Le costellazioni di settembre

 Alla metà del mese il cielo della sera è completamente buio attorno alle 21.00 e la mattina comincia ad albeggiare solo dopo le ore 6.00. Il cielo di settembre, a causa delle giornate sempre più brevi, è sostanzialmente simile a quello di agosto, con la differenza che gli astri che eravamo abituati a vedere ben alti in cielo intorno alla mezzanotte, sono invece spostati verso occidente dove si accingono a tramontare. Nelle prime ore della sera sarà possibile scorgere sull’orizzonte lo Scorpione, seguito dal Sagittario e, più in alto, dall’Ofiuco e da Ercole. Più a Nord – Ovest tramonta invece la costellazione del Bootes, caratterizzata dalla supergigante rossa Arturo, circa 500 volte più grande del nostro Sole: al suo fianco sinistro notiamo la piccola costellazione della Corona Boreale. Qualche ora più tardi sarà il turno del Triangolo Estivo (descritto dettagliatamente nel cielo di luglio) ad avviarsi verso l’orizzonte occidentale. Con l’aiuto delle mappe del cielo si potranno facilmente identificare anche le costellazioni minori, disposte tra l’Aquila e il Cigno; in particolare, sono riconoscibili la Volpetta, la Freccia e il Delfino. Tornando alla fascia zodiacale, le costellazioni visibili verso Sud in questo periodo sono meno spettacolari e di più difficile identificazione rispetto a quelle osservate nei mesi precedenti. Capricorno, Acquario e Pesci sono piuttosto estese, ma prive di stelle brillanti. Più facile da trovare la minuscola costellazione dell’Ariete, che vedremo sorgere a Est. Per riconoscere queste costellazioni possiamo sfruttare gli allineamenti delle stelle più brillanti delle costellazioni che troviamo nelle vicinanze: Acquario e Pesci ad esempio si trovano proprio sotto il grande quadrilatero di Pegaso, il cavallo alato, che dopo il tramonto domina il cielo di Sud-Est. Partendo da Pegaso, verso Nord-Est, troviamo la costellazione di Andromeda, dove anche con un semplice binocolo (ma in cieli molto oscuri la si intravede già ad occhio nudo) è possibile osservare l’omonima galassia. Andromeda è seguita da Perseo, con una forma che ricorda una “Y” rovesciata. Più in alto rispetto ad Andromeda e Perseo, spostandoci a Nord verso la stella polare (non riesci a trovarla?), troviamo Cassiopea, con la sua caratteristica forma a “W”, e la meno appariscente costellazione di Cefeo, dalla forma di una casetta stilizzata. Tra Perseo e Cassiopea c’è un altro noto oggetto del profondo cielo che merita di essere osservato: si tratta del cosiddetto Doppio Ammasso del Perseo. I due ammassi contengono complessivamente circa 400 stelle e distano da noi oltre 7.000 anni luce, separati da circa un migliaio di anni luce l’uno dall’altro. Il “Doppio Ammasso” è un oggetto molto esteso: la visione migliore la si può avere con un binocolo, che permette di ammirare entrambe le concentrazioni di stelle, che di norma non entrano nel ristretto campo inquadrato da un telescopio., Completiamo la descrizione della volta celeste con l’Orsa Maggiore, che troviamo a Nord – Ovest, accompagnata dal Dragone, una vasta costellazione che si snoda come un serpente tra le due Orse. Tratto da Il cielo nel mese di Settembre 2015 di Stefano Simoni

 

Un’eruzione vulcanica dietro la grande estinzione (tra il Permiano e il Triassico)

Un recente studio, a firma di Seth D. Burgess e altri ricercatori, in uscita su Science Advances, ha utilizzato misure ad alta precisione sull’età delle rocce vulcaniche per dimostrare che un’intensa attività vulcanica precedette l’estinzione di massa del Permiano, quello che per molti esperti è il più grave evento estintivo mai verificatosi sulla Terra. Basti pensare che circa 251,4 milioni di anni fa (molto prima che dinosauri e mammiferi facessero la loro vera e propria apparizione) sparirono dal pianeta il 90% delle specie marine, il 75% delle specie terrestri (più che altro rettili) e degli alberi ne rimase una piccola traccia. L’evento distruttivo diede inizio al periodo del Triassico. I risultati ottenuti dai ricercatori offrono oggi le prove a sostegno di una teoria appoggiata dalla comunità scientifica: l’evento causò la rapida fuoriuscita di quantità gigantesche di gas serra nell’atmosfera portando a un repentino cambiamento climatico e alla conseguente destabilizzazione degli ecosistemi. È stata ipotizzata quindi una connessione tra una delle più grandi eruzioni vulcaniche continentali mai registrate e questa particolare estinzione, anche se per stabilire un nesso di causalità è necessaria una precisa comprensione delle tempistiche dei due eventi. E oggi si brancola ancora nel buio, come si suol dire. Per confermare la possibilità di una connessione casuale, Seth Burgess e i suoi colleghi hanno delineato una successione cronologica degli eventi che precedettero e seguirono l’estinzione di massa, individuando le età di alcune rocce vulcaniche tramite tecniche di datazione uranio-piombo. I campioni di roccia vulcanica sono stati prelevati da una vasta piattaforma lavica chiamata “trappola siberiana”, 2,6 milioni di chilometri quadrati in Russia dove sotto la città di Norilsk è stato trovato uno strato di lava con uno spessore di 4 chilometri. Da questo enorme giacimento di gas si pensa sia partita la miccia dell’eruzione vulcanica e quindi poi dell’estinzione che ha messo fine al Permiano. Gli esperti affermano che il magmatismo vulcanico iniziò 300 mila anni prima dell’evento distruttivo e continuò anche dopo. Insomma, un’eruzione al momento e al posto giusto (per così dire) ha portato alla più grave estinzione sulla Terra.
di Eleonora Ferroni (INAF)

