Il Tredicesimo Cavaliere

Scienze dello Spazio e altre storie

Tempeste su pianeti lontani

Biologa e naturalista, impegnata a fondo nella gestione del Planetario di Perugia, Simonetta Ercoli esordisce come nuova collaboratrice del Tredicesimo Cavaliere con questa non semplice traduzione di un “coloratissimo” articolo sulla meteorologia dei pianeti e di alcuni satelliti molto speciali del Sistema Solare. Welcome Simonetta! (RF)

Urano(Le nubi di Urano)

Quando è arrivato l’uragano Sandy, lo scorso ottobre, ha ricordato a tutti noi la forza bruta dei fenomeni meteorologici. I suoi terribili venti e le devastanti mareggiate, però, appaiono insignificanti in confronto alle condizioni presenti su altri pianeti e satelliti del nostro sistema solare. Quando si parla di tempeste della violenza di Sandy, rigonfio come un atleta sotto steroidi, spontaneamente viene in mente la Grande Macchia Rossa di Giove, il ciclone cosmico che potrebbe inghiottire quasi tre Terre e che sta imperversando ormai da almeno 340 anni.

Tuttavia Saturno ha venti di gran lunga più terrificanti, fatto che disorienta gli scienziati, perché il gigante dorato riceve dal Sole un quarto dell’energia ricevuta da Giove (un centesimo di quella della Terra). Le prime previsioni ipotizzavano che la sua meteorologia dovesse essere meno vivace di quella di Giove a causa della sua maggiore distanza dal sole: visto il minor calore a far muovere le correnti d’aria, i ricercatori si aspettavano che i venti di Saturno fossero più calmi di quelli di Giove, e valutavano che Urano e Nettuno dovessero continuare questo trend verso una condizione meteorologica più tranquilla. Invece la distanza dal Sole non porta la calma, avverte il planetologo Andrew Ingersoll dell’Istituto californiano Caltech e afferma: “In realtà, i venti non diminuiscono come ci si sposta verso l’esterno del sistema solare e questo è abbastanza drammatico per Nettuno, perché riceve solo il cinque per cento della quantità di energia ricevuta da Giove per unità di superficie. Tutti i pianeti giganti hanno masse di vento più forti di quelli della Terra”. Le masse d’aria di Saturno si muovono velocemente in correnti che soffiano verso ovest, in senso opposto (movimento retrogrado) alla direzione del moto di rotazione del pianeta intorno al proprio asse. Queste correnti generano bizzarri sistemi di tempeste. Una striscia di questi, chiamata “collana di perle”, si propaga con una sequenza di finestre fino a 60.000 chilometri nella coltre più superficiale delle nubi di Saturno (nella foto). Saturno collana perleStrane nubi a forma di ciambella si trovano in un’altra corrente retrograda: in essa le nubi assomigliano ad anelli di fumo con un’area chiara nel centro.

Nella parte sud, proprio nel mezzo di uno di quelle tempeste di vento retrogrado, ribolle il Temporale Alley zigzagato da fulmini. Quando nel 2004 arrivò la sonda Cassini, la zona dei fulmini era limitata a questa turbolenta fascia lungo una latitudine sud di 30 gradi e sembrava essere associata a nubi di acqua, secondo Anthony Delgenio del Goddard Space Flight Center: “Da ciò che noi sappiamo riguardo alle atmosfere di Giove e Saturno, l’acqua è il solo componente condensabile che è sufficientemente abbondante a creare il tipo di vigorosa convezione che porterebbe al fulmine”, ha precisato. Le nubi di acqua su Saturno giacciono in profondità: l’acqua prima condensa a circa 200 chilometri verso il basso dalla sommità visibile delle nuvole; il calore interno innesca la convezione dell’atmosfera, portando l’acqua verso l’alto fino a circa 70 chilometri; a tale quota si trasforma in ghiaccio. Sulla Terra sembra che il fulmine si formi al livello in cui l’acqua liquida inizia a congelare: le particelle di ghiaccio e di acqua collidono, causando la separazione delle cariche. I modelli matematici prevedono che la zona dei fulmini su Saturno inizi intorno ai 100 chilometri al di sotto delle scure nubi in luce visibile. La collocazione e il limite dell’attività temporalesca su Saturno presentano un mistero che si indaga appena l’estate arriva nel suo emisfero nord: nuove nubi si manifesteranno a nord, esattamente alla stessa distanza dall’equatore.

