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Che cos'è una risonanza orbitale
Il moto di un corpo celeste in orbita attorno ad un corpo di massa molto maggiore (come un pianeta attorno ad una stella, o un satellite attorno ad un pianeta) è un moto periodico semplice (moto circolare uniforme).
Può accadere che due pianeti orbitino attorno alla stella con tempi di rivoluzione (il periodo del loro moto) che stanno tra loro in rapporto di due piccoli interi (come 2:1, 2:3, ecc.)
In questo caso anche la loro mutua attrazione assume un carattere periodico: aumenta quando i due pianeti si avvicinano, e diminuisce quando essi si allontanano.
Se queste variazioni della forza gravitazionale sentita da ciascun pianeta sono significative per la sua orbita questa può modificarsi. A questo punto sono possibili due scenari:
Il moto dei pianeti diviene instabile: le orbite cambiano lentamente finché i due corpi non si influenzano più sensibilmente. Nel caso di un corpo maggiore ed uno minore questo effetto ammonta a "scacciare" il corpo minore da certe zone dello spazio (v. gli esempi qui di seguito)
I due pianeti non si avvicinano mai abbastanza da influenzarsi violentemente, ed entrano in risonanza stabile. Le orbite subiscono modificazioni compensate da modificazioni contrarie nell'arco di ogni rivoluzione.
NB: nella figura le orbite sono in scala, così come i diametri delle lune. Il diametro di Giove, invece, è volutamente esagerato. Le distanze sono in migliaia di km.
Esempi
Nel 2006 una discussione tra gli astronomi ha tolto a Plutone lo "status" di pianeta. Infatti, secondo la definizione dell'Unione Astronomica Internazionale, un pianeta deve aver "ripulito" la zona della propria orbita dagli altri corpi: sono le interazioni ripetute (in un certo senso una risonanza 1:1 con i corpi che percorrono la stessa orbita) a permettergli di farlo.
corpo principale
corpo orbitante
periodo di rivoluzione (giorni)
Giove
Ganimede
7.15
Giove
Europa
3.55
Giove
Io
1.77
Saturno
Teti
1.89
Saturno
Mima
0.94
Saturno
Iperione
21.28
Saturno
Titano
15.95
Sole
Plutone
90613
Sole
Nettuno
60223
Molti corpi celesti del sistema solare sono in relazione approssimata di risonanza. Tra i più noti (vedi tabella a fianco):
Nettuno e Plutone sono in risonanza 2:3. La loro orbita manifesta molte caratteristiche in risonanza.
Le lune di Giove Ganimede, Europa ed Io sono in risonanza orbitale tra loro con rapporti 4:2:1.
Le lune di Saturno Iperione e Titano sono in risonanza 4:3.
Le lune di Saturno Teti e Mima sono in risonanza 4:2.
Giove e gli asteroidi Greci e Troiani sono in risonanza 1:1. Ciò significa che questi corpi si trovano tutti sulla stessa orbita. Gli asteroidi sopravvivono stabilmente all'influenza di Giove perché occupano particolari posizioni di equilibrio stabile (dette punti lagrangiani L4 e L5).
Gli anelli di Saturno manifestano delle bande vuote. Nelle immagini dei satelliti appaiono come anelli più scuri. Questi intervalli (gap) sono causati dalla risonanza instabile tra le particelle degli anelli e le lune più vicine. Le particelle inizialmente presenti in queste regioni vengono spostate nelle zone adiacenti a causa dell'attrazione periodica esercitata dalle lune.
Simili bande vuote si osservano nella cintura degli asteroidi posta tra Marte e Giove, principalmente a causa dell'influenza di Giove.
Fotografia di Saturno scattata dalla sonda Voyager 1 il 16 novembre 1980, da una distanza di 5.3 milioni di km dal pianeta. Sono ben visibili gli anelli e la divisione di Cassini (la banda scura tra gli anelli, che contiene molto meno materiale delle parti chiare, come si osserva notando che il pianeta è visibile in trasparenza attraverso di essa) Fonte: NASA
Fotografia di Saturno scattata dalla sonda Voyager 1 il 13 novembre 1980, da una distanza di 1.5 milioni di km dal pianeta. Il dettaglio della struttura degli anelli è meglio visibile. Diverse sono le zone vuote (gap) dovute a risonanze orbitali. Fonte: NASA