Nel futuro c’è Marte

L’uscita ormai prossima del film The Martian riaprirà sicuramente anche presso il grande pubblico il sogno, o per alcuni la questione, dell’esplorazione umana di Marte. Dalle osservazioni di Schiaparelli prima e di Lowell, che dalle osservazioni dell’astronomo italiano prese lo spunto, nacque l’idea che Marte potesse essere un pianeta abitabile e forse abitato. Un’ipotesi che, per inciso, diede lo spunto a tutta la letteratura di fantascienza e che continuò fino ai giorni nostri, o quasi. Fu infatti solo con le missioni spaziali, superando la barriera che l’osservazione astronomica da Terra impone con le misure che la scienza planetaria consente, che si fu in grado di stabilire che Venere, l’altro pianeta sospettato di essere abitabile, e Marte non ospitavano forme di vita visibili. Per Marte in particolare lo shock ci fu con le immagini che la prima missione americana, Mariner 4, che 50 anni fa raggiunse il pianeta. Mostravano, anche se a bassissima risoluzione, un pianeta arido, cosparso di crateri e totalmente privo dei “canali” visti da Schiaparelli e Lowell. Da quel primo lontano fly-by ad oggi molte altre missioni si sono succedute. Dal 1960 ad oggi le missioni lanciate verso Marte sono state 41 tra sovietiche, di cui nessuna ha raggiunto l’obiettivo, e americane, anche loro con 5 insuccessi, e poi una europea, una indiana ed una giapponese. Ogni missione ha aumentato la conoscenza del pianeta, solo per ricordarne alcune: Mariner 9 con le prime immagini a colori, il primo atterraggio con successo de la vista di Marte dalla sua superficie con i Viking nel 1979, il primo rover Pathfinder, piccolo ma in grado di dimostrare di potersi muovere sulla superficie, Mars Express, la prima missione europea con a bordo uno strumento, il radar sounder italiano MARSIS, che ha aperto una nuova frontiera di ricerca, MSL un grande rover mosso da energia nucleare che sta dimostrando che si può pensare ad una mobilità estesa per le missioni future. Ed il futuro, anche quello con astronauti che cammineranno sulla superficie del Pianeta Rosso, è quello che si sta ora iniziando a costruire. E’ vero che fino ad oggi non abbiamo l’evidenza che su Marte si sia sviluppatala vita, anche se in forma primitiva tipo quella dei batteri estremofili che con sorpresa abbiamo scoperto riescono a vivere anche nelle nicchie più ostili della Terra, ma è anche vero che abbiamo scoperto, e stiamo continuando a scoprire, che le condizioni geologiche necessarie ci sono state ad iniziare dalla presenza di acqua liquida sulla sua superficie ed anche della presenza di tutti i minerali necessari. Inoltre, grazie anche a strumenti sviluppati in Italia, si è potuto determinare che l’acqua, elemento essenziale per la sopravvivenza su lungo periodo dell’uomo, sia pure sotto forma di ghiaccio è abbondante. Ce lo hanno detto soprattutto i due radar sounder MARSIS e Sharad, sviluppati grazie all’ingegno di uno scienziato dell’Università la Sapienza, che ci ha lasciato da poco, il prof. Giovanni Picardi e dei suoi discepoli. Quando il primo di questi strumenti del tutto innovativi capaci di fare la radiografia fino a chilometri di profondità e di determinare la presenza di ghiaccio o acqua nascosti nelle viscere del pianeta, fu proposto per la missione Mars Express eravamo nel 1996 durante una riunione del gruppo internazionale di coordinamento per l’esplorazione di Marte IMEWG. La riunione era al KSC in occasione del lancio di Pathfinder, c’era stato da poco l’ennesimo fallimento di una missione sovietica. Mars ’96, che aveva a bordo anche quattro strumenti europei, tra cui quello italiano PFS di Vittorio Formisano dell’INAF, tutti gli strumenti avevano dei modelli “spare” disponibili in laboratorio ed ESA propose di realizzare una missione, fast, per portarli su Marte e che c’era posto per altri due strumenti. ASI propose MARSIS che comunque dovette superare una dura selezione visti che come sempre c’erano altri forti competitori, e poi lo realizzò. Era una nuova frontiera che fu seguita rapidamente dalla proposta che l’ASI fece alla NASA per un secondo radar dello stesso tipo, anche se con frequenze leggermente diverse per ampliare il ritorno scientifico con una sinergia operativa tra i due, che portò al lancio il 12 agosto del 2005 di SHARAD, a bordo di MRO. Oggi abbiamo una buona mappatura di Marte fino a circa 5 km di profondità, sappiamo dove sono le riserve di ghiaccio principali e che l’acqua contenuta nella sola calotta polare nord sarebbe sufficiente a ricoprire l’intero pianeta con un oceano dello spessore di 8 metri. Ora, e saranno le missioni in fase di sviluppo per il 2018 e 2020 dobbiamo cercare le riserve più prossime alla superficie. Questo è uno degli obiettivi che si pongono sia Exomars 2018 dell’ESA, che Mars 2020 della NASA. Exomars sarà il primo rover marziano equipaggiato con un drill, una trivella, capace di bucare fino a 2 metri di profondità, fare misure spettroscopiche all’interno del foro e dare campioni agli strumenti di bordo. Anche il drill è uno strumento made in Italy e lo spettrometro contenuto all’interno della sua punta di perforazione nasce dall’intuizione di un’altra scienziata