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)

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)

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

Il futuro dell’astrobiologia

Sapere cosa c’è là fuori, oltre la Terra, oltre il Sistema solare, se la vita esiste altrove e non soltanto sul nostro pianeta. Questi sono solo alcuni degli ambiziosi obiettivi di astronomi e astrobiologi, insomma scienziati che dedicano la loro vita professionale a cercare altre forme di vita nell’Universo. Non parliamo di alieni, X-Files (chi non ricorda Mulder e Scully!), o fantascienza. Nella realtà ciò che fanno gli astrobiologi è cercare forme di vita batterica. Di recente sulla rivista Astrobiology è stata pubblicata la European Astrobiology Roadmap, con cui gli esperti provenienti da diversi istituti (tra cui l’INAF) e università europee hanno esaminato lo stato dell’arte del comparto astrobiologico producendo la prima tabella di marcia europea per la ricerca astrobiologica. L’astrobiologia è intesa come lo studio delle origini, dell’evoluzione e della distribuzione della vita nell’Universo, e ciò include anche l’abitabilità nel Sistema solare. Il documento si basa su 5 punti fondamentali e ne parliamo con John Brucato, astrofisico ed esobiologo dell’INAF–Osservatorio Astronomico di Arcetri.

Di cosa parla il documento? Quali i punti cardine della strategia europea?

«Quando ci chiediamo come è nata la vita sulla Terra o se esistono forme di vita altrove nello spazio stiamo parlando di astrobiologia. Per poter affrontare questo tema è necessario mettere insieme conoscenze che provengono da discipline molto diverse tra di loro come la fisica, la biologia, la chimica, la geologia, l’astrofisica e così via. Ma esiste una visione comune in Europa verso la quale concentrare gli sforzi per capire se esiste vita oltre il nostro pianeta? Insieme ad un gruppo di scienziati provenienti da vari istituti europei abbiamo deciso di preparare il documento AstRoMap – European Astrobiology Roadmap. Le idee principali su cui si fonda la roadmap europea che quindi chi si occupa di astrobiologia dovrà seguire si basano su: studiare l’origine ed evoluzione dei sistemi planetari; capire come si sono formati i composti organici nello spazio; comprendere le interazioni tra rocce e materia organica e quali sono le principali transizioni che hanno portato all’origine della vita sulla Terra; definire quali ambienti nel nostro sistema solare o in altri sistemi planetari sia abitabile; trovare le tracce di vita nei corpi del Sistema Solare. Cinque punti attorno ai quali coordinare la ricerca europea».

Gli astrobiologi lavorano a stretto contatto con i “cercatori di pianeti”, cioè gli scienziati che passano la loro vita a ispezionare ogni angolo di cielo in cerca di nuovi pianeti e – chissà – proprio di quello che un giorno potremo chiamare “nuova Terra”. Qual è il vostro ruolo? Perché la vostra disciplina è così importante? 

«La maggior parte degli esopianeti – o pianeti extrasolari, cioè che orbitano attorno ad altre stelle – scoperti fino a oggi sono giganti gassosi tipo Giove ma che orbitano alla distanza di Mercurio. Come si può facilmente intuire, le temperature elevate in questi pianeti non permettono la presenza di vita. Ma oggi sappiamo quali sono le condizioni ambientali ideali perché la vita proliferi? Ovvero siamo in grado di poter chiamare un pianeta o una particolare regione di un pianeta abitabile? L’astrobiologia attraverso lo studio di come la presenza di vita cambi l’ambiente esterno ci fornisce le indicazioni necessarie per capire se una volta scoperto un nuovo pianeta extrasolare questo possa essere abitabile. Non importa che stia alla stessa distanza della Terra dal proprio sole, basta che le condizioni di abitabilità siano presenti».

Il passato e il futuro dell’astrobiologia. Quali le scoperte più importanti del recente passato? E quali gli obiettivi del futuro segnalati anche nel documento? 

