Tuffo virtuale nei geyser di Encelado

Le prime osservazioni dei geyser presenti su Encelado, una delle lune ghiacciate di Saturno, risalgono al 2005 e sono state effettuate grazie alla sonda Cassini. I processi che generano e sostengono queste eruzioni, però, sono rimaste a lungo un mistero. Di recente, due scienziati dell’Università di Chicago e dell’Università di Princeton potrebbero essere riusciti a individuare il meccanismo attraverso il quale le eruzioni su Encelado vengono prodotte. Sembra che le colpevoli siano le sollecitazioni mareali esercitate da Saturno. «Sulla Terra le eruzioni tendono ad avere una durata limitata», dice Edwin Kite, professore di scienze geofisiche presso l’Università di Chicago. «Quando osserviamo delle eruzioni che durano nel tempo, significa che sono poche e localizzate ad ampie distanze una dall’altra». Encelado, invece, ospita molto probabilmente un oceano al di sotto della sua superficie ghiacciata, ed è riuscito a formare molte fessure ravvicinate tra loro all’altezza del suo polo sud. Queste fessure sono state chiamate “tiger stripe”, letteralmente “strisce di tigre”, poiché la loro forma ricorda le macchie che si osservano sul manto di una tigre. Dalle tiger stripe vengono emessi sbuffi di vapore e particelle ghiacciate, e questa emissione prosegue indisturbata da decenni, se non addirittura da tempi più antichi. «È un mistero che queste fessure continuino a essere attive nonostante la presenza di ghiaccio», dice Kite. «Ed è altrettanto misterioso il fatto che l’energia sottratta all’acqua dall’evaporazione non ne provochi la trasformazione in ghiaccio». Occorre una fonte di energia che bilanci il raffreddamento dovuto al fatto che l’acqua evapora. «Riteniamo che una probabile fonte di energia risieda in un meccanismo di dissipazione mareale che non era stato preso in considerazione in precedenza», spiega Kite. «Questo nuovo lavoro è molto interessante, poiché mette in evidenza un processo che ci era sfuggito: l’estrazione di acqua dalle fratture profonde della crosta ghiacciata di Encelado ad opera di forze mareali», dice Carolyn Porco, capo del team di imaging della missione Cassini. Kite ha definito Encelado «il miglior esperimento di astrobiologia nel sistema solare», e in effetti questa luna è uno dei candidati più forti per la ricerca di vita extraterrestre. I dati raccolti dalla sonda Cassini hanno indicato che il criovulcanesimo su Encelado ha origine in un ambiente acquatico favorevole alla presenza di biomolecole. Il criovulcanesimo può avere avuto un ruolo chiave anche nel definire e modellare la superficie di Europa, una delle lune di Giove. «Europa ha molte somiglianze con Encelado, quindi spero che il nostro modello potrà essere utile anche per gli studi che riguardano questa luna gioviana», aggiunge Kite. Kite e il suo collega Allan Rubin dell’Università di Princeton si sono domandati come mai Encelado mantenesse un livello base di criovulcanesimo lungo tutta la propria orbita, senza che le sue fessure mostrassero segni di congelamento. Il risultato dei loro studi è un modello teorico che sembra rispondere a tutti gli interrogativi rimasti aperti, ed è stato chiamato “modello Kite-Rubin”. Il modello Kite-Rubin consiste in una serie di fessure verticali quasi parallele che, partendo dalla superficie, raggiungono lo strato di acqua sottostante. A questa trama di fessure gli scienziati hanno applicato le sollecitazioni mareali prodotte da Saturno e hanno atteso che il computer elaborasse la simulazione. «La parte quantitativamente più complessa della simulazione è calcolare le interazioni elastiche tra le diverse fessure e il livello d’acqua che varia al loro interno in risposta alla sollecitazione mareale», spiega Kite. La larghezza delle fessure influisce sulla velocità di risposta alle forze mareali: se la fessura è ampia, le eruzioni rispondono in tempi rapidi, mentre se la fessura è stretta, le eruzioni possono avvenire anche molte ore dopo il picco dell’attività mareale. Nella regione in cui le forze mareali trasformano il movimento dell’acqua in calore, generando energia sufficiente a produrre i getti osservati, c’è il punto più delicato del sistema. Secondo le simulazioni di Kite e Rubin, i dati raccolti da Cassini durante i fly-by di Encelado dell’anno scorso potranno testare questo modello, rivelando se lo strato esterno di ghiaccio nella regione polare si trovi alla temperatura prevista dalla teoria o meno. Kite e Douglas MacAyeal, professore di scienze geofisiche presso l’Università di Chicago, sono interessati a utilizzare questo modello per studiare un analogo terrestre dei geyser osservati su Encelado. Si è formata una crepa in una parte della barriera di Ross in Antartide, che sta creando la separazione di un intero blocco dal continente. «In quella crepa c’è un forte flusso mareale, perciò sarebbe interessante vedere come si comporta una lastra di ghiaccio in un ambiente analogo a quello di Encelado in termini di intensità delle sollecitazioni e temperatura del ghiaccio», conclude Kite.
di Elisa Nichelli (INAF)