italiana, prematuramente scomparsa, Angioletta Coradini dell’INAF. Un altro obiettivo di Exomars è cercare, nei campioni sottosuperficiali catturati dal drill e con l’utilizzo strumenti specifici, le tracce di elementi organici correlati alla vita per dirimere, si spera finalmente, la questione se c’è stata o c’è vita su Marte. Mars 2020 si concentrerà soprattutto sull’estendere le ricerche geofisiche già condotte da MSL e in particolare, collezionare dei campioni da mettere in un contenitore sigillato che resterà disponibile sulla superficie di Marte aspettando una successiva missione, nel 2022 o 24, che li riporterà a sulla Terra. Il ritorno dei campioni a terra ha una duplice valenza: da un lato scientifica, la possibilità di analizzarli con strumentazioni che non possono essere portate su un altro pianeta ad esempio per effettuare la datazione assoluta, dall’altra dimostrare che è possibile fare un viaggio di andata e ritorno. Provare le tecnologie per ripartire dalla superficie di Marte e tornare sulla Terra è uno dei passi fondamentali per il successo dell’esplorazione umana. Molte altre cose si devono provare anche con gli astronauti e la strategia che ora si sta delineando inizia con un ruolo, diverso da quello prevalente fino ad oggi, per la ISS che può diventare il campo di prova per studiare il comportamento del corpo umano a lunghissime esposizioni all’ambiente spaziale, a cominciare dagli effetti della microgravità sulla circolazione del sangue e dei liquidi linfatici per periodi di un anno e più, alle tecnologie per la protezione dalla radiazione fino alle tecniche di rendez-vous e docking. Il passo successivo, che in effetti sarà progettato me realizzato in parallelo, sarà quello di sviluppare un nuovo lanciatore molto potente per realizzare un outpost in orbita circumlunare, catturare un asteroide ed far operare degli astronauti in un ambiente via via più lontano dalla Terra. Dopo la Luna si prevede di andare in orbita intorno a Marte, operare da li, imparare ad andare e tornare nel modo più efficiente possibile e , finalmente, atterrare su Marte. La lista delle cose da fare è lunghissima e va dal realizzare nuove tute, nuovi attrezzi, rover per lo spostamento umano, moduli abitabili in grado anche di assicurare un adeguato schermaggio dalle radiazioni, realizzare impianti di produzione di energia anche per sciogliere il ghiaccio o alimentare le serre per la produzione di cibo, fino a realizzare un sistema di telecomunicazioni in grado di assicurare una capacità di collegamento continuo anche quando il Sole si frappone tra la Terra e Marte impedendo, come ora succede, di comunicare. Stiamo parlando di un orizzonte temporale che potrebbe vedere l’atterraggio su Marte nella sconda metà degli anni trenta di questo secolo. Nel frattempo si faranno altre missioni più tipicamente scientifiche per meglio caratterizzare e capire i meccanismi fondamentali che hanno determinato l’evoluzione di Marte, e quindi anche capire meglio quelli che determinano l’evoluzione della Terra, al contempo affinando alcune tecnologie critiche. Il primo esempio di queste missioni è Exomars 2016 che vedrà il prossimo anno il primo vero lander europeo, non un piccolo esperimento scientifico come fu Beagle2, atterrare su Marte e un satellite entrare in orbita. L’italia è in prima fila in questo sforzo europeo e guida il consorzio di nazioni che sta consentendone la realizzazione. Italiani saranno i due esperimenti scientifici sul lander, che è stato denominato su proposta italiana Schiaparelli, che effettueranno misure chiave delle condizioni dell’atmosfera, a cominciare dal contenuto di polveri, durante la discesa e la permanenza sulla superficie. A forte partecipazione italiana è anche la camera ad alta risoluzione che è a bordo del TGO, ovvero il satellite, che consentirà di produrre una mappa ad alta risoluzione dell’elevazione della superficie di Marte aiutando così in maniera fondamentale la selezione dei futuri siti di atterraggio a cominciare da quello per il rover del 2018. L’industria italiana , TAS-I, cui è stato assegnato il ruolo di prime industriale per Exomars sta ora completando i test finali su Schiaparelli ed il TGO che saranno spediti, a fine autunno, in Russia per il lancio. Il futuro dell’esplorazione di Marte sarà uno sforzo necessariamente internazionale cui l’Italia, con l’ASI e la comunità scientifica ed industriale, sta già guardando con attenzione. Abbiamo alle spalle una lunga tradizione di successo con gli strumenti scientifici ed una comunità scientifica al massimo livello mondiale, con la realizzazione di buona parte dell’area abitabile della ISS, con una grande tradizione di astronauti di riconosciuta capacità, una lunga tradizione di collaborazione internazionale dove l’Italia con l’ASI partecipa a tutti i board di progetto per l’esplorazione di Marte. Ci sono quindi tutte le condizioni per avere anche in questo scenario futuro dell’esplorazione di Marte, e dei necessari passi intermedi, un ruolo importante. Sarà lungo e c’è molto da lavorare non solo per noi ora, ma anche e soprattutto per le prossime generazioni.
Enrico Flamini coordinatore scientifico dell’Agenzia Spaziale Italiana

