Il Tredicesimo Cavaliere

Scienze dello Spazio e altre storie

Batimetria su Titano

Titano metano etano

Il mare Ligeia, mostrato qui in un’immagine in falsi colori ripresa dalla missione internazionale Cassini, è il secondo bacino  liquido più grande conosciuto su Titano, la luna di Saturno. Esso misura circa 420 km x 350 km e le sue coste si estendono per oltre 3.000 chilometri. È costituito da metano liquido. Il mosaico mostrato qui è il risultato di una sintesi di immagini radar ottenute dai flyby tra il febbraio 2006 e l’aprile 2007. Credit: NASA / JPL-Caltech / ASI / Cornell.

 

Ai tempi in cui la sonda Cassini si stava avvicinando a Saturno e tutti aspettavamo l’arrivo del lander Huygens sulla superficie della luna Titano, prendeva sempre più corpo l’ipotesi che Huygens, invce di trovare una superficie solida, si sarebbe “tuffato” in un mare di idrocarburi. Mi ricordo i bozzetti artistici ispirati a questi avvenimenti apparsi su molti siti Internet del tempo. Alla fine l’atterraggio avvenne su terreno solido, ma da allora i rilevamenti prolungati di Cassini hanno dimostrato che su Titano esistono mari e laghi per oltre 1,6 milioni di chilometri quadrati (circa il 2 % della superficie).

Il liquido che riempie questi bacini ovviamente non è acqua, ma una miscela di metano ed etano, presenti in un’atmosfera che è quasi per il 95 % composta da azoto, con metano, piccole quantità di idrogeno ed etano che costituiscono il resto. Cassini ci ha mostrato tre grandi mari vicino al polo nord, che sono circondati da numerosi piccoli laghi; mentre nell’emisfero sud finora è stato trovato un unico bacino. Un nuovo lavoro, condotto con i dati elaborati dai flyby di Cassini tra il 2007 e il 2015, ora conferma che il mare Ligeia, uno dei più grandi mari di Titano, è costituito principalmente da metano liquido.

 

Titano metano etano

Un’immagine radar delle regioni nord polari di Titano (al centro), con numerosi laghi in primo piano (a sinistra) e un grande mare (a destra). Il mare Ligeia, con dimensioni di circa 420 km x 350 km, è il secondo deposito di idrocarburi liquidi per grandezza conosciuto su Titano. Le sue coste si estendono per circa 2000 chilometri e si possono vedere molti fiumi che vi sfociano. Al contrario, i numerosi laghi sono ampi prevalentemente meno di 100 km e hanno forme più arrotondate con rive scoscese. Credit: NASA / JPL-Caltech / ASI / USGS; a destra e a sinistra: NASA / ESA. Riconoscimento: T. Cornet, ESA.

 

La scoperta è stata un po’ inaspettata, dato che l’etano viene prodotto quando la luce del sole fa a pezzi le molecole di metano. Perciò le attese per il mare Ligeia riguardavano principalmente l’etano. Alice Le Gall (Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales and Université Versailles Saint-Quentin, France), che ha condotto questo nuovo studio, commenta così la scoperta:

 

 

“O il mare Ligeia è alimentato da recenti piogge di metano o qualcosa sta rimuovendo l’etano da esso. È possibile che l’etano finisca nella crosta sottomarina o che scorra in qualche modo nell’adiacente mare Kraken, ma dimostrare questo richiederà ulteriori indagini “.

 

Mentre questo lavoro procedeva, Le Gall e la squadra si appoggiarono ad un esperimento eseguito con radio scandaglio nel 2013, descritto in questo comunicato stampa dell’ESA. Il radio scandaglio, condotto da Marco Mastrogiuseppe, rilevò echi del fondo marino e fu in grado di calcolare la profondità del mare Ligeia durante il percorso della Cassini, prima rilevazione in assoluto di un fondale al di fuori dalla Terra. La maggiore profondità registrata è stata di 160 metri. La Le Gall nel suo lavoro ha messo in parallelo i dati raccolti dello scandaglio con le osservazioni delle emissioni termali di Ligeia alla lunghezza d’onda delle microonde. Il risultato: il nuovo articolo riporta che i ricercatori sono stati in grado di separare le emissioni termali provenienti dal fondo del mare da quelle originate dalla massa liquida. Il fondale è risultato essere coperto da ciò che la Le Gall definisce “uno strato di fanghi ricchi di composti organici.”

 

 

Titano metano etano

Modalità con cui i diversi composti organici si riversano nei mari e laghi di Titano, la più grande luna di Saturno. Un recente studio ha rivelato che il mare Ligeia, uno dei tre mari di Titano, si compone di metano puro e ha un fondale ricoperto da fanghi ricchi di materiale organico. Credit: ESA.

 

È possibile vedere come si sviluppa il processo nell’immagine sopra. L’azoto e il metano nell’atmosfera di Titano producono molecole organiche, le più pesanti delle quali cadono sulla superficie. Nel raggiungere il mare attraverso la pioggia o uno dei fiumi di Titano, alcuni vengono disciolti, mentre altri si depositano sul fondo dell’oceano. Troviamo anche che la superficie circostante i laghi e i mari è probabilmente inondata da idrocarburi liquidi, a causa della mancanza di variazione di temperatura tra mare e riva.

