La fascia degli asteroidi è una regione a forma di toro che si estende approssimativamente nello spazio tra le orbite di Giove e Marte, e contiene numerosi corpi dalla forma irregolare che si trovano, in media, a circa un milione di chilometri l'uno dall'altro. Quest'ultimo dettaglio sorprende la maggior parte delle persone: nonostante l'affollamento mostrato dalla fantascienza, la fascia degli asteroidi è quasi interamente spazio vuoto, con corpi rocciosi sparsi a distanze enormi l'uno dall'altro.
La fascia degli asteroidi è il disco circumstellare più interno e più piccolo del Sistema Solare. Si stima che la sua massa totale sia pari al 3% di quella della Luna, di cui circa il 60% è contenuto nei quattro asteroidi più grandi: Cerere, Vesta, Pallade e Igea. In altre parole, quasi tutto ciò che si trova nella fascia è uno dei quattro corpi relativamente sostanziali oppure fa parte di un'enorme dispersione di detriti molto più piccoli.
Anche il più grande dei residenti non è poi così grande. Cerere, l'unico oggetto della fascia degli asteroidi abbastanza grande da essere classificato come pianeta nano, ha un diametro di circa 950 km, mentre Vesta, Pallade e Igea hanno diametri medi inferiori a 600 km. Nessuno di essi si avvicina alla scala planetaria.
Un vuoto previsto, poi una scoperta
La posizione della fascia non è stata scoperta per caso. Gli astronomi sospettavano da decenni che qualcosa si trovasse tra Marte e Giove, ancor prima che qualcuno lo scoprisse, sulla base degli schemi con cui erano distanziati i pianeti conosciuti. Il 1° gennaio 1801, Giuseppe Piazzi individuò un piccolo oggetto in movimento con un'orbita che corrispondeva esattamente al raggio previsto da quello schema. Circa 15 mesi dopo, Heinrich Olbers scoprì un secondo oggetto nella stessa regione, Pallade — e divenne presto chiaro che non si trattava di un unico pianeta mancante, ma di qualcosa di completamente diverso.
Era allettante spiegare quel "qualcosa di diverso" come i resti di un pianeta. Nel 1802, Olbers suggerì a Herschel e Gauss che Cerere e Pallade fossero frammenti di un pianeta molto più grande andato distrutto, ma l'enorme quantità di energia necessaria per distruggere un pianeta, unita alla bassa massa complessiva della fascia, non supporta questa ipotesi. La fascia non è mai stata un pianeta andato in frantumi: è stata un pianeta che non ha mai avuto la possibilità di formarsi.
Formata in fretta, poi in gran parte spazzata via
La tempistica di formazione della fascia si è rivelata sorprendentemente rapida. Uno studio del 2007 sui cristalli di zircone rinvenuti in un meteorite antartico ritenuto originario di Vesta ha suggerito che Vesta, e per estensione il resto della fascia degli asteroidi, si sia formata entro 10 milioni di anni dall'origine del Sistema Solare — un istante geologico su scala planetaria.
Ciò che non è sopravvissuto è stata la massa originaria della fascia. La maggior parte del materiale originario della fascia degli asteroidi fu espulsa entro circa 1 milione di anni dalla formazione a causa di perturbazioni gravitazionali, lasciando meno dello 0,1% della massa della fascia primordiale; si stima che la popolazione primordiale fosse 200 volte quella odierna. La gravità di Giove, in pratica, ha impedito la formazione di un pianeta in questa regione e ha poi disperso quasi tutto il materiale grezzo che avrebbe potuto costruirne uno.
Ciò che resta davvero
Nonostante questa drastica perdita, ciò che rimane è comunque considerevole per numero, se non per massa. Oltre 200 asteroidi della fascia hanno un diametro superiore a 100 km, e le indagini a infrarossi suggeriscono che la fascia contenga tra 700.000 e 1,7 milioni di asteroidi con un diametro di 1 km o più. Si tratta di una popolazione di oggetti davvero vasta, semplicemente distribuita in un volume di spazio altrettanto vasto.