I poli di Saturno mostrano altre meravigliose forme. Racchiusa precisamente sopra il polo sud, un vortice di bande concentriche di nubi fissa l’osservatore come un ampio occhio: il bordo della tempesta a forma di scogliera si alza dai 40 ai 60 chilometri, richiamando alla mente l’occhio di un ciclone terrestre. Nel polo nord una colossale forma esagonale si sviluppa come un drappo sopra un territorio che ha il diametro di due terre messe insieme. La sconcertante corrente di aria è stabile e di lunga durata, come visto nelle immagini del Voyager negli anni ’80. La causa dell’esagono non è ben conosciuta e resta, pertanto, uno dei più grandi misteri planetari di oggi.

Sta piovendo su tutto il(i) mondo (i)

Insieme al vento arrivano le precipitazioni. La pioggia nel sistema solare esterno è veramente aliena. In questo regno di aspra oscurità e intenso freddo, si sviluppano tempeste ampie abbastanza da inghiottire l’intera furia della Terra per anni. I gas di tipo terrestre diventano liquidi o congelano in ghiaccio; le nevi, formate da cristalli di ammonica e metano, si separano dalle nuvole elettrizzate, sciogliendosi in pioggia appena scendono negli strati più profondi e più caldi. Gli eccezionali colori di Urano e Nettuno sono dovuti alla presenza del metano, che assorbe la radiazione rossa e riflette le radiazioni blu dello spettro verso l’osservatore. Una foschia rossastra sposta il colore di Urano verso il verde. Anche questo pianeta, come gli altri suoi gassosi fratelli giganti, possiede un anello e bande, anche se poco definiti, ma la sua condizione meteorologica è più insidiosa di quella di Giove o di Saturno. Come mai? La risposta si trova nella profondità del cuore di questi pianeti esterni. Giove, Saturno e Nettuno emettono più energia di quanta ne ricevano dal riscaldamento del Sole e questo fatto influenza i loro fenomeni atmosferici dall’interno. Urano, invece, è di gran lunga più freddo rispetto all’ambiente che lo circonda. Le temperature su Urano e Nettuno sono quasi uguali, –197 gradi Celsius, nonostante che Nettuno riceva solo circa il 44% di energia solare di quella ricevuta da Urano. La temperatura di Urano appare essere in equilibrio con l’energia in arrivo dal sole, fatto questo che porta ad un’atmosfera che subisce un minor rimescolamento dall’interno alla superficie.

