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Il telescopio SOFIA trova indizi nascosti nell'atmosfera di Plutone

13 maggio 2020
Quando la sonda spaziale New Horizons ha sorvolato Plutone nel 2015, una delle tante caratteristiche affascinanti che le sue immagini hanno rivelato è che questo lontano, piccolo e gelido mondo del Sistema solare possiede un'atmosfera nebbiosa. Grazie a nuovi dati raccolti dal telescopio SOFIA si è scoperto come la foschia di Plutone sia formata dalla debole luce del Sole a 3,7 miliardi di miglia di distanza mentre si muove attraverso un'orbita insolita.

Osservazioni remote di Plutone da parte del telescopio della NASA SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy ), un osservatorio aereo a infrarossi posto nell'apertura della fusoliera di un Boeing 747, mostrano che la sottile foschia che avvolge Plutone è fatta di particelle molto piccole che rimangono nell'atmosfera per periodi di tempo prolungati anziché cadere immediatamente sulla superficie. I dati di SOFIA chiariscono che queste particelle di foschia vengono attivamente reintegrate, una scoperta che sta facendo rivedere le previsioni sul destino dell'atmosfera di Plutone, mentre il pianeta si sposta in aree dello spazio ancora più fredde sulla sua orbita attorno al Sole della durata di 248 anni terrestri. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Icarus.
"Plutone è un oggetto misterioso che ci sorprende costantemente", ha dichiarato Michael Person, autore principale dell'articolo e direttore dell'Osservatorio astrofisico di Wallace del Massachusetts Institute of Technology. "In precedenti osservazioni remote c'erano state indicazioni su una possibile foschia, ma non vi erano prove evidenti che confermassero l'esistenza fino ai dati pervenuti da SOFIA. Ora ci stiamo chiedendo se l'atmosfera di Plutone collasserà nei prossimi anni perché potrebbe essere più resistente di quanto pensassimo."
SOFIA ha studiato Plutone solo due settimane prima del sorvolo di New Horizon nel luglio 2015. Il Boeing 747 modificato ha sorvolato l'Oceano Pacifico e ha puntato il suo telescopio di quasi 9 piedi su Plutone durante un'occultazione, un evento simile all'eclissi in cui Plutone proiettava una debole ombra La superficie della Terra mentre passava davanti a una stella lontana. SOFIA ha osservato gli strati intermedi dell'atmosfera di Plutone nelle lunghezze d'onda della luce infrarossa e visibile, e poco dopo il veicolo spaziale New Horizons ha sondato i suoi strati superiori e inferiori usando onde radio e luce ultravioletta. Queste osservazioni combinate e prese in modo così ravvicinato nel tempo, hanno fornito un quadro più completo dell'atmosfera di Plutone.

Un'atmosfera azzurra e nebbiosa


Formatasi come ghiaccio superficiale vaporizzato dalla distante luce del Sole, l'atmosfera di Plutone è prevalentemente composta da azoto insieme a piccole quantità di metano e monossido di carbonio. Le particelle della foschia si formano nella parte alta dell'atmosfera, a più di 20 miglia sopra la superficie, quando il metano e altri gas reagiscono alla luce del Sole, per poi piovere lentamente sulla superficie ghiacciata.
New Horizons ha trovato prove di queste particelle quando ha restituito immagini che mostrano una foschia blu nell'atmosfera di Plutone. Ora, i dati di SOFIA hanno colmato ulteriormente i dettagli scoprendo che le particelle sono estremamente piccole, da 0,06 a 0,10 micron di spessore, circa 1.000 volte più piccole della larghezza di un capello umano. A causa delle loro piccole dimensioni riflettono la luce blu molto più degli altri colori mentre si spostano verso la superficie, creando questa particolare tinta azzurra.
Grazie a queste nuove intuizioni gli scienziati stanno rivalutando le loro previsioni sul destino dell'atmosfera di Plutone. Molti modelli indicano che quando i pianeti nani si allontanano dal Sole il ghiaccio superficiale si vaporizza in quantità minore - creando meno gas atmosferici mentre le perdite nello spazio continuano - portando eventualmente al collasso atmosferico. Ma piuttosto che collassare, l'atmosfera sembra mutarsi in un modello ciclico più breve.
Applicando ciò che hanno appreso da SOFIA nel rianalizzare le osservazioni precedenti, inclusi i dati del predecessore di SOFIA - l' Osservatorio aereo Kuiper - , è stato evidenziato che la foschia si addensa e poi si attenua in un ciclo della durata di pochi anni. Ciò indica che le minuscole particelle vengono create in modo molto rapido. I ricercatori suggeriscono che sia l'orbita insolita di Plutone a modellare i cambiamenti della foschia e quindi potrebbe essere più importante nel regolare la sua atmosfera rispetto alla distanza dal Sole. Plutone orbita attorno al Sole in una forma ovale lunga, chiamata orbita ellittica, e ad angolo, chiamata orbita inclinata. Inoltre ruota su un lato e questo fa sì che alcune aree del pianeta nano siano esposte a più luce solare quando si trova in determinati punti dell'orbita. Quando le regioni ricche di ghiaccio sono esposte alla luce solare, l'atmosfera può espandersi e creare più particelle di foschia, ma poiché quelle aree ricevono meno luce solare, possono ridursi e diventare più chiare. E questo ciclo è proseguito anche se la distanza di Plutone dal Sole è aumentata, sebbene non sia chiaro se questo schema potrà continuare.
"Ci sono ancora molte cose che non capiamo, ma ora siamo costretti a riconsiderare le previsioni precedenti", ha dichiarato Person. “L'atmosfera di Plutone potrebbe collassare più lentamente di quanto precedentemente previsto, o forse per niente. Dobbiamo continuare a monitorarlo per scoprirlo. "

All'inseguimento dell'ombra di Plutone

SOFIA era stato posizionato in modo univoco per studiare Plutone da lontano approfittando di un raro momento in cui Plutone passava davanti a una stella lontana, proiettando una debole ombra sulla superficie terrestre. Momentaneamente retroilluminato dalla stella, l'atmosfera di Plutone poteva quindi essere analizzata.
Viaggiando a 53.000 miglia all'ora, l'ombra di Plutone sarebbe apparsa per due brevissimi minuti sull'Oceano Pacifico vicino alla Nuova Zelanda. SOFIA ha quindi tracciato il percorso da intercettare, ma solo due ore prima dell'occultazione una previsione aggiornata aveva posto l'ombra a 200 miglia più a nord.
“Catturare quell'ombra ha creato un po' di confusione. SOFIA ha il vantaggio di essere mobile, ma il piano di volo aggiornato doveva prima essere approvato dal controllo del traffico aereo", ha affermato William Reach, direttore associato di SOFIA per le operazioni scientifiche. "Ci sono stati alcuni momenti di tensione, ma la squadra ha lavorato coesa e abbiamo ottenuto l'autorizzazione. Abbiamo raggiunto l'ombra di Plutone esattamente al momento giusto e siamo stati molto felici di avercela fatta!"

Osservazioni remote come queste consentono agli scienziati di monitorare i corpi planetari tra i sorvoli di veicoli spaziali, che possono spesso essere separati da molti anni. L'accordo tra i dati raccolti in remoto da SOFIA e dal sorvolo ravvicinato di New Horizons conferma che le osservazioni di occultazione dalla Terra possono fornire dati di alta qualità abbinate a quelle dei veicoli spaziali.

fonti: NASA

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