«Oggi sappiamo che batteri e licheni sopravvivono a lunghi viaggi interplanetari o che possono evolvere adattandosi alle condizioni spaziali. Questo risultato è stato ottenuto  grazie alla possibilità di utilizzare la Stazione spaziale internazionale, un grande laboratorio che orbita a circa 300 km di altezza, il luogo ideale dove compiere esperimenti di biologia o di chimica.  Partendo dall’esperimento di Miller, oggi abbiamo capito come costruire i mattoni molecolari della vita. Sappiamo che i minerali hanno avuto un ruolo importante dando il calcio di inizio alla complessità molecolare richiesta dalla vita. Nei prossimi anni sarà sempre più decisivo procedere nell’esplorazione del nostro sistema solare. Molto ancora c’è da capire. Abbiamo appena iniziato a muoverci su piccole regioni di Marte e nei prossimi anni dovremo analizzare il sottosuolo del pianeta rosso, prelevare campioni e riportarli a terra. Dovremo visitare e analizzare da vicino gli asteroidi primitivi, cioè i corpi che hanno portato l’acqua e la materia organica sulla terra. Bisognerà esplorare le lune Europa di Giove ed Encelado di Saturno. Mondi in cui esiste acqua liquida sotto una coltre di ghiaccio e dove è possibile esista la vita».

C’è da aspettarsi la presenza solo di microbi là fuori o troveremo qualcuno con cui “scambiare due chiacchiere”? 

«Bisogna distinguere due luoghi diversi nello spazio dove cercare vita, il nostro sistema solare o altri pianeti extrasolari. Sappiamo che il nostro pianeta è stato popolato per miliardi di anni, quindi per la gran parte della sua storia, solamente da batteri. Pensiamo che tra i pianeti nostri vicini di casa sarà, quindi, molto difficile trovare organismi più complessi dei batteri. Possiamo però dire che i tre grandi temi della ricerca scientifica di oggi sono la nascita dell’universo, della vita e della coscienza. Abbiamo scritto questa roadmap che riguarda uno di questi aspetti proprio per poterci dotare di strumenti comuni basati sulla conoscenza con i quali poter anche capire se esistono forme più complesse e intelligenti di vita nella nostra galassia. L’Italia e l’Europa dovranno sempre di più investire nel sapere, perché solo attraverso la conoscenza sapremo scambiare due chiacchiere con chi è diverso da noi e riuscire a non sprofondare nella barbarie».
di Eleonora Ferroni (INAF)

C’è acqua sulla superficie di Cerere (si trova sul fondo del cratere Oxo)