Il Voyager è stato in grado di riprendere solo l’emisfero meridionale di Urano, poiché quello settentrionale era in oscurità dato che, a differenza degli altri pianeti, il suo asse polare è inclinato di quasi 90 gradi. Appena Urano aveva percorso 84 anni della sua orbita, il giorno è finalmente spuntato nel nord e il pianeta ha mostrato alcuni significativi cambiamenti. Heidi Hammel, vice direttore e scienziata della Planetary Society, ha studiato sia Urano che Nettuno, usando due potenti strumenti: il Telescopio Spaziale Hubble e il telescopio Keck di dieci metri sulla sommità del Manua Kea nelle Hawaii. La Hammel ha trovato forme su Urano che somigliano alla varietà meteorologica di Nettuno. “Abbiamo visto nuvole scoppiettanti su tutto Urano,” ha detto. “Le immagini dei telescopi Hubble e Keck mostravano attività di rapide nubi transienti”. Su Urano le nubi di metano ribollono nel cielo, dove correnti a getto le stirano in bande lunghe mille miglia. La scienziata ha chiamato queste tempeste ‘girini’ a causa della loro forma vista da sopra. Sembra che le condizioni meteorologiche sul gigante verde stiano diventando più simili a quelle di Nettuno, dove scure tempeste (simili alla grande macchia rossa di Giove) si protraggono all’incirca per cinque anni. La durata di quelle su Urano non è nota a causa del limitato tempo di osservazione. Il telescopio spaziale Hubble e il Keck da 10 metri sono le sole due attrezzature al mondo con un potere di risoluzione adeguato a rilevare queste forme e la possibilità di accesso ad esse è limitata. Il team della Hammel poteva usare Hubble per sei ore all’anno, del tutto insufficienti, e il tempo a disposizione sul Keck era poco più del doppio. Nonostante queste limitazioni la Hammel poté affermare che era presente una macchia scura comparabile a una tempesta di lunga durata, di cui monitorò i movimenti per molti mesi, forse quasi un anno. La tempesta somigliava ad una macchia scura simile a quella scoperta dal Voyager su Nettuno venti anni prima. Entrambi i pianeti hanno Nettunomeno nubi di quanto previsto dai modelli matematici. In ciascuna atmosfera infuria una battaglia tra le correnti di aria in risalita, che mantengono in sospensione le particelle, e la forza di gravità che le attrae verso il basso. Per formare le nubi, le particelle devono essere trasportate dall’aria tanto a lungo da raggrupparsi in forme grandi a sufficienza da essere visibili. Piccole particelle, come semi di nuvola, attraggono il liquido a formare le gocce; se le particelle sono poche e lontane tra loro, si condensano gocce più grandi, che precipitano più rapidamente e formano meno nuvole. Kevin Baines del Jet Propulsion Laboratory della NASA propone un’altra idea riguardo alle nubi mancanti: “Quando il metano, molto abbondante in questo pianeta, liquefa, può farlo così velocemente che solo da pochi secondi a un minuto una piccola goccia cresce fino alla taglia di un pallone da spiaggia”. In questo scenario, Baines suppone che giganti gocce di pioggia di metano (vedi immagine a fianco) precipiterebbero dall’aria troppo velocemente per formare le nubi. Urano sembra insignificante comparato allo straordinario disco di Nettuno, le cui nubi sono intrinsecamente blu,” dice Heidi Hammel, “ci deve essere qualche tipo di agente colorante nell’atmosfera, che gli dà una tonalità più azzurrognola di quella di Urano.” Quale agente sia, rimane un mistero. Nell’atmosfera limpida più superficiale di Nettuno, ad una pressione di circa 100 millibars (un decimo di quella della superficie terrestre), le temperature si aggirano intorno a -218 gradi Celsius. Queste aumentano con la profondità e, alla pressione paragonabile a quella terrestre al livello del mare, le temperature raggiungono i -203 gradi Celsius. Al di sotto di questo livello l’aria è calda abbastanza perché il metano esista allo stato liquido o di vapore. Il metano raffredda e condensa in nubi lucenti, in risalita fino alla stratosfera: alcune tempeste passano da 50 a 100 chilometri di altezza.

Piogge in forme più familiari scendono sulla più grande luna di Saturno, Titano. Internamente alla sua nebbia arancione, le nubi ribollono nella parte più alta della troposfera. Appena esse condensano, la pioggia precipita a coprire le arrotondate colline sottostanti e improvvise piene si riversano attraverso alvei asciutti, trasportando le rocce verso le pianure. Le piogge di Titano, comunque, non sono di acqua ma di metano criogenico liquido. La sonda Cassini ha osservato tempeste di pioggia attive muoversi attraverso le regioni equatoriali di Titano. Laghi ampi di metano si estendono attraverso l’emisfero nord, uno dei essi è grande quanto il Mar Nero della Terra e un altro ampio lago nel sud, il lago Ontario, è simile all’omonimo lago terrestre per profilo e dimensione. La sonda Cassini è stata proposta per studiare questi fenomeni in maggior dettaglio, ma gli scienziati vorrebbero scendere all’interno di quei laghi. Nel 2010 un team ha proposto la prima “barca” planetaria, chiamata l’Esploratore del Mare Titano o TiME. Esso è stato ignorato nelle ultime selezioni di missioni in favore del veicolo di atterraggio su Marte inSight, non è escluso comunque che missioni simili possano essere scelte in futuro per esplorare questa nebbiosa luna, ricca di caratteristiche plantarie. Le missioni potrebbero usare sonde che si muovano in superficie e in profondità nei suoi laghi oppure aeroplani o dirigibili che volino attraverso la sua densa atmosfera.