L’articolo è di Le Gall e altri, Composizione, cambiamento stagionale e batimetria del Mare Ligeia, Titano, ricavati dalle sue emissioni termali al microonde, su “Rivista di Ricerca Geofisica: i Pianeti”, pubblicato online il 25 Febbraio 2016 (abstract). Il lavoro di Marco Mastrogiuseppe sulla batimetria del Mare Ligeia è descritto in La batimetria di un mare di Titano, su “Geophysical Research Letters”, pubblicato online il 4 marzo 2014 (abstract).

Titolo originale Beneath a Methane Sea di Paul Gilster , pubblicato su Centauri Dreams il 27 aprile 2016

Traduzione di SIMONETTA ERCOLI

17 maggio 2016 Posted by | Astrofisica, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , | 1 commento

Un sottomarino su Titano

Titan-6Che Titano, una luna di Saturno, sia uno dei posti più interessanti del Sistema Solare, lo sanno tutti. Possiede un’atmosfera, oceani liquidi e montagne che portano nomi tratti dal Signore degli Anelli. Inoltre si discute sulla possibiltà di trovare laggiù perfino indizi dell’esistenza della vita. Nel frattempo, le agenzie spaziali si danno da fare con qualcos’altro, per esempio un sottomarino che ne esplori gli oceani.

L’idea di base sel sottomarino viene dopo anni di fly-by eseguiti nel corso della missione Cassini-Huygens e dopo l’atterraggio, nel gennaio 2005, del lander europeo Huygens, che rivelò le incredibili  caratteristiche di Titano. Quando verrà il  turno di questa esplorazione marina? Evidentemente dopo Marte ed Europa. La NASA ha dichiarato che il primo sottomarino potrebbe essere trasportato sulla luna di Saturno dopo il 2040 nel corso di una missione senza equipaggio.

L’idea originale e il progetto sono stati sviluppati dal COMPASS TEAM del Centro Glenn della NASA e dal Laboratorio di Fisica Applicata (il video allegato ne illustra abbastanza bene le idee base). Il sommergibile peserà circa una tonnellata, sarà dotato da un sistema di propulsione tradizionale e pronto per una missione di 90  giorni nell’oceano artico di Titano. Si attendono difficoltà non tanto nell’atterraggio (Cassini-Huygens ha fornito così tanti dati in questo senso) ma per la missione in se stessa. Non si sa niente dell’ambiente sub-superficiale, anche se sono state rilevate maree e correnti. Inoltre, dato che la gravità è assai minore che sulla Terra (intorno a 0,14 g.), alla profondità di oltre 500 metri nel Mare Kranken (il più vasto bacino polare di Titano), la condensazione dell’azoto e il freddo creeranno molte barriere tecnologiche.

Titan-2“Da molti punti di vista un sottomarino su Titano presenta requisiti di autonomia comparabili con uno terrestre e le considerazioni d’ordine propulsivo e idrodinamico sono simili. Comunque, la trasmissione diretta di un proficuo ammontare di dati attraverso mlioni di km fino alla Terra richiede una grande antenna, installata come una pinna dorsale ultrasonica”.(Lorenz et. al, 2015, at the 46th Lunar and Planetary Science Conference)

“Si suppone che il veicolo esegua l’ammaraggio nel centro di Kraken-1, un posto sicuro. Dopo qualche test di tipo marino, il veicolo si dirigerà verso nord per osservare il flusso della marea passare attraverso il labirinto di Ligeia-Kraken, e forse rilevare il liquido maggiormente ricco di metano fluire da Ligeia verso l’equatore. L’imbarcazione quindi volgerà la sua rotta verso occidente per esplorare la linea di costa di  Kraken e indagare sul flusso di marea nella strozzatura” (Lorenz et. al, 2015, at the 46th Lunar and Planetary Science Conference).

 

traduzione di ROBERTO FLAIBANI

 

Per saperne di più:

Titano, un mondo a parte

Esplorare i laghi polari  di Titano

 

edizione originale di Stephen P. Bianchini

apparso per la prima volta sul blog Serious Wonder il 13 Febbraio 2015.

 

 

 

 

 

 

7 aprile 2015 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Planetologia | , , , , | 2 commenti