Acqua sulla superficie del pianeta nano Cerere: a scoprirla per la prima volta in assoluto, all’interno del cratere Oxo, è stato il team della missione Dawn della Nasa. Fondamentali per la scoperta sono state le osservazioni condotte dallo spettrometro italiano VIR, fornito dall’agenzia Spaziale Italiana (ASI) sotto la guida scientifica dell’INAF. La notizia è stata data alcune ore fa durante una conferenza stampa alla quarantasettesima edizione della Lunar and Planetary Science Conference in corso a The Woodlands, in Texas. «VIR ha osservato la presenza di acqua all’interno di Oxo, un cratere di recente formazione, con un diametro di circa 9 chilometri e situato nell’emisfero nord di Cerere» conferma Maria  Cristina De Sanctis, dell’INAF-IAPS e principal investigator di VIR. «Questa scoperta ribadisce l’importanza di Cerere nel contesto degli scenari di formazione del Sistema solare».
Le nuove dettagliatissime immagini della superficie di Cerere presentate dal team di Dawn mostrano come esso sia un corpo celeste assai complesso dal punto di vista geologico e presenti in alcune zone, come il cratere Haulani, profonde differenze di composizione rispetto alle aree circostanti. Anche per le indagini su Haulani i dati raccolti da VIR sono stati determinanti, permettendo agli scienziati di osservare come viene riflessa la luce del sole dalla superficie di Cerere al variare della sua lunghezza d’onda, nell’intervallo compreso tra il visibile e l’infrarosso e capire così la natura dei materiali che la compongono. Nel caso di Haulani, un cratere dalla forma irregolare e con evidenti striature di materiale brillante, lo spettrometro ha rilevato abbondanze di minerali profondamente differenti rispetto a quelle riscontrate nelle zone circostanti della superficie, in gran parte costituite da una miscela di materiali contenenti carbonati e fillosilicati in proporzioni variabili.
«Le immagini in falsi colori di Haulani mostrano che il materiale scavato da un impatto è differente da quello che compone la superficie di Cerere» aggiunge De Sanctis. «Questa diversità nei materiali può stare a significare o che sotto la superficie di Cerere ci sia uno strato misto o che l’impatto abbia modificato localmente le proprietà dei minerali».
Anche il cratere Occator, che misura 92 chilometri di diametro  per 4 chilometri di profondità, è stato fotografato in dettaglio da Dawn. Le ultime immagini presentate, scattate da una quota di appena 385 chilometri, rivelano una cupola in un pozzo dalle pareti lisce, collocato nella zona centrale e assai brillante del cratere. Numerose fratture dall’andamento rettilineo attraversano la parte superiore e i fianchi di questa cupola. Altre evidenti fratture circondano la cupola e attraversano regioni più piccole e brillanti nel cratere.
«Prima che Dawn iniziasse le osservazioni a bassa quota lo scorso anno, il cratere Occator sembrava essere un’unica, grande zona luminosa. Ora, con le ultime riprese ravvicinate, possiamo vedere strutture complesse che aprono nuovi misteri su cui indagare»  ha dichiarato Ralf Jaumann, planetologo e co-investigatore della missione Dawn presso il Centro Aerospaziale Tedesco (DLR) di Berlino. «La complessa geometria presente nelle zone interne del cratere suggerisce attività geologica nel recente passato, ma dovremo completare la mappatura geologica dettagliata del cratere per poter testare le ipotesi sulla sua formazione».
«VIR – commenta la Responsabile di Osservazione dell’Universo dell’Agenzia Spaziale Italiana, Barbara Negri – è uno strumento che opera nel visibile e nell’infrarosso per il quale l’Italia possiede una leadership scientifica ed industriale riconosciuta a livello internazionale. Questa tipologia di strumento è stata impiegata con successo su altre missioni di esplorazione del Sistema solare tra le quali Cassini, Rosetta e Venus Express e ha fornito dati fondamentali per lo studio dei corpi celesti osservati e per la comprensione della loro origine».
Il team di Dawn ha anche completato una mappa a colori migliorata della superficie di Cerere  che mette in evidenza la diversità di materiale che la compone e il suo rapporto con la morfologia del pianeta nano. In più, grazie ai primi dati dello strumento Gamma Ray and Neutron Detector (GRaND), ha individuato concentrazioni di idrogeno maggiori in prossimità dei poli. Poiché l’idrogeno è il principale costituente dell’acqua, questa informazione rafforza lo scenario della presenza di ghiaccio d’acqua in prossimità della superficie nelle regioni polari di Cerere.
Redazione Media Inaf

Luna – Marte – Saturno

Nel corso della seconda parte della notte tra il 28 e il 29 marzo possiamo osservare la Luna all’Ultimo Quarto che forma un triangolo con Marte e Saturno. Marte si trova nella costellazione dello Scorpione, mentre la Luna è già entrata nell’Ofiuco, dove troviamo anche Saturno.
Astronomia.com

Congiunzione Luna - Marte - Saturno, giorno 29 ore 5

Luna – Marte – Saturno, giorno 29 ore 5

Plutone, il pianeta nano è ancora “vivo”

Potremmo sembrare ridondanti, ma dopo la pubblicazione su Science di ben cinque studi dedicati tutti a Plutone e a New Horizons oggi non potevamo esimerci dal tornare a parlare del pianeta nano che per anni è stato un mistero per gli astronomi. Dopo l’approfondimento di ieri (vedi Media INAF), abbiamo intervistato uno degli autori dello studio The geology of Pluto and Charon through the eyes of New HorizonsOliver White (ricercatore che lavora con il primo autore dell’articolo, Jeffrey Moore). Con White abbiamo cercato di analizzare le scoperte che la sonda della NASA ha portato a casa negli ultimi nove mesi dal punto di vista geologico: giganteschi blocchi di ghiaccio in movimento, sorprendenti criovulcani (vulcani di ghiaccio), grandi canyon, vastissime pianure. Insomma segni che Plutone è un pianeta “vivo” e la cui attività geologica sotterranea non è sopita (a differenza della luna Caronte).

Quali le caratteristiche geologiche più importanti di Plutone?