Una nebbiosa oscurita’ invernale

La neve scende sotto diverse forme e in molti luoghi nel nostro sistema solare. La sonda da atterraggio Phoenix e quella orbitante Mars Reconnaissance hanno rilevato nevicate su Marte; lungi dal portare l’allegria delle vacanze invernali, questa neve è composta da una gelida miscela di acqua e biossido di carbonio congelati. Sull’altro nostro vicino, Venere, nevi o ghiacci di metalli possono condensare sulle regioni rilevate. Immagini radar di Venere mostrano uno strano modello di luminosità sui zone rilevate, cominciando a circa 3.5 chilometri sopra il livello planetario del mare. Nei segnali radio, riflessi brillanti generalmente stanno a significare una superficie accidentata, ma qualche cosa di altro sta succedendo qui: ciò che brilla drappeggia tutto dalle accidentate montagne agli alti tavolati. Una varietà di metalli potrebbe spiegare i segnali radio in ritorno. Alle drastiche pressioni di Venere, particolari metalli chiamati alogenuri e calcogenuri possono esistere allo stato di vapore. Su Venere, come sulla Terra, le temperature diminuiscono all’aumentare dell’altitudine: le aree basse e pianeggianti di Venere registrano un soffocante 467 gradi Celsius, mentre le brillanti e più alte zone si rinfrescano a più gradevoli 387 gradi Celsius. I metalli volatili potrebbero passare allo stato di vapore nelle zone basse e migrare gradualmente verso le aree più alte, condensando di nuovo come essi si raffreddano.

Una tale nebbia di vapore metallico potrebbe spiegare una misteriosa serie di fallimenti nelle missioni su Venere, quella che viene chiamata “l’anomalia del chilometro 12.5”. Nel 1978 quattro sonde Pioneer, destinate a studiare l’atmosfera di Venere e a campionare il suo ambiente, ad un’altezza di circa 12 chilometri registrarono tutte e quattro uno sbalzo meccanico, sebbene fossero a migliaia di miglia di distanza: tre durante la luce del giorno e una durante l’oscurità della notte. Lo sbalzo fu accompagnato da bizzarri valori di temperatura e pressione e molti degli strumenti smisero di funzionare completamente. Le sonde sovietiche Venera 11, 12, 13 e 14 ebbero tutte simili sbalzi meccanici alla stessa altezza e la sonda di atterraggio su Venere Vega 1 potrebbe aver prematuramente iniziato la sua raccolta di dati scientifici a causa dello stesso fenomeno: tentava di perforare e analizzare le rocce da circa 18 chilometri dalla superficie! Possono essere date altre spiegazioni per l’anomalia del chilometro 12.5 (incluso un danno elettronico dovuto al calore), ciò non toglie che ghiaccio metallico sarebbe certamente da considerare nell’aliena natura della meteorologia vesuviana.

Il bollettino meteo più strano

Triton(nell’immagine: i geyser di Tritone) Forse la meteorologia più esotica si trova sulla luna più grande di Nettuno, Tritone. Inizialmente le immagini di Tritone, inviate da Voyager 2, sconcertarono i ricercatori: la sua aliena ed erosa superficie si estendeva davanti alla videocamera della sonda come una tormentata area di avvallamenti e crepacci. Nella rarefatta atmosfera, costituita soprattutto di azoto, c’è una pressione diecimila volte più bassa di quella della Terra (15 microbars) e a causa della bassa gravità i margini più esterni di essa diffondono fino ad un’altezza di 800 chilometri. Nebbie brunastre si distribuiscono tra i geyser di azoto che si alzano fino a 8 chilometri. Venti, nubi, nebbie e la pressione stessa vengono condizionati dal gelo e disgelo delle calotte polari presenti su questa luna, fenomeno responsabile degli strani paesaggi. Come l’inverno arriva in uno dei poli, l’azoto di Tritone migra tutto là gelando sulla superficie sottostante e l’intera atmosfera collassa. Questo accade due volte all’anno, quando è inverno in un polo o nell’altro. La strana luna, pertanto, ha un “meteo” esclusivamente durante la primavera, perché è solo in questo periodo che essa presenta un’atmosfera attiva. Molti scienziati credono che, quando la sonda New Horizons raggiungerà Plutone nel 2015, troverà un analogo processo dominare nei suoi cieli. Se gli altri pianeti possono essere considerati una sorta di indicatori, Plutone tiene in serbo per noi molte sorprese meteorologiche.

Traduzione di SIMONETTA ERCOLI

Titolo originale:”Storms of Distant Skies – A Glimpse at Solar System Weather” di Michael Carroll.

Pubblicato su The Planetary Report #1/2013

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26 giugno 2013 - Posted by | Astrofisica, News, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , ,

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