Esplorare i laghi polari di Titano

Il nome ricorda i Titani, figli di Crono (Saturno per i Romani), protagonisti della lotta contro Zeus e altri dei dell’Olimpo per la conquista del trono celeste. Lotta strenua, ma che li vide perdenti e sprofondati nelle viscere della terra, il Tartaro, come racconta Esiodo nella sua Titanomachia. Da qui il termine titanismo, con cui si intende l’atteggiamento di ribellione contro tutte le forze superiori che dominano e opprimono gli slanci vitali e la libertà stessa, ribellione pur nella consapevolezza di essere destinati alla sconfitta. Forse è proprio nella speranza che Titano capitoli, prima o poi, sotto la conquista da parte di una qualche missione che ne sveli i più profondi segreti, il motivo per cui gli scienziati hanno chiamato così questo massiccio satellite di Saturno.
fig.1_piano proposte missioni su TitanoFatto sta che questo corpo celeste  è oggetto di molte  ambiziose indagini da parte dei ricercatori, da quando nel 2005 la sonda Cassini e il lander Huygens, da essa trasportato, iniziavano a raccogliere informazioni che testimoniavano  la presenza di laghi di idrocarburi. Questi si presentano sempre più come luoghi favorevoli allo studio della formazione di molecole prebiotiche, in conseguenza delle trasformazioni fisiche e chimiche nei cicli di metano ed etano che si sviluppano su di esso. Ed è per questo che sono numerose le proposte di esplorazione presentate (ben sedici!) (fig.1), di cui solo quattro sono state prese in considerazione dalla Commissione che valuta le proposte delle missioni spaziali, in quanto le altre erano risultate troppo costose anche a fronte di risultati molto apprezzabili. La ricerca è stata condotta dal team Titan Lake Probe Study presso il Jet Propulsion Laboratory, una delle strutture più importanti della NASA.
Quattro sono gli obiettivi principali che si prefiggono tutte le missioni dirette a Titano:

  1.  lo studio della formazione ed evoluzione del satellite e della sua atmosfera attraverso l’analisi della composizione dei laghi, in particolare il lago Kraken;

  2.  l’osservazione delle interazioni tra superficie liquida e atmosfera per determinare il ruolo dei laghi  nel ciclo del metano;

  3.   lo studio dei laghi quale luogo-laboratorio per la formazione di composti chimici solubili in acqua e di quelli non solubili;

  4.  la ricerca di un oceano di acqua al di sotto della superficie e la presenza in esso di eventuali modifiche mareali nel corso dei 16 giorni di rotazione del satellite.

fig. 2_floating lander with relay communicationDelle quattro missioni prescelte, tre sono incluse nella classe New Frontiers, piuttosto ampia e generica, adatta quindi a comprendere le missioni più diverse, in grado di conseguire molti obiettivi scientifici utilizzando tecnologie  già disponibili come ad esempio il razzo Atlas V. E’ comunque necessario effettuare un adeguamento della parte strumentale e dei sistemi di campionatura per renderli idonei all’ambiente lacustre tipico delle zone polari di Titano. La possibilità di utilizzo di sistemi già in uso abbassa notevolmente i costi di realizzo e quindi queste missioni potrebbero essere attivate già dal 2022. Tutte prevedono l’impiego di un AeroShell a doppio guscio rigido e schermato: la parte anteriore protegge il corpo principale del lander dall’aumento di pressione e calore dovuto all’attrito, durante l’ingresso nell’atmosfera titana; quella posteriore, cioè la piattaforma, insieme ad altri componenti, quali paracadute, motori a razzo ed elettronica di controllo. I sistemi di propulsione di tutti i moduli prevedono l’utilizzo di generatori a radioisotopi di tipo Stirling (ASRG) che  sono incaricati anche di mantenere costante la temperatura interna della sonda. Diversi, invece, sono le strutture e i metodi di trasmissione dei dati.

1. Il floating lander with DTE communication è una piattaforma galleggiante che, dopo un volo interplanetario di 6 anni, dovrebbe discendere sulla superficie del lago Kraken, quando questo è rivolto verso la Terra in modo da inviare direttamente su di essa i dati raccolti con il sistema di comunicazione DTE (Direct-To-Earth). Mentre il lander galleggia sulla superficie del lago, giroscopi, accelerometri e sensori solari definiscono il senso della rotta.

2. Il submersible with relay communication è una sonda sommergibile che, dopo circa 9 anni di volo, dovrebbe compiere rilevamenti dapprima a livello della superficie del lago per 2 giorni, poi immergersi per circa 6 ore per misurazioni e campionature in profondità e quindi riemergere per inviare i dati raccolti al carrier in flyby o ad un satellite trasmittente.

3. Il floating lander with relay communication (fig.2) consiste in un lander galleggiante dotato solo di tre strumenti: uno spettrografo di massa con cromatografo, strumenti per la valutazione delle proprietà del lago e una fotocamera da immersione, responsabili della raccolta dei dati da inviare, come nel precedente modello, al carrier in flyby o ad un satellite trasmittente.

fig.3_flagshipMa il sistema di Saturno, e Titano sopratutto, rappresentano uno dei luoghi del Sistema Solare più importanti dal punto di vista scientifico ed è quindi logico e giustificato che la NASA stia preparando, anche senza troppo parlarne, progetti per raggiungere il gigante gassoso con almeno una missione di classe Flaghsip (la maggiore, cioè con un budget massimo intorno ai 2 miiardi ollari, da lanciare presumibilmente dopo il 2025. La sonda sarebbe articolata nelle classiche due sezioni, l’orbiter e il lander, con la differenza (non da poco!) che il lander sarebbe un natante, separabile anch’esso in due sezioni e incaricato di una missione di 32 giorni sul lago Kraken.