Quello strambo pianeta extrasolare (HD 80606 B)

Di pianeti strani nell’Universo ce ne sono tanti, neanche ci proviamo a ipotizzare un numero che li quantifichi. Uno di questi è stato osservato nel dettaglio dal telescopio orbitante della NASA Spitzer. Si tratta dell’esopianeta HD 80606 b, studiato dagli scienziati del MIT, dello Space Telescope Science Institute e della University of California a Santa Cruz. Questo pianeta è simile al nostro Giove per quanto riguarda le dimensioni, ma 4 volte più massiccio e si trova a 190 anni luce dalla Terra nella costellazione dell’Orsa Maggiore. Sistemi planetari esotici differiscono spesso dal nostro, sia per la conformazione dei pianeti che per le loro orbite. Gli esopianeti scoperti più di frequente sono i cosiddetti gioviani caldi, mondi torridi e massicci la cui orbita arriva davvero molto vicino alla stella madre. Per anni gli scienziati si sono interrogati su come questi giganti di gas, che presumibilmente si formano lontano dalle loro stelle, finiscano su tali strambe orbite. Cosa avrà mai di speciale HD 80606 b da meritare un paper pubblicato sulla rivista The Astrophysical Journal Letters? Beh, la sua orbita è davvero eccentrica: invece di un percorso quasi circolare o solo leggermente ellittico (come quella della Terra), questo esopianeta segue una linea fortemente oblunga. Pensate che impiega circa 100 giorni del suo anno lontano dalla stella (la traiettoria è simile a quella di una cometa); poi, nel giro di appena 20 ore, passa vicino alla stella fino quasi a toccarla, prima di scappar via di nuovo. Al suo massimo avvicinamento, il pianeta riceve una quantità enorme di energia dalla sua stella (oltre un migliaio di volte l’energia che la Terra riceve dal Sole ogni giorno). Insomma, se anche noi volassimo così vicini al Sole, ci vorrebbe poco per trasformarci (atmosfera compresa) tutti in magma. Julien de Wit, del Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences al MIT, ha firmato lo studio. I risultati sono arrivati dopo 85 ore di osservazioni durante il passaggio più ravvicinato del pianeta alla sua stella. I ricercatori hanno studiato le variazioni di temperatura del pianeta nelle fasi di avvicinamento e di allontanamento, determinando che anche se il lato del pianeta rivolto verso la stella arriva fino a 1400 gradi Kelvin (corrispondenti a 1120 gradi centigradi), queste temperature cocenti sono di breve durata. Sorprendentemente, il pianeta si raffredda in meno di 10 ore mentre se ne va via dalla stella, raggiungendo temperature così fredde da diventare addirittura invisibile a Spitzer per il resto della sua orbita. De Wit ha spiegato che «questo accade ogni 111 giorni». Per anni è stato ipotizzato che le orbite dei gioviani caldi inizino come  orbite regolari, fino a che qualche evento gravitazionale drammatico le cambia per qualche tempo, allungandole e rendendole eccentriche. Secondo i ricercatori, HD 80606 b può mantenere la sua orbita fortemente eccentrica per altri 10 miliardi di anni se non di più. Se questo è il caso, de Wit ha aggiunto che scienziati potrebbero rivedere le teorie su come i pianeti gioviani caldi si siano formati. I ricercatori hanno anche calcolato – “la prima volta per un esopianeta”, dice il comunicato stampa del MIT, anche se in realtà esistono precedenti dei quali abbiamo parlato pure qui su Media INAF – lavelocità di rotazione di 80606 b, dunque la lunghezza di un suo giorno: è stimata in 90 ore, cioè il doppio di quanto previsto in passato.
Eleonora Ferroni (INAF)