Il passato della Luna nelle fontane di fuoco

I piccoli granelli di vetro vulcanico trovati sulla Luna durante le missioni Apollo mostrano chiari segni del fatto che in passato sulla superficie lunare hanno avuto luogo eruzioni vulcaniche con alti zampilli di lava, anche dette “fontane di fuoco”. Un team di scienziati della Brown University e della Carnegie Institution for Science hanno individuato il gas volatile che ha innescato queste eruzioni. Le fontane di fuoco sono un tipo di eruzione che si verifica frequentemente, ad esempio nella zona delle Hawaii, e richiedono la presenza di sostanze volatili mescolate alla lava in eruzione. I composti volatili si trasformano in gas mentre la lava risale dagli strati più profondi. L’espansione del gas comporta una spinta molto intensa applicata alla lava in fuoriuscita, un po’ come quando si apre il tappo di una bottiglia che contiene una bibita gassata dopo averla scossa. «Il dubbio, per molti anni, è stato quale gas avesse prodotto questo tipo di eruzioni sulla Luna», ha dichiarato Alberto Saal, professore associato di Scienze Terrestri, Ambientali e Planetarie presso la Brown University e co-autore dello studio. «Al momento il gas si è esaurito, quindi non è facile rispondere a questa domanda». La ricerca, pubblicata sulla rivista Nature Geoscience, suggerisce che la lava associata alle fontane di fuoco lunari contenesse notevoli quantità di carbonio. Mentre saliva dalle profondità lunari, il carbonio si è combinato con l’ossigeno generando notevoli quantità di monossido di carbonio (CO, che sarebbe dunque il principale responsabile della formazione di fontane di fuoco sulla superficie lunare. Per molti anni si è pensato che la Luna fosse priva di sostanze volatili come l’idrogeno e carbonio. Questo è rimasto vero fino a quando, nell’ultimo decennio, sono stati individuati degli elementi volatili nei campioni lunari. Nel 2008 Saal e colleghi hanno rilevato presenza di acqua nei granelli vulcaniche lunari. A questa scoperta è seguita la rilevazione di zolfo, cloro e fluoro. Se da un lato è emerso che la Luna non è stata completamente impoverita di sostanze volatili, come si pensava, dall’altro è anche vero che nessuno dei volatili rilevati era coerente con eruzioni tipo fontana di fuoco. Ad esempio, se l’acqua fosse stata la forza trainante, si sarebbero dovute trovare concentrazioni mineralogiche nei campioni recuperati, che invece non sono state osservate. Per questo studio, Saal e i suoi colleghi hanno analizzato accuratamente i grani di vetro riportati sulla Terra dalle missioni Apollo 15 e 17. In particolare, hanno osservato i campioni che contenevano inclusioni vetrose, granelli di magma fuso rimasti intrappolati all’interno di cristalli di olivina. I cristalli sono in grado di intrappolare i gas presenti nel magma prima che questi possano sfuggire. Sebbene in precedenza fossero stati rilevati altri elementi volatili nei materiali vulcanici lunari, la misurazione del carbonio era difficile, per via dei limiti di rilevazione delle tecniche di analisi disponibili. Erik Hauri della Carnegie Institution for Science ha sviluppato una nuova tecnica di indagine che ha migliorato la sensibilità di rilevazione del carbonio di due ordini di grandezza. Questo ha permesso di effettuare misurazioni di fino a 0.1 parti per milione. «Questo grande passo in avanti dipende dalle incredibili capacità dello strumento NanoSIMS della Carnegie, in grado di misurare livelli di carbonio estremamente bassi su oggetti del diametro di un capello umano», ha spiegato Hauri. «È davvero un risultato notevole sia sul piano scientifico che tecnico». I ricercatori hanno analizzato le inclusioni vetrose presenti nel materiale lunare e hanno trovato che i campioni contenevano da 44 a 64 parti per milione di carbonio. Avendo rilevato carbonio, hanno sviluppato un modello teorico per prevedere come sarebbe dovuto fuggire il gas dal magma lunare a varie profondità e pressioni. Il modello era stato utilizzato a lungo per l’analisi di materiali terrestri. Saal e colleghi hanno modificato diversi parametri per adattare il modello al magma lunare. La teoria ha mostrato che il carbonio, combinato con l’ossigeno a formare monossido di carbonio, sarebbe stato eliminato prima rispetto ad altre sostanze volatili. «La maggior parte del carbonio avrebbe prodotto l’emissione di gas sotto la superficie», ha detto Saal. «Mentre altri volatili, come l’idrogeno, sarebbero stati dispersi più tardi, quando il magma si trovava molto più vicino alla superficie e dopo che la lava aveva iniziato a rompersi in piccoli globuli. Questo indica che il carbonio deve essere stato dominante nelle fasi iniziali». Oltre a fornire una risposta alle domande di vecchia data circa le fontane di fuoco lunari, i risultati possono garantire anche un’ulteriore prova del fatto che alcuni bacini di materiali volatili all’interno della Luna hanno origini comuni con quelli terrestri, dicono i ricercatori. La quantità di carbonio rilevata nelle inclusioni vetrose è risultata molto simile a quella trovata nei basalti emersi dalle dorsali medio-oceaniche della Terra. Saal e i suoi colleghi avevano già dimostrato in precedenza che la Terra e la Luna hanno concentrazioni simili di acqua e di altre sostanze volatili, riportando anche che i rapporti tra gli isotopi di idrogeno dei campioni lunari sono simili a quelli terrestri. Se le sostanze volatili terrestri e lunari hanno effettivamente una fonte comune, questo comporta vincoli stringenti per le origini del nostro satellite. Gli scienziati ritengono che la Luna si sia formata quando la Terra è stata colpita da un oggetto delle dimensioni di Marte nei suoi primi stadi di vita. I detriti prodotti da tale impatto avrebbero permesso la formazione della Luna come la conosciamo oggi. «Le prove raccolte sui volatili indicano o che una parte di questi elementi presenti sulla Terra sono sopravvissuti all’impatto e sono rimasti all’interno della Luna, oppure che sono stati portati sia sulla Terra che sulla Luna da una fonte comune, probabilmente un bombardamento di meteoriti», ha detto Saal. «Negli ultimi anni» ha commentato Diego Turrini dell’INAF – Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali «le missioni spaziali nel Sistema Solare interno ci hanno rivelato tracce di elementi volatili, talvolta in quantità insospettate, persino nei posti più inattesi come il caldo Mercurio o il piccolo e arido asteroide Vesta. Questi nuovi risultati sul carbonio lunare aggiungono un tassello a questo mosaico e rafforzano l’idea che gli elementi volatili possano essere stati presenti nella regione dei pianeti terrestri fin dagli inizi del Sistema Solare, forse in consequenza di qualche evento su grande scala».
di Elisa Nichelli (INAF)