Il lander dovrebbe essere costituito da due elementi, il galleggiante e il sommergibile(fig.3a). Il primo, progettato con una base ampia a sufficienza per distribuire il peso della piattaforma sulla superficie di impatto e rimanere in galleggiamento nello strato più superficiale, è mantenuto opportunamente a temperatura costante grazie a generatori di calore ai radioisotopi e ad un doppio isolamento a vuoto. Un ulteriore isolamento dovrebbe essere garantito sulla superficie di immersione con uno strato di aerogel per mantenere costante la temperatura interna. Dovrebbe essere dotato, inoltre, di strumentazione idonea alla rilevazione di tutte le variazioni atmosferiche per correggere la navigazione in galleggiamento. Il sistema di alimentazione dovrebbe essere assicurato da due generatori ASRGs, uno per il lancio e uno per la crociera, e da un sistema di batterie a ioni di Litio per le parti impegnate nella raccolta e nell’immagazzinamento dei dati. Anche il sistema di telecomunicazione dovrebbe essere doppio: uno in X-band verso l’orbiter intorno a Saturno ed uno in VHF verso il sommergibile. La missione dovrebbe operare durante la notte titana per eliminare l’uso dei sensori solari e rendere ininfluenti le variazioni termiche interne al lander emerso. Il sommergibile, ermeticamente isolato grazie al vuoto creato tra l’involucro interno ed esterno e ulteriormente protetto da strati di materiale isolante, dovrebbe raccogliere un numero limitato di informazioni durante la discesa, quali ad esempio le modifiche di composizione al variare della profondità, e inviarli al lander con il sistema VHF. Una volta sul fondo, dovrebbe raccogliere ed analizzare campioni di sedimenti e acquisire dati con il sonar per 30 giorni, prima di tornare in superficie e inviare questi all’orbiter intorno a Saturno durante il suo secondo flyby intorno a Titano.
Come si può ben comprendere da quanto detto, l’esplorazione del laghi di Titano offre una ricca opportunità per fare luce su questo enigmatico satellite e molte sono le possibilità da seguire per metterla in atto ma…

fig.3a_flagship configuration2013/11/15 04:06 CST
Oggetto: FY2014 NASA bilancio, politica spaziale, RTG, tecnologia futura, Concetti Future Missioni, Plutonio-238.

In uno sbalorditivo annuncio di oggi Jim Green, Direttore della Divisione Scienze Planetarie della NASA, ha annunciato che i lavori sul Generatore avanzato ai Radioisotopi Stirling avrebbe cessato la sua attività a causa di tagli di bilancio:
Con un adeguato approvvigionamento di plutonio-238, e considerando le attuali restrizioni di bilancio, la NASA ha deciso di interrompere l’approvvigionamento di materiale ASRG per il  volo. Abbiamo dato indicazioni per il Dipartimento di Energia, che gestisce l’approvvigionamento, per finire il lavoro sulle unità di volo. L’hardware procurato nell’ambito di questa attività verrà trasferito al Glenn Research Center per continuare lo sviluppo e la sperimentazione della tecnologia Stirling.
http://www.planetary.org/blogs/casey-dreier/2013/20131115-nasa-just-cancelled-its-asrg-program.html

Quindi tutto è sospeso!
Sospese le missioni New Frontiers, pur essendo quelle a più basso costo.
Sospesa la Flagship Mission, pur essendo la più consistente per risultati scientifici previsti.
E sospese anche le missioni TiME, Titan Mare Explorer e AVIATR (Aerial Vehicle for In-situ and Airborne Titan Reconnaissance), già segnalate in precedenti articoli.

Per il momento… vince ancora Titano!

SIMONETTA ERCOLI

 

 

FONTI

  1. In-Situ Missions for the exploration of Titan’s lake, Johm O. Elliott and J. Hunter Waite, JBIS, Vol. 63, pp. 376-383, 2010
  2. California Institute of Technology/Jet Propulsion Laboratory, “Titam Saturn System Mission Final Report”,
    http://opfm.jpl.nasa.gov/file/08_TSSM+Final+Report_public+Version.pdf
  3. http://www.planetaryprobe.org/sessionfiles/Session5/Presentations/2_Waite_Titan_Lake_Probe.pdf
  4. http://www.planetary.org/blogs/casey-dreier/2013/20131115-nasa-just-cancelled-its-asrg-program.html

 

29 aprile 2014 Posted by | Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , | Lascia un commento

Titano, un mondo a parte

Nella costante ricerca di una possibile vita extraterrestre, nuovi orizzonti sono stati aperti sulla grande luna Titano dalla Missione Cassini-Huygens, in orbita nel Sistema di Saturno dal luglio 2004. Questo satellite, scoperto nel 1655 dall’astronomo olandese Christiaan Huygens, è uno dei corpi rocciosi più massicci dell’intero sistema solare: è più grande del pianeta Mercurio ed è il secondo satellite per dimensioni e massa, dopo Ganimede. (Fig.1 – Titano transita davanti a Saturno)