L’origine, l’evoluzione e la distribuzione della vita nell’Universo

L’origine, l’evoluzione e la distribuzione della vita nell’Universo è uno dei temi scientifici che negli ultimi anni sta riscontrando un interesse crescente in ambito nazionale e internazionale. L’astrobiologia ha lo scopo di accrescere le conoscenze nell’ambito di discipline fino ad ora considerate appartenenti ad aree distinte che negli ultimi anni sono state fatte convergere sinergicamente con lo scopo di raggiungere nuovi obiettivi scientifici. La presenza della vita sulla Terra è direttamente correlata sia all’origine ed evoluzione del Sistema Solare che alle condizioni iniziali presenti nella nube molecolare interstellare dalla quale il nostro pianeta ha avuto origine. La vita, così com’è conosciuta sulla Terra, è originata da complesse reazioni basate sulla chimica del carbonio, probabile risultato della interazione di molecole organiche e materiale inerte. Un altro aspetto che acquista, in questo scenario, un’importanza sempre più rilevante è lo studio dei meccanismi di trasporto e protezione del materiale biotico e degli organismi viventi come spore batteriche sulla superficie terrestre o di altri pianeti, come ad esempio Marte, attraverso impatti meteoritici e di grani cometari. Le Comete sono, infatti, i corpi più primordiali del sistema solare e il loro studio può fornire informazioni preziose sulla formazione del Sistema Solare stesso. Inoltre possono aver giocato un ruolo essenziale per la formazione della vita sulla Terra, depositando circa 4 miliardi di anni fa la materia organica dalla quale si è poi formata la vita. Per questa ragione lo studio della materia organica presente nelle comete è uno dei filoni di ricerca interessanti, visti anche i successi della sonda NASA Stardust. Un altro aspetto importante riguarda lo studio dell’abitabilità galattica, ovvero stabilire un nesso tra le condizioni fisico/chimiche in una determinata regione di una galassia e la probabilità che in tale regione possano nascere e svilupparsi forme di vita del tipo che conosciamo. Sebbene l’astrobiologia in Italia sia ancora in una fase iniziale, ha già mostrato di poter raccogliere gli interessi della comunità scientifica distribuita su tutto il territorio italiano e in continua crescita. La comunità scientifica italiana ha evidenziato la capacità di sviluppare linee di ricerca unitarie, basate su competenze e conoscenze appartenenti a diversi ambiti culturali come ad esempio la biologia, la genetica, la chimica e l’astrofisica. Si stanno conducendo presso Università di Firenze, Dipartimento di Biologia Evoluzionistica e presso il Dipartimento di Astronomia e Scienze dello Spazio studi molecolari sul processo di adsorbimento di basi nucleotidiche (A,C,T, U), nucleotidi, oligonucleotidi e ribozimi, su fillosilicati argillosi condriti carbonacee (meteorite di Murchison) e analoghi di polvere cosmica (CDA) con successive analisi delle caratteristiche chimico-fisiche e biologiche dei complessi ottenuti. Un ulteriore aspetto del problema, parallelo al precedente e sviluppato in maniera indipendente dall’Università di Padova e dall’INAFOAPd, è la sopravvivenza all’epoca attuale di forme di vita o dei loro precursori che possano essersi formati in ambienti planetari oggi alterati dall’evoluzione. Anziché simulare gli ambienti della vita nelle condizioni primordiali, attualmente non più presenti e comunque difficili da individuare e riprodurre, alcuni studi si pongono il problema pratico se sia possibile o no trovare oggi forme di vita sopravvissute in nicchie ecologiche su pianeti come Marte o Europa, le cui condizioni ambientali sono notevolmente diverse da quelle presunte per l’origine della vita. Dal 2004 il gruppo dell’INAF-OAPaha intrapreso uno studio degli effetti della radiazione X soffice di tipo stellare su molecole organiche, quali DNA e amino acidi. Parallelamente alla suddetta attività sperimentale, presso INAF-OAPa, è in fase di completamento una nuova sezione del laboratorio XACT (Xray Astronomy Calibration and Testing), una camera UHV (Ultra High Vacuum) che sarà dedicata all’Astrobiologia. Il “Laboratorio di Astrofisica Sperimentale” (LASp dell’INAF-OACt) è attivo da più di venticinque anni. Il gruppo è impegnato in una ricerca interdisciplinare sullo studio degli effetti prodotti dalle interazioni di ioni veloci (10-400 keV) e fotoni ultravioletti (Lyman-a 121.6 nm=10.2 eV) con bersagli di interesse astrofisico. Lo scopo è di studiare sperimentalmente le modificazioni chimico-fisiche di bersagli solidi (silicati, materiali carboniosi, ghiacci) bombardati con fasci ionici energetici e/o con fotoni ultravioletti. Gli studi condotti presso l’INAFOATs di abitabilità galattica sono mirati a stabilire un nesso tra le condizioni fisico/chimiche in una determinata regione di una galassia e la probabilità che in tale regione possano nascere e svilupparsi forme di vita del tipo che conosciamo. La conoscenza del tasso di formazione planetaria, e della sua evoluzione spaziale e temporale nella Galassia, è fondamentale per gli studi di abitabilità. Scopo della ricerca è gettar luce sull’efficienza di formazione planetaria a metallicità più basse, tipiche dei primi stadi di evoluzione chimica galattica. Si è visto inoltre che la polvere cosmica ha un ruolo importante nella formazione di composti molecolari fondamentali per la chimica prebiotica attiva nelle prime fasi evolutive della Terra. A causa della bassa efficienza di sintesi di molecole complesse in fase gassosa, si stanno conducendo studi presso l’INAFOAAr e il Dipartimento di Astronomia e Scienze dello Spazio di processi di formazione di macro molecole a temperature criogeniche, su superficie di grani di polvere con composizione chimica e morfologia simile a quella osservata nelle IDPs condritiche e porose. (Tratto dal sito INAF – Istituto Nazionale di Astrofisica)

