Il meccanismo di Kelvin-Helmholtz: ecco perché Giove si sta rimpicciolendo

Quando un pianeta irradia più energia di quella che riceve da una stella, o quando una stella si raffredda in superficie e si trasforma in una nana bruna, è in gioco un fenomeno chiamato meccanismo di Kelvin-Helmholtz. Di cosa si tratta?

Stelle e pianeti che si restringono: il meccanismo di Kelvin-Helmholtz

Sapevate che Giove si sta rimpicciolendo? Secondo alcuni astronomi, il pianeta gigante si restringe ogni anno di un centimetro. Tutto ciò dipende da un processo astronomico che si verifica quando la superficie di una stella o di un pianeta (come Giove e Saturno) si raffredda. Il raffreddamento, infatti, provoca la diminuzione della pressione interna (pressione idrostatica) e, di conseguenza, il restringimento della massa. Questa compressione, a sua volta, riscalda il nucleo del corpo celeste. Comprimendosi, la stella o il pianeta cercano di ristabilire l’equilibrio idrostatico, e per la legge della conservazione dell’energia in un sistema isolato, questa compressione genera appunto un riscaldamento del nucleo stellare o planetario.

Questo fenomeno chiamato meccanismo di Kelvin-Helmholtz è evidente su Giove e Saturno e sulle nane brune, le cui temperature centrali non sono sufficientemente elevate per subire la fusione dell’idrogeno.

Com’è nata questa teoria

Il meccanismo fu proposto come teoria da Kelvin e Helmholtz alla fine del diciannovesimo secolo per spiegare il funzionamento della fonte di energia del Sole. I due studiosi britannici credevano cioè che, per la legge della conservazione dell’energia, il Sole dovesse avere una fonte di energia per continuare a brillare. In pratica, sia Kelvin che Helmholtz non consideravano ancora le reazioni nucleari (che al tempo erano sconosciute) e immaginavano che l’energia solare potesse nascere dalla contrazione gravitazionale. Il Kelvin di cui parliamo è lo stesso fisico conosciuto per aver sviluppato la scala Kelvin, che misura la temperatura assoluta.

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Poco tempo dopo Arthur Eddington provò che la quantità totale di energia disponibile attraverso questo meccanismo avrebbe consentito al Sole di brillare solo per milioni di anni. Come spiegarsi allora il fatto che la nostra stella era attiva da miliardi di anni? Kelvin aveva sostenuto che la Terra allora dovesse essere più giovane del previsto, e con essa il Sole. Ma le prove geologiche e biologiche erano già chiare: il Sistema Solare era vecchio miliardi di anni.

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La vera fonte di energia del Sole rimase incerta fino agli anni ’30. Poi Hans Bethe dimostrò che quell’energia era data dalla fusione nucleare. Intanto però la teoria del meccanismo di Kelvin-Helmholtz fu ripresa per spiegare il comportamento delle nane brune e poi la superficie fredda di Giove e Saturno.