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Voyager 2: svelato un nuovo segreto dell'atmosfera di Urano

26 marzo 2020
Tre decenni dopo il sorvolo da parte della Voyager 2 gli scienziati hanno scoperto un nuovo segreto sul pianeta Urano: il gigante di ghiaccio sembra perdere un po' della sua atmosfera nello spazio, forse sottratta dal campo magnetico del pianeta stesso.

Il 24 gennaio 1986, dopo 8 anni di navigazioni all'interno del Sistema Solare, la navicella Voyager 2 si apprestava a incontrare il misterioso e ghiacciato settimo pianeta: Urano. E trent'anni dopo gli scienziati, durante una revisione dei dati raccolti, hanno scoperto un'altro segreto appartenente al pianeta.
All'insaputa dell'intera comunità di fisica spaziale, 34 anni fa Voyager 2 aveva attraversato un plasmoide, una gigantesca bolla magnetica che potrebbe aver portato l'atmosfera di Urano nello spazio. La scoperta, riportata su Geophysical Research Letters, ha così sollevato nuove domande sull'ambiente magnetico unico del pianeta.
Le atmosfere planetarie si disperdono nello spazio in tutto il Sistema Solare. Per esempio l'idrogeno sgorga da Venere per unirsi al vento solare, il flusso continuo di particelle che fuoriesce dal Sole. Giove e Saturno espellono globi della loro aria carica elettricamente e persino la Terra ha delle perdite di atmosfera nello spazio (niente di cui preoccuparsi, l'atmosfera terrestre rimarrà integra almeno per un altro miliardo di anni!). Questi effetti sono minuscoli sulla scala temporale degli esseri umani, ma se mantenuti per migliaia di anni, la fuga atmosferica può sostanzialmente alterare il destino di un pianeta: ciò che è avvenuto su Marte.
La fuga atmosferica è provocata dal campo magnetico di un pianeta che può sia aiutare che ostacolare il processo. Gli scienziati ritengono che i campi magnetici possano proteggere un pianeta, schermando le particelle del vento solare che colpiscono l'atmosfera, ma possono anche creare opportunità di fuga come i giganteschi globi liberati da Saturno e Giove quando le linee del campo magnetico si aggrovigliano. Quindi per comprendere l'evoluzione delle atmosfere, gli scienziati prestano molta attenzione al magnetismo dei pianeti.
Il campo magnetico particolarmente strano di Urano, rivelato dalle analisi della Voyager 2, rende questo pianeta piuttosto unico e misterioso.
A differenza di qualsiasi altro pianeta del nostro Sistema Solare, Urano gira quasi perfettamente da un lato - come un maiale che cuoce su uno spiedo - completando la rotazione ogni 17 ore. Il suo asse di campo magnetico punta a 60 gradi di distanza dall'asse di rotazione, così mentre il pianeta gira, la sua magnetosfera oscilla come un pallone da calcio colpito malamente motivo per il quale gli scienziati non sono ancora riusciti a ricostruirne un modello.
Questa stranezza ha incuriosito il fisico DiBraccio e il suo coautore Dan Gershman, un collega fisico spaziale della Goddard, facenti parte di una team dedicato a elaborare piani e misteri da risolvere per una nuova missione su Urano e Nettuno. Lo strano campo magnetico di Urano, misurato per ultimo più di 30 anni fa, è così sembrato un buon punto di partenza. Hanno quindi scaricato i dati dei rilevamenti del magnetometro di Voyager 2 che aveva monitorato la forza e la direzione dei campi magnetici vicino a Urano durante il sorvolo e, senza avere idea di cosa avrebbero trovato, hanno aumentato il dettaglio rispetto agli studi precedenti tracciando un nuovo punto dati ogni 1,92 secondi. Le linee morbide hanno così lasciato il posto a punte frastagliate e avvallamenti rendendolo visibile: un piccolo zigzag che rappresentava un plasmoide.
Poco conosciuti al tempo del sorvolo di Voyager 2 i plasmoidi sono adesso riconosciuti come un importante sistema con il quale i pianeti perdono massa. Queste gigantesche bolle di plasma, o gas elettrificato, si staccano dall'estremità della coda magnetica di un pianeta - la parte del suo campo magnetico respinta dal Sole come una manica a vento. Avendo sufficiente tempo a disposizione, i plasmoidi in fuga possono drenare gli ioni dall'atmosfera di un pianeta cambiandone radicalmente la propria composizione. I plasmoidi sono stati osservati sulla Terra e su altri pianeti, ma nessuno li aveva ancora rilevati su Urano.
Il plasmoide trovato da DiBraccio e Gershman ha occupato soltanto 60 secondi del sorvolo di Urano durato quasi 45 ore, sembrando più un rapido capovolgimento nei dati del magnetometro che però, modellato in 3D, è apparso come un cilindro. Confrontando i loro risultati con i plasmoidi osservati su Giove, Saturno e Mercurio, hanno così stimato una forma cilindrica lunga almeno 204.000 chilometri e larga fino a circa 400.000. E, come tutti i plasmoidi planetari, si ritiene fosse pieno di particelle cariche - principalmente idrogeno ionizzato. Le letture dall'interno del plasmoide - mentre Voyager 2 lo attraversava - hanno lasciato intendere le sue origini. Mentre alcuni plasmoidi hanno un campo magnetico interno contorto, DiBraccio e Gershman hanno osservato anelli magnetici lisci e chiusi. Tali plasmoidi a forma di cappio si formano tipicamente quando un pianeta in rotazione scaglia nello spazio frammenti della sua atmosfera, le forze centrifughe prendono il sopravvento e il plasmoide si stacca. Secondo le stime i plasmoidi di quelle dimensioni potrebbero rappresentare tra il 15% e il 55% della perdita di massa atmosferica di Urano, una percentuale maggiore rispetto a Giove o Saturno: la principale causa della perdita della sua atmosfera nello spazio.
In che modo questa fuga ha dunque cambiato Urano nel tempo? Con una sola e breve serie di osservazioni è difficile da dire, ma questi risultati aiutano a focalizzare le nuove domande sul pianeta per rispondere a nuovi misteri della scienza planetaria.

fonti: NASA Jet Propulsion Laboratory

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