Lune di Saturno: più giovani dei dinosauri?

Cosa c’è di più vetusto dei dinosauri? Beh, pianeti, lune e stelle… penserete voi. Certo, in molti casi è così, ma non quando parliamo delle lune di Saturno. Secondo uno studio appena pubblicato sulla rivista Astrophysical Journal, alcune lune ghiacciate del sesto pianeta del Sistema solare potrebbero essere più “giovani” del previsto. Alcuni dei satelliti principali potrebbero essersi formati circa 100 milioni di anni fa. Il regno dei dinosauri, secondo i dati oggi in possesso, risalirebbe al Triassico superiore, quindi circa 230 milioni di anni fa. Matija Ćuk, principal investigator presso il SETI Institute, ha detto: «Le lune cambiano spesso le loro orbite. Questo è inevitabile. Ma questo fatto ci permette di utilizzare simulazioni al computer per chiarire la storia delle lune interne di Saturno. In questo modo, scopriamo che sono nate probabilmente durante l’ultimo 2 percento della storia del pianeta». Tra gli esperti, il dibattito sull’età di Saturno, dei suoi anelli e delle sue lune è ancora nel vivo. Per anni, molti ricercatori hanno ipotizzato che lune avessero la stessa “età” del pianeta, cioè 4 miliardi di anni. La svolta è arrivata nel 2012, quando un gruppo di astronomi francesi ha messo in gioco l’effetto mareale, cioè l’interazione gravitazionale inevitabile tra le lune e il pianeta il che determina il comportamento dei fluidi nell’interno di Saturno. Tutto questo porta le lune ad allargare le loro orbite sempre di più e molto velocemente. E proprio questo dettaglio sarebbe il segreto dietro la relativa “giovane” età di alcuni grandi lune. Matija Ćuk, Luke Dones e David Nesvorný hanno usato dei modelli computerizzati per analizzare la parte interna del sistema di lune ghiacciate, alcune delle quali sono costrette a dividere l’orbita con le altre. Tutte le loro orbite crescono a causa di effetti di marea, ma a velocità diverse, quindi coppie di lune entrano occasionalmente nella fase di risonanza orbitale (cioè quando un periodo orbitale della luna è una frazione semplice, ad esempio metà o due terzi, del periodo di un’altra luna. Confrontando le attuali inclinazioni orbitali e con quelle previsto dal computer, i ricercatori hanno potuto osservare la crescita di queste orbite, anche se la stessa cosa non si può dire per alcuni satelliti principali – Teti, Dione e Rea – le cui orbite sono cambiate meno drammaticamente, quindi non attraversando fasi di risonanza orbitale. Per gli esperti questo significa che devono essersi formate non lontano da dove si trovano ora. Per calcolare la data “precisa” della loro formazione, i ricercatori sono ricorsi ai dati della sonda Cassini della NASA, soprattutto quelli che riguardano la luna Encelado e i suoi geyser, che risentono direttamente dell’effetto mareale con Saturno. Proprio questa interazione indicherebbe che le lune (a parte le più distanti Titano e Giapeto) hanno 100 milioni di anni. I tre ricercatori ipotizzano che miliardi di anni fa Saturno avesse già un set di lune bello e completo, ma che collisioni dovute alla risonanza orbitale abbiano portato alla distruzione di alcune e alla formazione più recente di altre. Se tutti i calcoli dovessero tornare, allora anche gli anelli di Saturno potrebbero essere più giovani dei nostri cari dinosauri.
di Eleonora Ferroni (INAF)

