiungere magnitudini stellari abbastanza elevate, tali da poter potenzialmente rilevare asteroidi di qualche km di diametro. Per le loro osservazioni i ricercatori cinesi hanno allestito due stazioni equipaggiate con telescopi da 150 mm di diametro F/1,3 cui è stata applicata una camera CCD con sensore Kodak KAF-1001E da 1024 x 1024 pixel quadrati da 24 μm di lato. Le due stazioni, poste in punti diversi del percorso della totalità, hanno ripreso il cielo in prossimità del Sole in due momenti diversi permettendo così di rilevare l’eventualo moto proprio di asteroidi veloci. Per ridurre il background bluastro del fondo cielo sono stati usati dei filtri rossi Schott RG10 e i telescopi sono stati installati su montature equatoriali alla tedesca commerciali per compensare la rotazione terrestre. Il campo di vista di ciascun setup telescopio + CCD era di 10° x 10° ed è stata esplorata la zona di cielo in prossimità dell’eclittica a partire da circa 2° dal bordo del Sole riprendendo diverse sequenza di immagini aventi tempi di posa crescenti di 1, 2, 4 e 5 s. Con i setup usati le immagini delle sequenza con pose di 4 e 5 s sono risultate saturate, mentre nelle altre è stata raggiunta una magnitudine limite di +13,5. Purtroppo non è stato trovato alcun vulcanoide, permettendo di escludere la presenza di asteroidi più grandi di 2 – 6 km nella zona analizzata. Essendo così vicini al Sole, la stessa corona solare contibuisce ad alzare il background, inoltre eventuali vulcanoidi potrebbero essere dietro la nostra stella, oppure in transito sul disco solare (essendo piccoli sarebbero del tutto invisibili).

Conclusioni

Siamo così giunti alla fine di questo breve excursus alla ricerca dei vulcanoidi. Si tratta di un’ipotetica popolazione di corpi asteroidali che potrebbe esistere all’interno dell’orbita di Mercurio nel range 0,09 – 0,21 au dal Sole. Le osservazioni della SOHO hanno permesso di escludere l’esistenza di corpi di almeno 20 – 60 km di diametro, quelle di STEREO hanno ridotto questo limite superiore a circa 6 km mentre le osservazioni fatte durante le eclissi totali di Sole tendono a ridurre il limite superiore a circa 2 – 6 km. Non sappiamo se questa popolazione di asteroidi verrà mai trovata, ma la “caccia” ai vulcanoidi continua.

Bibliografia

[1] N.Wyn Evans and Serge Tabachnik. Possible long-lived asteroid belts in the inner solar system. Nature, 399:41–43, 1999.

[2] Daniel D. Durda, et al.,. A new observational search for vulcanoids in SOHO/LASCO coronagraph images. Icarus, 148(1):312–315, 2000.

[3] S.A. Stern and D.D. Durda. Collisional evolution in the vulcanoid region: Implications for present-day population constraints. Icarus, 143(2):360–370, 2000.

[4] A.J. Steffl, N.J. Cunningham, A.B. Shinn, D.D. Durda, and S.A. Stern. A search for vulcanoids with the STEREO heliospheric imager. Icarus, 223(1):48–56, 2013.

[5] HaiBin Zhao, Hao Lu, GeTu Zhaori, JinSheng Yao, and YueHua Ma. The search for vulcanoids in the 2008 total
solar eclipse. Science in China Series G: Physics, Mechanics and Astronomy, 52(11):1790–1793, 2009.