Gaia: un anno di buone osservazioni

L’Universo secondo Gaia. La missione astrofisica di ESA, che ambisce a produrre una mappa tridimensionale della nostra galassia e che in cinque anni di missione studierà oltre un miliardo di oggetti, ci regala due affascinanti immagini in dati. Si tratta di due diagrammi di Hertzsprung-Russell, ottenuti grazie ai dati provvisori della Tycho-Gaia Astrometric Solution, la distanza delle stelle la cui parallasse presenta rispettivamente un margine di incertezza inferiore al 20% (in alto) e al 10% (qui sotto), è stata utilizzata per convertire la magnitudine apparente Tycho-2 in magnitudine assoluta sull’asse y. I due diagrammi di Hertzsprung-Russell rappresentano un primo test della capacità astrometrica di Gaia (vedi sito INAF). Anche se basati sui dati raccolti nel corso di osservazioni routinarie, queste immagini ci anticipano un po’ delle emozioni che la missione ha promesso di regalarci. In linea di principio i dati raccolti finora da Gaia non sono sufficienti a ottenere parallasse e moto proprio di una stella. Tuttavia, basandoci su dati raccolti in precedenza, qualche dato buono è possibile ricavarlo fin d’ora. Le osservazioni astrometriche vengono corrette tenendo conto del Basic Angle Monitor montato su Gaia, e c’è ancora molto lavoro da fare in attesa che lo strumento meriti la nostra piena fiducia nei parametri astrometrici forniti. Ma siamo sulla buona strada. L’osservazione e lo studio dell’universo dallo spazio rappresentano una delle attività principali di INAF. Guardare il cielo dallo spazio, operare in orbita terrestre e nello spazio interplanetario consente lo svolgimento di ricerche non praticabili a terra. L’obiettivo principale della missione Gaia è quello di fornire la più vasta e precisa mappa tridimensionale della Via Lattea. Durante i cinque anni della sua attività nominale, che ha avuto inizio alla fine del 2013, la camera da un miliardo di pixel di Gaia osserva e misura con estrema precisione il moto delle stelle e le loro orbite attorno al centro della galassia. Il contributo italiano è tanto significativo da poter considerare l’Italia uno dei capofila della missione.
di Davide Coero Borga (INAF)

 

I “giganti gassosi” del Sistema Solare

Gigante gassoso (denominato anche pianeta gioviano) è un termine astronomico generico, inventato dallo scrittore di fantascienza James Blish e ormai entrato nell’uso comune, per descrivere un grosso pianeta che non sia composto prevalentemente da roccia. I giganti gassosi, in realtà, possono avere un nucleo roccioso, ed effettivamente si sospetta che un tale nucleo sia necessario per la loro formazione. La maggior parte della loro massa è tuttavia presente sotto forma di gas (oppure gas compresso in uno stato liquido). A differenza dei pianeti rocciosi, i giganti gassosi non hanno una superficie ben definita. Sono solitamente definiti giganti gassosi i pianeti con massa superiore alle 10 masse terrestri. Un oggetto con massa superiore a 70 volte quella di Giove (cioè 0,08 volte la massa del Sole) ha calore e la pressione tali al suo interno per poter innescare una reazione di fusione nucleare, che trasforma il corpo celeste in una piccola stella. Ci sono poi oggetti di massa minore ma grandi abbastanza per poter innescare la fusione del deuterio, ma non sono considerati pianeti ma nane brune. È stato assunto un limite di 13 masse gioviane oltre il quale un corpo non è più definito pianeta ma nana bruna. Non si tratta di un limite dal preciso significato fisico ma di una convenzione adottata dall’Unione astronomica internazionale, in quanto oggetti di grandi dimensioni bruceranno la maggior parte del loro deuterio e quelli più piccoli ne bruceranno solo una piccola parte.

La quantità di deuterio bruciato dipende non solo dalla massa ma anche dalla composizione del pianeta, in particolare dalla quantità di elio e deuterio presenti. L’Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari ad esempio comprende oggetti fino a 25 masse gioviane, e la Exoplanet Data Explorer fino a 24 masse gioviane. Il sistema solare presenta quattro giganti gassosi: Giove, Saturno, Urano e Nettuno. Giove e Saturno sono costituiti principalmente da idrogeno ed elio, e la maggior parte della sua massa è sotto forma di idrogeno allo stato liquido o metallico, forse con un nucleo roccioso o composto da nichel e ferro. Lo strato esterno è costituito da idrogeno molecolare, che circonda uno strato di idrogeno metallico liquido, con un nucleo fuso probabilmente roccioso e, nel caso di Giove, di 12 000 chilometri di diametro. Gli strati più esterni dell’atmosfera di idrogeno sono caratterizzati da nuvole visibili generalmente composte da acqua e ammoniaca. All’interno, l’idrogeno è definito “metallico” perché la grande pressione lo trasforma in un conduttore elettrico. La composizione degli altri giganti gassosi è simile, ma Urano e Nettuno contengono al loro interno molto meno idrogeno e maggiori quantità di acqua, ammoniaca, e metano per questo sono stati definiti anche giganti ghiacciati. Nonostante la composizione interna non sia ben conosciuta, possono essere presenti anche rocce e gas, ma in misura molto minore. Poiché era ritenuto plausibile che il metano potesse dissociarsi alle altissime pressioni raggiunte nelle profondità dei due pianeti e che il carbonio vi potesse cristallizzare direttamente come diamante, alcuni astronomi ritenevano che i nuclei di Urano e Nettuno fossero composti da diamanti; tuttavia, successive ricerche hanno escluso questa eventualità. Negli strati inferiori, l’idrogeno liquido all’interno dei giganti gassosi è così compresso che diventa di natura metallica. L’ idrogeno metallico è stabile solo a tali enormi pressioni. FOTO: i quattro giganti gassosi  in un fotomontaggio che ne rispetta le dimensioni ma non le distanze; dal basso verso l’alto, Giove, Saturno, Urano e Nettuno.

Dione, un paesaggio di ghiaccio butterato da crateri

Ecco le attesissime immagini di Dione prese durante il flyby del 17 agosto. Martedì scorso vi avevamo proposto un assaggio di quelle “raw”, appena sfornate, non processate né validate. Nel frattempo, alla NASA hanno selezionato le più significative e hanno messo online, a tempo record, un album con gli scatti migliori, questa volta con tanto di bollino di qualità. Guardiamoli bene e teniamoceli cari. Un po’ perché mostrano la superficie di Dione con una risoluzione mai raggiunta prima, ma soprattutto perché – se anche non saranno le ultime fotografie prese da vicino di quel misterioso mondo – ci attende quanto meno un lungo digiuno.