fig1 - saturno-titanoLa missione congiunta NASA/ESA/ASI, “Cassini-Huygens”, ha mappato la superficie di Titano grazie al lander Huygens che, disceso sul satellite nel gennaio 2005, ha rilevato a livello dell’equatore la presenza di dune fatte di particelle organiche e canali, simili a quelli escavati dal ghiaccio d’acqua, e laghi alle alte latitudini. Si ipotizzò che questo paesaggio poteva essere stato scolpito dall’azione di idrocarburi allo stato liquido, presenti quale risultato di un ambiente molto freddo, compatibile con la grande distanza dal Sole e con un’atmosfera stabile a -179°C. Quindi non dall’acqua, che a tali condizioni sarebbe completamente ghiacciata, ma che potrebbe comunque essere presente allo stato liquido in profondità, sotto la crosta di ghiaccio spessa circa 50 km, in base a quanto rilevato dalla maggior parte delle stime. Ci si potrebbe, però, chiedere se il requisito biologico terrestre dell’acqua possa essere svolto anche da altri liquidi, che sono stabili in superficie (metano ed etano ad esempio) e che possono portare ad una forma di chimica organica, con tutte le peculiarità legate alla vita, anche in un’espressione diversa da quella terrestre. Questo è quanto gli scienziati si propongono di scoprire con le loro ricerche.

La morfologia superficiale di Titano si presenta molto eterogenea, come hanno rilevato le osservazioni a lunghezze d’onda infrarosse e radar, ed essa sembra compatibile con attività di tipo vulcanico, tettonico ed anche meteorologico, interagenti in un ciclo analogo a quello idrologico sulla Terra, ma operato da un idrocarburo, tipo il metano.

Titano è anche l’unico satellite naturale del sistema solare a possedere un’atmosfera sviluppata, scoperta nel 1944 Gerard Kuiper, facendo uso di tecniche spettroscopiche. I dati ottenuti dalle missioni dimostrano che essa è costituita per il 98,4% di azoto, l’1,4% di metano e tracce di numerosi altri gas ed è così densa che una persona potrebbe legarsi un paio di ali sul dorso e librarsi in volo, come un novello… Dedalo! (Ovidio, Metamorfosi, libro VIII vv.183-200)

[…] E subito dedica il suo ingegno a un campo ancora inesplorato,

sovvertendo la natura. Dispone delle penne in fila,

partendo dalle più piccole via via seguite dalle più grandi,

in modo che sembrano sorte su un pendio: così per gradi

si allarga una rustica zampogna fatta di canne diseguali.

Poi al centro le fissa con fili di lino, alla base con cera,

e dopo averle saldate insieme, le curva leggermente

per imitare ali vere. Icaro, il suo figliolo, gli stava

accanto e, non sapendo di scherzare col proprio destino,

raggiante in volto, acchiappava le piume che un soffio di vento

sollevava, o ammorbidiva col pollice la cera

color dell’oro, e così trastullandosi disturbava il lavoro

prodigioso del padre. Quando all’opera fu data

l’ultima mano, l’artefice provò lui stesso a librarsi

con due di queste ali e battendole rimase sospeso in aria. […]

Agli inizi del secondo millennio osservazioni di tempeste nella regione antartica e nella regione equatoriale hanno fornito la prova della presenza di idrocarburi nell’atmosfera del satellite, prevalentemente metano, proveniente dal suo interno, a causa di fenomeni analoghi al nostro vulcanismo, ma di natura fredda, per questo definiti criovulcanici.

fig.2 Mare di Ligeia, nella regione del polo nord di Ttano, potrebbe rvelare i suoi segreti alla sonda TiME dopo il suo ammaraggio nel 2013. Credit NASAJPL.(fig.2: Il Mare di Ligeia) Successivamente, nel luglio 2006, la scoperta di laghi e mari, anche nell’emisfero settentrionale, ha confermato l’ipotesi della presenza di idrocarburi liquidi sulla superficie del satellite. In seguito questo dato è stato ulteriormente implementato da nuove riprese da parte di Cassini: la maggior parte dei laghi della luna sono concentrati alle latitudini settentrionali. Il più grande di questi bacini, denominato Mare di Kraken, è ampio quanto il Mar Caspio e il lago Superiore messi insieme. Alla sua sinistra si trova il secondo bacino per grandezza, il Mare di Ligeia, che ricopre un’area di circa 500 chilometri di diametro. Recenti flyby, accompagnati da condizioni meteorologiche favorevoli, hanno fornito immagini ancora più dettagliate, relazionate in un comunicato stampa dal Jet Propulsion Laboratory, in cui si legge che sono presenti superfici di terreno lucente intorno ai grandi bacini del nord, mai osservate prima. Due sono le spiegazioni proposte a riguardo: la prima ipotizza la costruzione di formazioni carsiche di origine salina simili a quelle presenti nelle Carlsbad Caverns (1) in New Mexico; la seconda, invece, propone la formazione di strutture derivate da crolli successivi ad un’eruzione vulcanica, che potrebbero anche spiegare il profilo arrotondato e le ripide pareti di questi laghi .

fig.3  Questo mosaico in falsi colori, realizzato a partire dai dati a infrarossi raccolti dalla sonda Cassini della NASA, rivela le differenze nella composizione dei materiali di superficie intorno ai laghi(Fig.3: particlari di Titano) Altro dato importante da tenere in considerazione riguardo alle condizioni ambientali della superficie di Titano è la sua temperatura media, che risulta essere molto vicina al punto triplo del metano, cioè la condizione in cui possono coesistere le forme liquida, solida e aeriforme di questo idrocarburo, come accade sulla Terra per l’acqua, condizione questa molto importante per lo sviluppo della vita.