Il cielo di ROSAT è più limpido che mai

A guardarla, la prima impressione è quella di avere davanti agli occhi una variopinta tavolozza di un pittore contemporaneo, visti i colori decisamente fluo che compongono la scena. Ma per gli addetti ai lavori, la mappa ottenuta con il nuovo catalogo 2RXS appena rilasciato dagli scienziati dell’Istituto Max Planck per la Fisica Extraterrestre (MPE) è una vera miniera di preziose informazioni. Ogni singolo punto rappresenta infatti una sorgente celeste osservata nei raggi X dalla missione ROSAT tra il 1990 e il 1991.

L'immagine mostra la distribuzione delle sorgenti del nuovo catalogo 2RXS in coordinate galattiche. La dimensione di ciascuna sorgente è proporzionale alla sua luminosità nei raggi X, mentre il colore è legato alla frequenza della radiazione emessa. Crediti: MPE

Tutti i dati di questo nuovo catalogo sono stati ora completamente rianalizzati e verificati da cima a fondo, per restituire la più profonda e dettagliata visione del cielo X nella sua interezza oggi disponibile. A partire dal 1990, il satellite per astronomia nei raggi X ROSAT ha condotto la prima campagna osservativa profonda di tutto il nella banda di energia compresa tra 0.1 e 2.4 keV, riuscendo a far lievitare il numero delle sorgenti celesti di raggi X di circa 100 volte. L’idea che ha mosso i ricercatori dello MPE è stata quella di di migliorare l’affidabilità del primo catalogo, rianalizzando i file originali contenenti le informazioni sui fotoni registrati con un nuovo algoritmo di rilevamento avanzato e un processo di controllo completo. Una caratteristica importante del nuovo catalogo è una valutazione statistica dell’affidabilità delle sorgenti. Grazie all’elevata sensibilità e basso rumore di fondo dello strumento PSPC di ROSAT, le sorgenti cosmiche di raggi X possono essere identificate grazie al rilevamento di solo pochi fotoni. Questi segnali sono talvolta difficili da distinguere tra fluttuazioni casuali, e il nuovo catalogo fornisce una valutazione di tale effetto, sulla base di dati simulati. Il catalogo 2RXS contiene più di un semplice elenco di sorgenti: per quelle più brillanti ad esempio sono disponibili tre differenti fit spettrali, uno strumento utile per comprendere meglio la loro natura. Tra gli oggetti presenti ci sono potenti buchi neri in fase di accrescimento, ammassi giganti di galassie, stelle attive e resti di supernova. Con il nuovo catalogo, la comunità astrofisica ha ora un prezioso strumento in più per indagare questi oggetti. «È un bellissimo esempio dell’importanza della “preservazione” dei dati astronomici che mantengono intatto il loro interesse anche dopo decenni» commenta Patrizia Caraveo, direttrice dell’Istituto di Fisica Cosmica dell’INAF di Milano. «Oggi, più o meno 25 anni dopo la fine della copertura del cielo fatta dal satellite ROSAT, i colleghi dello MPE hanno rianalizzato i dati applicando nuovi algoritmi per migliorare la qualità delle informazioni estratte. Il nuovo catalogo ROSAT sarà subito utilizzato da tutta la comunità astronomica perché costituisce un importantissimo punto di riferimento. Bisognerà aspettare la missione eRosita, il cui lancio è previsto nel 2017, per avere una nuova, e più profonda, copertura del cielo X. Fino ad allora, i vecchi dati ROSAT rimarranno dominatori incontrastati».
di Marco Galliani (INAF)

