Oltre l'orbita di Nettuno, una collezione diversificata di migliaia di pianeti nani e altri oggetti relativamente piccoli abita in una regione chiamata Cintura di Kuiper. Questi avanzi spesso incontaminati dei giorni della formazione dei pianeti del nostro sistema solare sono chiamati oggetti della fascia di Kuiper, o oggetti transnettuniani. L'imminente James Webb Space Telescope della NASA esaminerà un assortimento di questi corpi ghiacciati in una serie di programmi chiamati Guaranteed Time Observations poco dopo il suo lancio nel 2021. L'obiettivo è quello di saperne di più su come si è formato il nostro sistema solare.

"Questi sono oggetti che si trovano nel cimitero della formazione del sistema solare, " ha spiegato Jonathan Lunine della Cornell University, uno scienziato interdisciplinare Webb che utilizzerà Webb per studiare alcuni di questi obiettivi. "Sono in un posto dove potrebbero durare miliardi di anni, e non ci sono molti posti come quello nel nostro sistema solare. Ci piacerebbe sapere come sono".

Studiando questi corpi, Lunine e i suoi colleghi sperano di scoprire quali ghiacci erano presenti nel primo sistema solare. Questi sono i mondi più freddi per mostrare attività geologica e atmosferica, quindi gli scienziati sono anche interessati a confrontarli con i pianeti.

Gli oggetti della fascia di Kuiper sono molto freddi e deboli, eppure brillano di luce infrarossa, che è a lunghezze d'onda oltre ciò che i nostri occhi umani possono vedere. Webb è progettato specificamente per rilevare la luce a infrarossi. Per studiare questi oggetti lontani, gli scienziati utilizzeranno principalmente una tecnica chiamata spettroscopia, che divide la luce nei suoi singoli colori per determinare le proprietà dei materiali che interagiscono con quella luce.

Un vasto assortimento

Gli abitanti della fascia di Kuiper sono disponibili in varie forme e dimensioni. Alcuni risiedono in coppie o multipli, mentre altri hanno anelli o lune. Presentano una vasta gamma di colori, che possono indicare diverse storie di formazione o diversa esposizione alla luce solare.

"Alcuni sembrano essere di colore più rosso, altri sono più blu. Perché?" disse Heidi Hammel, uno scienziato interdisciplinare Webb per le osservazioni del sistema solare. È anche Vice President for Science presso l'Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) a Washington, D.C. "Utilizzando Webb, saremo in grado di ottenere informazioni sulla chimica di superficie che potrebbero darci alcuni indizi sul perché ci sono queste diverse popolazioni nella fascia di Kuiper".

Espulso dal Club

Tra Giove e Nettuno, e attraversando l'orbita di uno o più dei pianeti giganti, giace una diversa popolazione di oggetti chiamati centauri. Questi sono piccoli corpi del sistema solare che sono stati espulsi dalla fascia di Kuiper. Oltre ad osservare gli attuali oggetti della fascia di Kuiper, questi programmi Webb studieranno tali corpi del sistema solare che sono stati "cacciati fuori dal club". Questi ex oggetti della fascia di Kuiper hanno orbite che sono state drammaticamente disturbate, avvicinandoli notevolmente al sole.

"Perché attraversano le orbite di Nettuno, Urano, e Saturno, i centauri hanno vita breve. Quindi in genere sono in giro solo per circa 10 milioni di anni, " ha spiegato John Stansberry dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, Maryland. Stansberry sta guidando un team diverso che utilizzerà Webb per studiare gli oggetti della fascia di Kuiper. "A quel punto, hanno un'interazione con uno dei pianeti principali che è molto forte, e o vengono gettati nel sole o espulsi dal sistema solare."

Un altro corpo che Webb studierà è Tritone, la luna di Nettuno. La più grande delle 13 lune del gigante di ghiaccio, Tritone condivide molte somiglianze con Plutone. "Anche se è la luna di Nettuno, abbiamo prove che suggeriscono che si tratta di un oggetto della fascia di Kuiper che si è avvicinato troppo a Nettuno in qualche momento del suo passato, e fu catturato in orbita attorno a Nettuno, " ha detto Hammel. "Tritone è stato studiato dalla sonda Voyager 2 nel 1989. Quei dati del veicolo spaziale ci forniranno una "verità fondamentale" molto importante per le nostre osservazioni Webb degli oggetti della fascia di Kuiper".

Un campionamento dei target

Ecco un piccolo campione di alcune delle dozzine di oggetti attuali ed ex della fascia di Kuiper che Webb osserverà:

• Plutone e Caronte:il pianeta nano Plutone e la sua luna più grande, Caronte, sono due dei residenti più noti della fascia di Kuiper. Plutone vanta un'atmosfera, foschia, e stagioni. Ha attività geologica sulla sua superficie e può avere un oceano al suo interno. Oltre a Caronte, ospita altre quattro lune:Nix, Idra, Stige, e Kerberos. I dati Webb integreranno le osservazioni fatte dalla navicella spaziale New Horizons della NASA quando ha sorvolato il sistema Plutone nel 2015.
• Eris:Quasi le dimensioni di Plutone, Eris è il secondo pianeta nano conosciuto per grandezza nel sistema solare. Nel suo punto più lontano, la misteriosa Eris è più di 97 volte più lontana dal sole della Terra. A causa della sua distanza, è difficile da osservare, ma Webb dirà agli scienziati un bel po' di quali tipi di ghiaccio ci sono sulla sua superficie.
• Sedna:Con la sua tonalità rosso intenso, Sedna si trova in realtà oltre la fascia principale di Kuiper. Ci vogliono circa 11, 400 anni per completare un'orbita, e si stima che il punto più lontano di quell'orbita molto allungata sia 940 volte la distanza della Terra dal sole.
• Haumea:Questo grande, il corpo che ruota rapidamente è a forma di uovo, e gli scienziati vorrebbero sapere perché. Oltre alle lune, sembra anche avere un sistema ad anello. Con Webb, gli scienziati sperano di saperne di più su come si sono formati quegli anelli.
• Chariklo:Il centauro più grande, Chariklo è anche il primo asteroide scoperto ad avere un sistema di anelli. Era il quinto sistema di anelli trovato nel nostro sistema solare, dopo Saturno, Giove, Urano e Nettuno. Si ritiene che gli anelli siano larghi tra le due e le quattro miglia.

Un altro programma, chiamato Target of Opportunity, osserverà un oggetto della fascia di Kuiper passare davanti a una stella, se tale allineamento dovesse verificarsi durante i primi due anni di vita di Webb. Chiamata un'occultazione, questo tipo di osservazione può rivelare le dimensioni di un oggetto.

Le poche astronavi che hanno sorvolato oggetti della fascia di Kuiper hanno potuto studiare questi oggetti intriganti solo per un brevissimo periodo di tempo. Con Webb, gli astronomi possono prendere di mira più oggetti della Fascia di Kuiper per un periodo di tempo prolungato. Il risultato saranno nuove intuizioni sulla storia più antica del nostro sistema solare.

Il James Webb Space Telescope sarà il principale osservatorio di scienze spaziali al mondo quando verrà lanciato nel 2021. Webb risolverà i misteri nel nostro sistema solare, guarda oltre a mondi lontani intorno ad altre stelle, e sondare le misteriose strutture e origini del nostro universo e il nostro posto in esso. Webb è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner, ESA (Agenzia Spaziale Europea) e Agenzia Spaziale Canadese.