La composizione del puzzle di informazioni ha delineato per Titano la presenza di condizioni ambientali tali che hanno portato gli scienziati ad assimilarlo allo stadio della Terra al tempo approssimativo dell’origine della vita. Potrebbe essersi verificata un’analoga condizione su Titano? La vita potrebbe aver avuto origine durante le fasi iniziali più calde della formazione del satellite e successivamente essere stata salvaguardata attraverso lo sviluppo di strategie di adattamento alle nuove condizioni, progressivamente sempre più fredde? Una risposta a queste domanda potrà essere data solo da nuove esplorazioni dirette dell’ambiente della luna con tipologie più avanzate di landers, che non troverebbero grandi ostacoli nella loro discesa, in quanto le condizioni si presentano favorevoli: bassa gravità, densa atmosfera, calma di venti in quota, bassa radiazione. Unico svantaggio… la grande distanza dalla Terra!

fig.4 Il robot Planetary Lake Lander della NASA galleggia su un lago di Ttiano in questa rappresentazione artistica. Illustrazione per gentile concessione NASAJPL(Fig.4: scendere sulla superficie di Titano). Per sorvolare le diverse zone di Titano potrebbe essere adeguata una mongolfiera, una sorta di rover galleggiante in grado di sfruttare al meglio le condizioni della sua atmosfera. E un veicolo di questo tipo è quello che stanno studiando agenzie spaziali statunitensi ed europee, in collaborazione con imprenditori privati. Un team scientifico, guidato dall’astrobiologa del SETI Nathalie Cabrol, sta lavorando da qualche anno al robot Planetary Lake Lander, una sonda testata in Cile sopra la Laguna Negra, luogo assimilabile ad un mare alieno, in quanto alimentata da ghiacciai, sovrastata da un’atmosfera sottile, soggetta a forti perturbazioni e valanghe e circondata da vulcani. Nel 2011 questo lander ha iniziato ad esplorare tutta l’area, determinando dimensioni e profondità del lago, misurandone il pH e rilevando i fenomeni meteorologici. Questo tipo di veicolo è comunque progettato per un lavoro di tipo terrestre e quindi la sua struttura risulta essere troppo pesante per un impiego su Titano e, pertanto, sarà necessario riadeguarla per sostenere il volo nello spazio.

Altra missione prevista verso Titano è TiME, Titan Mare Explorer, una missione inserita in quella più ampia del Titan Saturn System Mission. Ad essa sta lavorando Ellen Stofan, già membro del team che ha curato il radar di Cassini, insieme a Lockheed Martin (Proxemy Research Inc.) e al Laboratorio di Fisica Applicata della Johns Hopkins University. Ellen Stofan, ricercatrice principale della Proxemy Research, ha presentato nel 2009 alla “Decadal Survey”2 un lavoro, in cui metteva in rilievo il ruolo importante rivestito da mari e laghi di Titano nel ciclo complessivo del metano sulla sua superficie. Un obiettivo primario della missione sarà proprio quello di esaminare il ciclo di questo composto, per cogliere le analogie e le differenze rispetto al quello idrologico sulla Terra allo scopo di rilevare la presenza di una dinamica chimica complessa simile a quella che ha portato alla formazione della vita sul nostro pianeta miliardi di anni fa. Il progetto, di costo non eccessivamente alto e non suscettibile di variazioni in itinere, prevede il lancio di una zattera robot con un razzo Atlas 411 tra il 2016 e il 2018. La discesa sul Mare Ligeia (78 ° N, 250 ° W) avverrà nel 2023.

fig.5(fig.5: AVIATR) Il Dr. Jason W. Barnes dell’Università dell’Idaho e un team di 30 scienziati ed ingegneri stanno mettendo a punto una missione senza equipaggio per esplorare Titano, chiamata AVIATR (Aerial Vehicle for In-situ and Airborne Titan Reconnaissance). Questa consiste nell’invio sul satellite di un vettore spaziale costituito da tre veicoli: veicolo spaziale (SV) per il volo, un veicolo Entry (EV) per l’ingresso e la discesa , e il Veicolo Air (AV) per volare nell’atmosfera del satellite. AV studierà la dinamica dell’atmosfera e analizzerà la morfologia della superficie in modo più approfondito, grazie ad una specifica strumentazione di bordo; inoltre potrebbe essere programmato per salire fino a 14 km di altitudine e scende a 3,5 km di quota una volta al giorno, consentendo un monitoraggio molto più accurato e completo della struttura e della dinamica di tutto il satellite. Il costo stimato della missione è, però, piuttosto alto, 715 milioni di dollari, suscettibili di aumento in fase di realizzazione; per tale motivo il progetto non ha avuto ancora l’approvazione di priorità dal National Research Council’s “Decadal Survey” (2).