Il lato non tanto oscuro della Luna (3 miliardi di anni fa il cambio di rotazione)

Avete presente quando vi dicono che vediamo sempre la stessa faccia della Luna? L’effetto è dovuto al moto di rotazione sincrona del nostro satellite naturale con la Terra, ovvero al fatto che la Luna impiega circa lo stesso tempo a compiere un giro su se stessa e uno attorno a noi. Uno studio pubblicato oggi sulla rivista Nature rivela che circa 3 miliardi di anni fa l’asse di rotazione lunare si è significativamente spostato, quindi in un lontano passato la visuale sul nostro satellite doveva essere molto diversa da come è ora. Un team di scienziati, guidato da Matt Sieglerdella Southern Methodist University a Dallas, ha ottenuto questo risultato analizzando dati provenienti da diverse missioni, tra cui il Lunar Prospector, il Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), il Lunar Crater and Observation Sensing Satellite (LCROSS), e il Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL). Grazie a questo esteso set di dati, è stato possibile ottenere una mappa dettagliata delle abbondanze di idrogeno, presente sulla superficie lunare sotto forma di ghiaccio. I risultati hanno rivelato uno strano spostamento del ghiaccio rispetto alla posizione attuale dei poli, cosa che ha indotto i ricercatori ad approfondire le loro ricerche. A un’analisi successiva è apparso chiaro che il ghiaccio si trovava spostato della stessa distanza rispetto ai poli, e in direzioni opposte. Questo indicava chiaramente che l’asse di rotazione della Luna deve essersi spostato di almeno sei gradi (circa 200 km sulla sua superficie) in un’epoca che risale a 3.5 miliardi di anni fa. Secondo i calcoli il processo di spostamento è stato lento, ed è durato in tutto circa 1 miliardo di anni. «Questa scoperta è sorprendente», dice Siegler. «Tendiamo a pensare che gli oggetti in cielo siano sempre stati come li osserviamo noi, ma in questo caso i dati ci mostrano che una superficie così familiare come la faccia a noi nota della Luna in passato era molto diversa. Miliardi di anni fa, il riscaldamento all’interno del nostro satellite ha fatto sì che la faccia rivolta verso di noi si spostasse verso l’alto, a causa di un cambiamento fisico dell’asse di rotazione. Sarebbe come se il polo sud terrestre si spostasse dall’Antartide all’Australia». In passato anche l’asse di rotazione terrestre ha subito una variazione, che sembra essere dovuta al movimento delle placche continentali, mentre su Marte si pensa che ci sia stato uno spostamento dell’asse a causa di un’intensa attività vulcanica. Sulla Luna sembra esserci stato un trasferimento interno di massa. Gli scienziati ritengono che un’antica attività vulcanica abbia fuso una parte del mantello lunare, provocando uno spostamento di materiale sotterraneo verso la superficie. «Sulla Luna c’è un’unica regione della crosta su cui si sono accumulati gli elementi radioattivi generati durante la sua formazione, e si chiama Procellarum», spiega Siegler. «Questa porzione di crosta radioattiva ha continuato a riscaldare a lungo il mantello che si trovava negli strati inferiori». Una parte del materiale fuso ha formato le macchie scure che vediamo anche ad occhio nudo, e non sono altro che colate laviche. «L’enorme blob di mantello caldo era più leggero di quello già raffreddato, e questo ha causato lo spostamento delle masse, e con esse quello dell’asse di rotazione». Lo spostamento dell’asse lunare potrebbe spiegare anche perché il nostro satellite naturale sembra aver perso gran parte del suo ghiaccio. Siegler spiega questo effetto dicendo che la maggior parte dei pianeti hanno assi di rotazione stabili e possiamo pensarli come una mano ferma che tiene stretto un bicchiere d’acqua. Se invece la massa del pianeta si sposta, è come se la mano iniziasse a traballare, facendo fuoriuscire parte dell’acqua. Con la variazione di asse di rotazione, gran parte del ghiaccio lunare è stato improvvisamente esposto alla luce del Sole, evaporando per sempre. «Le mappe mostrano quattro caratteristiche fondamentali», spiega Siegler. «Innanzitutto, la maggior parte dell’idrogeno si trova sfasata rispetto all’attuale asse di rotazione di circa 5.5 gradi. In secondo luogo, la distribuzione della quantità di idrogeno è simile su entrambi i poli. In terzo luogo, non c’è alcuna correlazione con le correnti termiche attuali. E infine, cosa estremamente significativa, le mappe dell’idrogeno si trovano quasi esattamente agli antipodi». Un altro aspetto interessante di questa scoperta è che fornisce spunti per rispondere a uno dei misteri più intriganti, ovvero perché ci sia acqua sulla Luna e sulla Terra. Le teorie di formazione planetaria sostengono che l’acqua non possa essersi formata a una distanza dal Sole inferiore a quella di Giove, e quindi si ritiene che sia arrivata da noi attraverso l’impatto con un corpo proveniente da regioni più esterne. Il fatto che il ghiaccio lunare sia così antico implica che l’arrivo dell’acqua è stato precedente. «Il ghiaccio lunare potrebbe essere una specie di capsula del tempo se provenisse, come riteniamo, dalla stessa fonte che ha fornito acqua alla Terra», conclude Siegler. «Questa è un’informazione che non potremmo mai recuperare qui da noi, perché il nostro pianeta è geologicamente attivo e non mantiene tracce di un passato così remoto».
di Elisa Nichelli (INAF)