«Ammirando queste immagini meravigliose della superficie e della falce di luna di Dione, e sapendo che sono le ultime che vedremo – di quel mondo lontano – per molto tempo a venire, sono commossa, come tutti del resto», dice Carolyn Porco, alla guida del team di imaging dello Space Science Institute a Boulder, in Colorado. «Cassini ci ha consegnato un’altra straordinaria serie di gioielli. Abbiamo avuto un’immensa fortuna».
Prossima tappa Encelado, che la sonda NASA incontrerà due volte in ottobre (il 14 e il 28) e una il 19 dicembre, compiendo passaggi rasoterra: meno di 50 km separeranno Cassini dalla luna durante il flyby del 28 ottobre.
Poi chissà. I mondi da esplorare, da quelle parti, non mancano. E per il 2017 Cassini ha in calendario alcuni brevi soggiorni attorno a piccole lune irregolari come Dafni, Telesto, Epimeteo ed Egeone. Infine, per chiudere in bellezza, una serie di tuffi fra Saturno e i suoi anelli. Foto: questo è il volto di Dione osservato da 537 km di distanza. L’immagine è la composizione di due diversi scatti: quello più ampio, effettuato con la WAC (la camera a grandangolo), ha una risoluzione di 32 metri per pixel. Il piccolo riquadro più definito, sovrapposto al centro dell’immagine sulla sinistra, è invece un particolare colto dalla NAC (la camera con il teleobiettivo). Il livello di dettaglio è senza rivali: appena 3 metri per pixel. Crediti: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute.
di Marco Malaspina (Media Inaf)

Il 23 settembre 1846 Johann Gottfried Galle osserva Nettuno

Johann Gottfried Galle (Radis, 9 giugno 1812 – Potsdam, 10 luglio 1910) è stato un astronomo tedesco. Grazie all’assistenza dell’allievo Heinrich Louis d’Arrest, riuscì per primo ad osservare il pianeta Nettuno il 23 settembre 1846. La posizione prevista del pianeta gli era stata fornita dai calcoli del matematico ed astronomo francese Urbain Le Verrier dell’Osservatorio di Parigi. Cominciò a lavorare come assistente di Johann Franz Encke nel 1835, subito dopo il completamento dell’Osservatorio di Berlino. Nel 1851 si mosse verso Breslavia per diventare professore di astronomia ed divenne presto direttore dell’osservatorio locale. Durante la sua carriera studiò le comete e nel 1894 (con l’aiuto del suo figlio Andreas Galle) pubblicò una lista di 414 comete. Egli stesso precedentemente scoprì tre comete (dal 2 dicembre 1839 al 6 marzo 1840). L’ipotesi di Galle sulla presenza di un nuovo corpo planetario, messa a punto nel 1845, derivava da una riduzione e una discussione critica delle osservazioni di Ole Rømer dei transiti meridiani delle stelle e dei pianeti, eseguite nei giorni dal 20 ottobre al 23 ottobre 1706. Intorno al 1845, Galle, trasmise una copia delle sue considerazioni a Urbain Le Verrier, ma ebbe una risposta soltanto l’anno successivo, il 18 settembre 1846. Le Verrier raggiunse Galle il 23 settembre dello stesso anno e gli suggerì di osservare una determinata regione del cielo per trovare il nuovo pianeta, in grado di spiegare le perturbazioni nell’orbita di Urano. La stessa notte, dopo che Encke, nonostante il suo scetticismo, gli diede il permesso, fu trovato un oggetto che, nelle successive due serate di osservazioni, si confermò essere l’ottavo pianeta del sistema solare: Nettuno.

Le “strane” lune di Nettuno

Il pianeta Nettuno ha quattordici satelliti naturali, che prendono il nome dalle divinità marine minori della mitologia greca. Il più grande di essi è di gran lunga Tritone, scoperto da William Lassell il 10 ottobre 1846, solo 17 giorni dopo la scoperta di Nettuno. Dovette passare più di un secolo prima della scoperta del secondo satellite naturale, Nereide. Tra le lune con massa planetaria, Tritone è l’unico satellite irregolare, con un’orbita che è retrograda rispetto alla rotazione di Nettuno e inclinata rispetto all’equatore dello stesso, il che sta ad indicare che probabilmente non si è formato con Nettuno ma ne è stato invece catturato gravitazionalmente. Il secondo satellite irregolare più grande del Sistema Solare, la luna di Saturno Febe, ha solo lo 0,03% della massa di Tritone. La cattura di Tritone, verificatasi probabilmente qualche tempo dopo la formazione del sistema satellitare, fu un evento catastrofico per i satelliti originari di Nettuno, le cui orbite subirono perturbazioni in misura tale da farli collidere fino a formare un disco di macerie. Tritone è abbastanza massiccio da aver raggiunto l’equilibrio idrostatico e da riuscire a mantenere una sottile atmosfera capace di formare nubi e foschie. All’interno di Tritone ci sono sette piccoli satelliti regolari con orbite dirette giacenti in piani vicini al piano equatoriale di Nettuno; qualcuno orbita tra gli anelli di Nettuno. Dei sette satelliti, il più grande è Proteo. Essi si sono formati dal disco di macerie generato dopo la cattura del Tritone e dopo che l’orbita di quest’ultimo era diventata circolare. All’esterno di Tritone, ci sono altri sei satelliti irregolari, tra cui Nereide, con orbite ad alta inclinazione e molto più lontane da Nettuno: tre di essi hanno orbite dirette, mentre quelle degli altri sono retrograde. In particolare, Nereide ha un’orbita insolitamente stretta ed eccentrica per un satellite irregolare; secondo un’ipotesi, una volta era stato un satellite regolare che, alla cattura di Tritone, fu così perturbato da assumere la sua attuale posizione. I due satelliti irregolari più esterni di Nettuno, Psamate e Neso, hanno le orbite più estese di tutti i satelliti naturali scoperti fino ad oggi nel Sistema Solare. Le lune di Nettuno possono essere suddivise in due gruppi: regolari e irregolari. Il primo gruppo comprende le sette lune interne, che seguono orbite circolari dirette giacenti nel piano equatoriale di Nettuno. Il secondo gruppo è costituito da tutte le altre lune, tra cui Tritone. Esse seguono perlopiù orbite eccentriche e inclinate, spesso retrograde e lontano da Nettuno; l’unica eccezione è Tritone, che orbita vicino al pianeta seguendo un’orbita circolare, retrograda e inclinata. In ordine di distanza da Nettuno, le lune regolari sono: Naiade, Talassa, Despina, Galatea, Larissa, S/2004 N 1, e Proteo. Naiade, la luna regolare più vicina, è anche la seconda più piccola tra le lune interne (dopo la scoperta di S/2004 N 1), mentre Proteo è la luna regolare più grande (la seconda più grande di Nettuno). Le lune interne sono strettamente associate con gli anelli di Nettuno. I due satelliti più interni, Naiade e Talassa, orbitano tra l’anello Galle e l’anello Le Verrier.[4] Despina potrebbe essere una luna pastore dell’anello Le Verrier, in quanto la sua orbita si trova proprio all’interno di questo anello. La luna successiva, Galatea, orbita appena dentro al più importante anello di Nettuno, l’anello Adams. Questo anello è molto stretto, con una larghezza non superiore a 50 km, e ha incorporati cinque archi brillanti. La gravità di Galatea tende a confinare le particelle dell’anello in una regione limitata in direzione radiale, non permettendo così all’anello di allargarsi.