SIMONETTA ERCOLI

Note

(1) Le Carlsbad Caverns si sono formate a partire da 250 milioni di anni fa circa, con la creazione di una lunga barriera corallina a ferro di cavallo, formata da resti di spugne, alghe, conchiglie e da calcite che precipitava direttamente dall’acqua, in un mare interno che ricopriva questa regione. Quando il mare scomparve la barriera corallina fu sepolta da depositi di sali e gesso. Qualche milione di anni fa, a causa del sollevamento e dell’ erosione della zona, dalla roccia ha cominciato ad emergere la barriera corallina sepolta. L’acqua piovana, resa leggermente acida dall’aria e dal suolo da cui filtrava, percolando nelle fessure della barriera corallina, lentamente disciolse il calcare e causò l’inizio del processo di formazione delle grandi camere sotterranee.

(2) Il Decadal Survey fornisce indirettamente le priorità scientifiche attraverso una distribuzione cronologica dello svolgimento delle missioni. Si tratta di un sondaggio completo per la prima volta di tutte le scienze della Terra che potrebbero beneficiare di osservazioni spaziali. Lo studio è richiesto e sostenuto dalla NASA, NOAA, USGS.

Bibliografia

1. Jonathan I Lunine, Saturn’s Titan: A Strict Test for Life’s Cosmic Ubiquity, Based on a Talk at the 2008 Symposium “Space: The Evolving Frontier” of the Annual Meeting of the American Philosophical Society

2. Ovidio, Metamorfosi, libro VIII vv.183-200

3. Dirk Schulze-Makuch and David H. Grinspoon, Biologically Enhanced Energy and Carbon Cycling on Titan?

4. Jason W. Barnes and team, AVIATR—Aerial Vehicle for In-situ and Airborne Titan Reconnaissance.

5. Splashdown on Titan? http://www.centauri-dreams.org/?p=22478

6. Titan’s Northern Lake Country http://www.centauri-dreams.org/?p=29370

7. Titan’s Atmosphere Under Scrutiny http://www.centauri-dreams.org/?p=22682

20 gennaio 2014 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , | 1 commento

Acqua, acqua, ovunque

La nostra visione del Sistema Solare è completamente cambiata negli ultimi cinquant’anni. Ditelo a una festa, e chi vi ascolta darà per scontato che vi stiate riferendo a Plutone, il cui declassamento ha provocato più reazioni di qualsiasi altra recente notizia sui pianeti.Ma in aggiunta a tutto quello che abbiamo appreso dalle sonde, la nostra visione del Sistema Solare composto da un piccolo numero di pianeti, ora comprende un enorme numero di oggetti a immense distanze. Cinquant’anni fa , una Cintura di Kuiper di gran lunga più popolata della fascia principale degli asteroidi era solo teoria. E i primi modelli dl Sistema Solare con i quali sono cresciuto non includevano mai nessuna rappresentazione di una immensa nuvola di comete (ndt: la Nube di Oort), che si estendeva fino a cinquantamila Unità Astronomiche di distanza.

Abbiamo anche cominciato a capire che l’acqua allo stato liquido, una volta considerata esclusiva della Terra, potrebbe abbondare in tutto il Sistema. Caleb Scharf si occupa dell’argomento in un recente articolo apparso su Life Unbounded, prendendo nota di cosa i nostri modelli teorici ci dicono sulla presenza di oceani interni in svariati oggetti celesti.

Si può fare molto con modelli puramente teorici che cercano di determinare il giusto equilibrio idrostatico tra il peso di un corpo celeste e le sue forze di pressione interne, sia che siano esercitate in stato gassoso, solido o liquido: energia termica proveniente dalla formazione dei corpi stessi, calore generato dal decadimento radoattivo di isotopi d’origine naturale, tutto gioca un ruolo. Basta inserire qualche dato reale, per esempio misurazioni inerenti a luoghi come Europa o Titano, perché i nostri modelli diventino molto meglio calibrati. L’aspetto intrigante è che si può giocare variando la composizione e la stratificazione interna del materiale di un corpo planetario per trovare la combinazione che funziona meglio. Di conseguenza si può fare una stima della natura e dell’estensione di qualsiasi zona di acqua allo stato liquido situata sotto la superfice.

Scoprire oceani interni

I dati diventano impressionanti, come dimostrano Hauke Hussmann e colleghi in un testo del 2006 apparso sulla rivista Icarus. Si inizia con Galileo, la missione verso Giove che ha riportato dati sufficienti per cambiare la nostra visione delle lune del pianeta gigante. Galileo ha scoperto campi magnetici secondari indotti nelle vicinanze di Europa, Callisto e Ganimede, fornendo consistenti prove sperimentali a sostegno dell’ipotesi che esistano oceani sotto le loro superfici. Si pensa che tali campi siano generati da ioni contenuti in uno strato d’acqua allo stato liquido presente sotto la crosta ghiacciata esterna. Indubbiamente Europa è diventata un obiettivo primario per una futura ricerca di astrobiologia, grazie alla prospettiva di trovare, oltre all’acqua, anche una crosta di ghiaccio sottile.