Stelle letali

La Terra viene spesso investita da eruzioni solari. Le enormi quantità di plasma caldo riversate dal Sole nello spazio in queste occasioni sono all’origine di quello spettacolo della Natura noto come aurora polare. Un fenomeno poetico che ci ricorda, però, quanto la nostra stella sia un vicino di casa imprevedibile: le eruzioni solari possono avere, in casi estremi, anche gravi conseguenze per il nostro pianeta. Nulla, tuttavia, in confronto alle eruzioni che si osservano in altre stelle, i cosiddetti superflares. I superflares o, letteralmente, super-brillamenti, rappresentano un mistero da quando sono stati scoperti in gran numero dalla missione NASA Kepler, quattro anni fa, anche su stelle apparentemente simili al Sole. Gli astronomi si chiedono se i superflares siano prodotti dallo stesso meccanismo che genera le ‘normali’ eruzioni solari. Se è così, vuol dire che anche il Sole è potenzialmente in grado di produrre un super-brillamento. Oppure le stelle che producono superflare sono, a loro modo, speciali?
Un gruppo di ricerca internazionale guidato da Christoffer Karoff dell’Università di Aarhus, in Danimarca, e del quale fanno parte Antonio Frasca e Alfio Bonanno dell’INAF-Osservatorio Astrofisico di Catania, ha ora fornito risposte ad alcune di queste domande. Risposte non del tutto rassicuranti, l’oggetto di un articolo pubblicato oggi online su Nature Communications.

Un vicino di casa pericoloso

Il Sole è in grado di produrre eruzioni di potenza impressionante, tali da interrompere le comunicazioni radio e i generatori d’energia sulla Terra. La più grande eruzione mai osservata, durante la quale un’enorme quantità di plasma caldo investì il nostro pianeta, ebbe luogo all’inizio del mese di settembre del 1859. Il primo giorno di settembre di quell’anno, per l’esattezza, l’astronomo inglese Richard Carrington osservò, in una delle macchie scure sulla superficie del Sole, l’improvvisa formazione di strutture luminose accecanti, che brillavano più della superficie solare. Questo fenomeno non era mai stato osservato prima e nessuno sapeva quello che sarebbe accaduto in seguito. La mattina successiva, il 2 settembre 1859, le prime particelle emesse da quello che ora sappiamo essere stata un’enorme eruzione solare raggiunsero la Terra. La tempesta solare del 1859 è anche conosciuta come l’Evento di Carrington. Aurore “polari” furono osservate a latitudini inusuali, molto basse, come a Roma, a Cuba e persino alle isole Hawaii. Il sistema telegrafico mondiale andò in tilt. E le registrazioni delle carote di ghiaccio provenienti dalla Groenlandia indicano che lo strato protettivo di ozono dell’atmosfera terrestre fu danneggiato dalle particelle energetiche dalla tempesta solare.

Può il Sole generare un super-brillamento?