In ordine di distanza dal pianeta, le lune irregolari sono: Tritone, Nereide, Alimede, Sao, Laomedea, Neso e Psamate, un gruppo che comprende oggetti con orbite sia dirette che retrograde. Le cinque lune più esterne sono simili alle lune irregolari degli altri pianeti giganti; si ritiene che siano state catturate gravitazionalmente da Nettuno, a differenza dei satelliti regolari, che probabilmente si sono formati in situ. Nereide è la terza luna di Nettuno per grandezza. Ha un’orbita diretta e molto eccentrica. Si ritiene che sia stato un satellite regolare, successivamente spostato nella sua orbita attuale dalle interazioni gravitazionali durante la cattura di Tritone. Tracce di ghiaccio d’acqua sono state rilevate spettroscopicamente sulla sua superficie. Tra le altre lune irregolari, Sao e Laomedea seguono orbite dirette, mentre Alimede, Psamate e Neso seguono orbite retrograde. Data la somiglianza delle loro orbite, è stato proposto per Neso e Psamate un’origine comune dalla rottura di una luna più grande. Psamate e Neso hanno le orbite più estese di tutti i satelliti naturali scoperti nel Sistema Solare ad oggi. Impiegano 25 anni per orbitare Nettuno a una distanza media di 125 volte quella tra la Terra e la Luna. Nettuno ha la sfera di Hill più estesa nel sistema solare, grazie soprattutto alla sua grande distanza dal Sole; questo gli permette di mantenere il controllo di lune così lontane.

La distribuzione della massa delle lune di Nettuno è la più sbilanciata tra quelle dei satelliti degli altri giganti gassosi del Sistema Solare. Una luna, Tritone, contribuisce per quasi tutta la massa del sistema, mentre tutte le altre lune contribuiscono insieme solo per uno 0,3 per cento circa. Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che Tritone è stato catturato successivamente alla formazione del sistema satellitare originario di Nettuno, gran parte del quale potrebbe essere stato distrutto durante il processo di cattura. Durante la fase della cattura, l’orbita fortemente eccentrica di Tritone gettò caos nelle orbite dei satelliti interni originari di Nettuno, facendoli collidere e riducendoli a un disco di macerie. Ciò significa che verosimilmente gli attuali satelliti interni di Nettuno non sono i corpi originari che si formarono insieme ad esso. Solo dopo che l’orbita di Tritone era diventata quasi circolare, alcune macerie poterono accrescere nuovamente nelle lune regolari di oggi. Questa considerevole perturbazione potrebbe essere forse la ragione per cui il sistema satellitare di Nettuno non segue il rapporto di 10 000:1 tra massa del pianeta madre e quella globale di tutte le sue lune verificato nei sistemi satellitari degli altri giganti gassosi. Il meccanismo di cattura di Tritone è stato oggetto di diverse teorie nel corso degli anni, una delle quali ipotizza che Tritone fu catturato in un incontro a tre corpi. In questo scenario, Tritone è il membro superstite di un oggetto binario della fascia di Kuiper scombussolato dal suo incontro con Nettuno.