L’articolo di Hussmann prosegue calcolando i modelli di strutture interne per corpi celesti ghiacciati di medie dimensioni nel Sistema Solare esterno, supponendo come acquisito l’equilibrio termico tra calore di origine radioattiva prodotto dal nucleo e la perdita di calore attraverso la crosta di ghiaccio. Ora possiamo davvero cominciare a espandere il quadro. Il testo dimostra che l’esistenza di oceani sotto la superficie è plausibile non solo nel caso, ora ovvio, di Europa, ma anche di Rhea, Titania, Oberon, Tritone e Plutone. Un esempio può essere costituito anche dagli oggetti trans-nettuniani (TNO) 2003-UB313, Sedna e 2004-DW. Hussmann dice:

Nei corpi celesti qui in discussione, gli strati liquidi sono in diretto contatto con i nuclei rocciosi. Ciò contrasta con gli oceani interni nei grandi satelliti ghiacciati come Ganimede, Callisto o Titano, dove essi sono racchiusi tra una crosta di ghiaccio comune sopra e da strati di ghiaccio supercompressi sotto. Il contatto tra l’acqua e i silicati permetterebbe uno scambio molto efficace di minerali e sali tra le rocce e l’oceano nelle zone interne di questi satellti di medie dimensioni.

E’ interessante notare che Encelado, come risulta dai continui esami a cui è sottoposto dalla sonda Cassini, non si accorda col modello Hussmann. Nel documento si segnala infatti che sorgenti di calore diverse da quella originata dal decadimento radioattivo servirebbero per sostenere un tale oceano, con l’ovvia opzione rappresentata dal calore sviluppato dalle maree. Abbiamo molto da imparare su Encelado: il testo affronta argomenti come la storia della sua orbita, e fa paragoni con Mimas, dove la forza della marea è molto più intensa. Ma le conclusioni sono chiare: abbiamo necessità di una maggior mole di osservazioni per chiarire se gli oceani interni sono o meno un fenomeno comune nel Sistema, tra le lune e i corpi celesti ghiacciati come gli oggetti trans-nettuniani.

Oceani oscuri e lontani

Hussmann e colleghi partono dall’assunto che i bacini sotterranei in questi mondi esterni si trovino sotto una crosta di ghiaccio spessa oltre 100 chilometri, abbastanza perchè ci sia poco collegamento tra tali bacini e le caratteristiche di superficie. Ma lo studio dell’interazione tra questi oceani e i campi magnetici e le particelle cariche che li circondano, e le reazioni dei corpi celesti alle maree esercitate dal corpo primario (ndt: uno dei pianeti esterni, nel nostro caso), possono aiutarci a confermare o smentire l’esistenza degli oceani stessi. Qui c’è lavoro per generazioni di sonde spaziali, ma se azzecchiamo il modello giusto fin dall’inizio, allora potremo fare ragionevoli estrapolazioni a proposito dell’onnipresenza dell’acqua.

Il modello proposto nel documento, dicono gli autori, non è applicabile a Ganimede, Callisto e Titano, ma vedo che nel suo articolo Scharf afferma che Titano potrebbe avere un volume di acque dieci volte superiore a quello degli oceani terrestri. Questi sono i dati che contano. Come dice Scharf:…”questi corpi celesti da soli potrebbero fornire una quantità d’acqua allo stato liquido da dieci a sedici volte maggiore di quella presente sulla Terra.” Mettiamo nel conto anche gli oggetti trans – nettuniani, aggiungiamo la possibilità di un eventuale riscaldamento d’origine radioattiva, e otterremo quanto meno l’eventualità che i TNO siano la più estesa sorgente di acqua allo stato liquido dell’intero Sistema Solare.

Non avevamo forse detto che la nostra visione del Sistema era cambiata? Questa rivoluzione continua non appena ci addentriamo nella Cintura di Kuiper. Speriamo che la sonda New Horizons scopra un piccolo TNO da studiare, nel corso del suo viaggio oltre Plutone e Caronte, ma forse potremmo sperare nel lancio di sonde destinate a orbitare intorno ai satelliti dei pianeti esterni o ad altri oggetti, aiutandoci a comprenderne la composizione interna. Se si avvalora la prospettiva che esistano bacini d’acqua interni nelle proporzioni indicate precedentemente, allora tutta la Cintura di Kuiper avrebbe un seppur minimo potenziale astrobiologico.

Titolo originale:“Water, Water, Everywhere” scritto da Paul Gilster e pubblicato in Centauri Dreams il 18 febbraio 2011. Traduzione italiana di Roberto Flaibani, editing di Beatrice Parisi. Le illustrazioni riproducono alcune opere del pittore Giulio Corcos, che ringraziamo con simpatia. Questo articolo segna la nostra partecipazione al Carnevale della Chimica, terza edizione, e inaugura una fase di collaborazione con Centauri Dreams, che ci auguriamo lunga e fruttuosa.

Fonte: Hussmann et al., “Subsurface oceans and deep interiors of medium-sized outer planet satellites and large trans-neptunian objects,” Icarus Vol. 185, Issue 1 (2006), p. 258-273.

21 marzo 2011 Posted by | Carnevale della Chimica, Planetologia, Scienze dello Spazio | , , , , , , , , | 2 commenti

   

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