La composizione varia in base alla distanza dal Sole. Gli asteroidi di tipo S (ricchi di silicati) costituiscono circa il 17% della popolazione totale di asteroidi e sono più comuni nella regione interna della fascia, entro 2,5 UA dal Sole — un promemoria del fatto che la fascia non è un anello uniforme di detriti identici, ma una struttura suddivisa in zone, plasmata dalla temperatura e dalla storia di formazione.
I vuoti scavati da Giove
Non tutte le distanze dal Sole all'interno della fascia sono ugualmente popolate. Nel 1866, Daniel Kirkwood scoprì dei vuoti nelle distanze orbitali della fascia, causati da risonanze con Giove; alla risonanza 3:1, a 2,502 UA dal Sole, un asteroide compirebbe tre orbite attorno al Sole per ogni orbita completata da Giove. Gli oggetti che si troverebbero esattamente a quelle distanze di risonanza vengono destabilizzati gravitazionalmente nel tempo e spazzati via, lasciando bande vuote ben visibili.
Queste risonanze definiscono anche i confini della fascia. La risonanza orbitale 4:1 con Giove, a un raggio di 2,06 UA, può essere considerata il confine interno della fascia degli asteroidi. E l'affollamento non è uniforme in tutta la struttura: nel 2006, la regione compatta del "nucleo" della fascia principale, situata tra i forti vuoti di Kirkwood 4:1 e 2:1 a 2,06 e 3,27 UA, conteneva il 93% di tutti i pianeti minori scoperti e numerati nel Sistema Solare. Quasi l'intera popolazione conosciuta è concentrata in una banda piuttosto stretta, con una dispersione molto più rada al di là di essa.
Una fascia che continua a frantumarsi da sola
La fascia degli asteroidi non è un museo statico di materiale residuo: è ancora attivamente soggetta a collisioni al proprio interno. Si stima che gli impatti tra corpi della fascia principale con un raggio medio di 10 km avvengano circa una volta ogni 10 milioni di anni, un ritmo lento ma costante di distruzione che continua a rimodellare la popolazione della fascia su scale temporali cosmiche.
Quelle collisioni lasciano un'impronta che gli astronomi possono rintracciare. Nel 1918, l'astronomo giapponese Kiyotsugu Hirayama notò che le orbite di alcuni asteroidi condividevano parametri simili, identificando le prime famiglie di asteroidi; oggi si contano circa 20-30 associazioni ritenute probabili famiglie di asteroidi — gruppi di frammenti ancora in fase di allontanamento da un corpo progenitore comune. La famiglia di Flora, una delle più grandi famiglie di asteroidi con oltre 13.000 membri conosciuti, potrebbe essersi formata da una collisione avvenuta meno di 1 miliardo di anni fa. Alcune collisioni sono ancora più recenti: la famiglia di Karin sembra essersi formata circa 5,7 milioni di anni fa da una collisione con un asteroide progenitore di 33 km di raggio — abbastanza recente, su scala temporale del Sistema Solare, da essere ancora considerata detrito geologicamente fresco.
Parte di questi detriti raggiunge infine la Terra. Dei 50.000 meteoriti ritrovati sulla Terra fino ad oggi, si ritiene che il 99,8% abbia avuto origine nella fascia degli asteroidi — quasi ogni roccia che sopravvive alla caduta attraverso l'atmosfera terrestre riconduce la propria origine a questa stessa regione dispersa tra Marte e Giove.
Visitata, orbitata e mappata
Le sonde spaziali attraversarono per la prima volta questo territorio più di mezzo secolo fa. La prima sonda ad attraversare la fascia degli asteroidi fu Pioneer 10, che entrò nella regione il 16 luglio 1972, dimostrando che una sonda poteva attraversarla senza essere distrutta dai detriti, nonostante i primi timori sul rischio di collisione.
Decenni dopo, una missione dedicata si fermò finalmente per osservare da vicino. Dawn, lanciata dalla NASA nel settembre 2007, entrò in orbita attorno a Vesta il 16 luglio 2011 e completò una missione di rilevamento di 14 mesi prima di dirigersi verso Cerere, entrando in orbita attorno a Cerere il 6 marzo 2015 — trasformando due dei residenti più grandi della fascia da lontani punti di luce in mondi mappati e fotografati.