Ora, la nostra galassia contiene miliardi di altre stelle, e alcune di queste sperimentano regolarmente eruzioni che possono essere fino a diecimila volte più intense dell’Evento di Carrington. Per capire se questi superflares sono originati dallo stesso meccanismo che produce le eruzioni solari e per valutare, grazie alla grande statistica di stelle analizzate, quale sia la probabilità che la nostra stella generi un evento di questa natura, Christoffer Karoff e il suo team hanno analizzato le osservazioni delle righe del calcio ionizzato, un efficace indicatore dell’intensità di campo magnetico, relative a un campione di quasi 100 mila stelle nella regione di cielo inquadrata dal telescopio spaziale Kepler della NASA. Osservazioni effettuate con il nuovo telescopio Guo Shou Jing (detto anche LAMOST, Large Sky Area Multi-Object Fibre Spectroscopic Telescope), ottimizzato per ottenere spettri fino a un massimo di 4.000 stelle simultaneamente (grazie alle 4.000 fibre ottiche collegate al piano focale), così da permettere lo studio – capacità davvero unica – di 100 mila stelle in poche settimane. Con quali risultati? «I campi magnetici sulla superficie delle stelle con superflares», spiegaAntonio Frasca, «sono generalmente più intensi di quelli che misuriamo sul Sole. Se isuperflares si formano in modo analogo alle eruzioni solari, questo è esattamente ciò che ci si aspetta: l’energia emessa nel brillamento è funzione dell’intensità del campo e delle dimensioni delle strutture magnetiche coinvolte. Un risultato che da un lato ci tranquillizza, perché il campo magnetico solare sembra troppo debole rispetto ai valori medi delle stelle con superflares. Ma questo è vero solo “in media”: infatti circa il 10 percento delle stelle con superflares – con energie fino a 50 volte superiori all’Evento di Carrington – da noi studiate presenta un campo magnetico paragonabile a quello solare o anche più basso. Quindi, statisticamente parlando, anche il Sole potrebbe produrre un evento di questa energia. E le conseguenze sulla Terra sarebbero molto gravi, non solo per tutte le apparecchiature elettroniche, ma anche per la nostra atmosfera».

Gli alberi nascondono un segreto

Gli “archivi geologici” mostrano come lo stesso Sole potrebbe aver generato un piccolo superflare nel 775 d.C., con un rilascio di energia circa dieci volte più grande dell’Evento di Carrington. Gli anelli di accrescimento degli alberi indicano, infatti, che grandi quantità di carbonio-14 (un isotopo radioattivo del carbonio) si sono formate nell’atmosfera terrestre in quel periodo. Il carbonio-14 si forma quando le particelle dei raggi cosmici dalla nostra galassia, la Via Lattea, o i protoni energetici provenienti soprattutto dal Sole, colpiscono l’atmosfera terrestre. I protoni energetici sono emessi in grande quantità durante le eruzioni solari. I risultati ottenuti dal telescopio LAMOST rafforzano l’idea che l’evento del 775 d.C. sia stato effettivamente un “piccolo” superflare, ossia un’eruzione solare 10-100 volte più intensa della più grande eruzione solare osservata durante l’era spaziale. I dati raccolti dal telescopio LAMOST possono inoltre essere utilizzati per valutare la frequenza con la quale si verificano superflare su una stella con un campo magnetico simile al Sole. «La stima fornita dal nostro studio», dice Alfio Bonanno, «indica che, su una stella come il Sole, la frequenza per eventi di questa intensità è dell’ordine di un superflare ogni mille anni. La probabilità di avere eventi d’energia maggiore è senz’altro più bassa, e fortunatamente non abbiamo indicazioni d’eventi con energia di 1035 erg (circa 500 volte l’Evento di Carrington) su stelle con campi magnetici paragonabili a quello solare. Un fenomeno simile sarebbe davvero devastante per il nostro pianeta, ma dovrebbe generarsi in una macchia solare con dimensioni dell’ordine del 30 percento del raggio della nostra stella. Una struttura simile non è mai stata osservata sulla fotosfera solare, da quando essa viene seguita con regolarità (quasi 300 anni). Anzi, i gruppi di macchie più grandi osservati hanno dimensioni di pochi centesimi di raggio solare. Forse questo ci rassicura un poco, anche se il Doomsday Argument», conclude Bonanno riferendosi all’ipotesi secondo la quale ci troveremmo oggi più prossimi alla fine della nostra civiltà che ai suoi albori, «è sempre in agguato».
Redazione Media Inaf

Voci precedenti più vecchie