Otto deboli oggetti nelle vicinanze della Via Lattea

Gli scienziati che lavorano al programma scientifico Dark Energy Survey (DES), che utilizza la più potente camera digitale del mondo (Dark Energy Camera, DEC), hanno scoperto ben 8 oggetti celesti molto deboli che si trovano nelle vicinanze della Via Lattea. I dati suggeriscono che si tratta molto probabilmente di galassie nane satelliti, le strutture stellari più piccole e più vicine che conosciamo, così come era stato trovato dallo stesso gruppo di ricercatori agli inizi di quest’anno. I risultati sono riportati su Astrophysical Journal.
Le galassie satelliti sono oggetti celesti di piccole dimensioni che orbitano attorno a galassie più grandi. Le galassie nane possono avere qualche migliaio di stelle, rispetto alle galassie di dimensioni medie, come la Via Lattea, che possono invece contenere fino a qualche centinaio di miliardi di stelle. Secondo gli attuali modelli, le galassie più grandi si formano dall’aggregazione di galassie più piccole che si ritiene siano ricche di materia oscura, quella enigmatica forma di materia che rappresenta il 25 percento del contenuto materia-energia dell’Universo. Dunque, le galassie nane satelliti sono considerate la “chiave” per comprendere la materia oscura e il processo per mezzo del quale si formano le galassie maggiori.
L’obiettivo principale della DES, così come suggerisce il suo nome, è quello di ricavare informazioni sulla natura dell’energia oscura, l’altra enigmatica e maggiore componente dell’Universo che costituisce il 70 percento circa del contenuto materia-energia. Gli scienziati ritengono che l’energia oscura sia responsabile dell’espansione cosmica accelerata. Il programma scientifico DES consiste nel realizzare una serie di immagini di centinaia di milioni di galassie distanti. Ad ogni modo, in alcune immagini si possono osservare le stelle presenti nelle galassie nane che sono più vicine alla nostra galassia. Perciò, gli stessi dati possono essere utilizzati per studiare da un lato l’energia oscura, che sta facendo allontanare le galassie creando spazi sempre più vuoti, e dall’altro la materia oscura, che rappresenta una sorta di “scheletro” su cui si appoggiano le strutture cosmiche.
Le galassie nane più deboli possono essere osservate solamente quando esse sono vicine e, di fatto, ne sono state già identificate alcune di esse. L’idea è che se questi nuovi oggetti sono rappresentativi dell’intero cielo, ce ne potrebbero essere molti altri nel nostro “vicinato cosmico”. «Proprio quest’anno, sono state individuate più di una ventina di galassie nane satelliti candidate, 17 delle quali sono state trovate dalla survey DES», spiega Alex Drlica-Wagner del Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) presso il Department of Energy’s (DOE) degli Stati Uniti, uno dei responsabili dell’analisi dei dati del programma scientifico DES e autore principale dello studio. «Abbiamo quasi raddoppiato il numero di questi oggetti in appena un anno, il che è notevole».
Lo scorso mese di Marzo, i ricercatori della DES e un gruppo indipendente dell’University of Cambridge annunciarono la scoperta di 9 galassie nane presenti nelle immagini ottenute con la Dark Energy Camera, la straordinaria camera digitale che rappresenta il cuore stesso della DES (vedasi l’articolo I nuovi vicini della Via Lattea). Due di queste sono state poi confermate come galassie nane satelliti. Prima del 2015, gli astronomi avevano individuato solo due dozzine di tali galassie distribuite attorno alla Via Lattea. «DES ci sta permettendo di trovare oggetti così deboli che sarebbero stati molto difficili da individuare con le osservazioni precedenti», dice Keith Bechtol della University of Wisconsin-Madison e co-autore dello studio. «La scoperta di così tante galassie-candidate in una regione pari ad 1/8 di cielo potrebbe voler dire che ce ne sono molte altre in orbita attorno alla nostra galassia».
Tra gli 8 oggetti che sono stati identificati, l’oggetto più vicino si trova a circa 80.000 anni luce mentre quello più distante è situato approssimativamente a 700.000 anni luce. Questi oggetti sono, mediamente, un miliardo di volte più deboli della Via Lattea e un milione di volte meno massivi. Un dato curioso: si stima che la galassia nana più debole abbia appena 500 stelle. Inoltre, la maggior parte di essi sono distribuiti nella regione meridionale dell’area coperta dalla DES, in prossimità della Grande e Piccola Nube di Magellano, le due galassie satelliti maggiori della Via Lattea che si trovano, rispettivamente, a 158.000 anni luce e a 208.000 anni luce. È possibile che questi oggetti siano galassie satelliti delle Nubi di Magellano, il che sarebbe di per sé una scoperta. «Se fosse così, sarebbe un risultato affascinante», dice Risa Wechsler dello SLAC National Accelerator Laboratory e uno dei membro di DES. «L’esistenza di galassie satelliti di altrettante galassie satelliti è predetta dai nostri modelli della materia oscura. Forse le stiamo osservando per la prima volta oppure c’è qualcosa che non comprendiamo sulla loro distribuzione spaziale».
Ora, poiché si ritiene che le galassie nane siano costituite principalmente di materia oscura, e da pochissime stelle, esse possono essere considerate un banco di prova ideale per studiare le proprietà della materia oscura. Ulteriori analisi potranno confermare se questi nuovi oggetti siano davvero galassie nane satelliti e se si potranno rivelare eventuali “impronte digitali” riconducibili alla materia oscura. «Questa scoperta molto eccitante è il frutto di un’intensa collaborazione da parte dell’intero team che lavora al progetto DES», aggiunge Basilio Santiago, coordinatore del DES Milky Way Science Working Group e membro del consorzio brasiliano che partecipa al programma di ricerca. «Abbiamo appena iniziato la nostra esplorazione del cosmo e siamo alla ricerca di altre nuove e più eccitanti scoperte negli anni a venire».

DES_gal_locations
Le 17 galassie nane satelliti candidate sono state individuate nei primi due anni della missione scientifica DES, che sarà ancora operativa per altri 3 anni allo scopo di mappare con dettagli senza precedenti una determinata porzione del cielo sud. Gli scienziati stanno ora esaminando gran parte dell’area coperta dalla survey ma i dati che saranno raccolti nei prossimi tre anni permetteranno di trovare, almeno così si spera, oggetti ancora più deboli, più diffusi o più distanti. La terza stagione della missione DES è appena cominciata.  La mappa mostra la posizione delle 8 nuove galassie nane candidate (triangoli rossi) assieme alle 9 precedenti galassie nane candidate (cerchi rossi) nell’area della survey DES, 5 altri oggetti recentemente identificati al di fuori dell’area DES (rombi verdi) e 27 galassie nane satelliti della Via Lattea note prima del 2015 (quadrati blu). Quei sistemi che sono stati confermati come galassie satelliti sono stati nominati singolarmente. Crediti: A. Drlica-Wagner et al. 2015.

di Corrado Ruscica (INAF)

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