Abbiamo esaminato le diverse tipologie morfologiche e i molti terreni su Plutone e Caronte e ne abbiamo descritto le caratteristiche offrendo anche una breve spiegazione su quello che pensiamo sia stato il processo di formazione. Abbiamo osservato una grande diversità di paesaggi, ognuno dei quali ha delle caratteristiche peculiari. Per esempio, Sputnik Planum, che è la grande distesa pianeggiante di ghiaccio di azoto che copre gran parte dell’emisfero Nord, dove si accumula la maggior parte dell’azoto che esiste sulla superficie di Plutone. La superficie di Sputnik Planum è quindi in costante rinnovamento dato il moto dei blocchi di ghiaccio. È anche per questo che non abbiamo individuato un unico cratere da impatto su Sputnik Planum: ciò indica che è molto giovane.

Parliamo meglio del ghiaccio di azoto su Plutone.

È interessante notare, che il ghiaccio di azoto su Plutone potrebbe essere sottoposto a un ciclo che va dalla superficie all’atmosfera, simile a quello che segue l’acqua sulla Terra. Abbiamo notato diversi pozzi nella zona dello Sputnik Planum, che indicano che il ghiaccio sublima (cioè passa direttamente dallo stato solido a quello gassoso) dalla superficie all’atmosfera. Tutta la parte est degli altopiani di Sputnik Planum sono rivestiti di un materiale brillante, che riteniamo sia l’azoto che si è ridepositato sulla superficie. L’azoto ghiacciato ha una viscosità molto bassa (vale a dire che è semiliquido) e i blocchi di ghiaccio si muovono verso lo Sputnik Planum come ghiacciai vallivi. Le grandi catene montuose che esistono sul margine ovest di Sputnik Planum raggiungono anche diversi chilometri di altitudine e pensiamo che questi possono essere grandi blocchi di ghiaccio d’acqua che sono stati frammentati dall’azoto ghiacciato. Il ghiaccio d’acqua è meno denso, tanto che alcuni blocchi più piccoli possono effettivamente galleggiare nel ghiaccio di azoto formando delle colline.

Decisamente particolari sono i criovulcani su Plutone. Perché?

A sud delle pianure di Sputnik Planum, vediamo possenti montagne con depressioni al vertice che riteniamo essere criovulcani. La loro formazione è dovuta a eruzioni di ghiaccio sulla superficie di Plutone, anche se non siamo ancora certi dei dettagli su come questo sia accaduto.

E Caronte, la luna più grande del sistema di satelliti naturali?

Su Caronte i paesaggi tendono ad essere diversi. Vediamo molti più crateri rispetto a Plutone, e sono anche più antichi. Dei sistemi di fratture giganti si estendono attraverso l’emisfero nord di Caronte indicando che la luna potrebbe aver vissuto un periodo di espansione nel suo lontano passato, forse in relazione a un oceano di ghiaccio sotto la superficie. Nella zona equatoriale troviamo il Vulcan Planum, una zona relativamente levigata, che può indicare flussi criovulcanici (forse ghiaccio di acqua) risalenti a circa 4 miliardi di anni fa.

Plutone è un pianeta ancora attivo?

Sì certamente. Alcune delle attuali attività geologiche della superficie di Plutone (per esempio, i pozzi di sublimazione e il rivestimento luminoso di ghiaccio di azoto nella zona est di Sputnik Planum) possono essere attribuiti alle interazioni tra la superficie e l’atmosfera, e ai movimenti dei ghiacci a causa della luce solare. Ma l’attività geologica richiede l’esistenza di una fonte di calore dall’interno di Plutone, probabilmente il decadimento di qualche elemento radioattivo.

Caronte, invece, non sembra essere così attivo. Perché?

L’attività geologica di Plutone può essere attribuita al fatto che sono presenti numerosi elementi volatili come azoto e metano. Il calore interno di Plutone è flebile come la luce solare che raggiunge il pianeta, ma è abbastanza affinché questi ghiacci si muovano per convezione e sublimazione. La superficie di Caronte è per la maggior parte composta da ghiaccio d’acqua meno volatile, che si comporta invece più o meno come una roccia: semplicemente non c’è abbastanza energia per avere dei movimenti. Non vedo proprio alcuna evidenza di attività geologica su Caronte negli ultimi 4 miliardi di anni.

Quali saranno le implicazioni future dei vostri risultati?

Ora che abbiamo pubblicato questi studi su Science, cominciano le analisi dettagliate di Plutone e le sue lune. Dovremo scoprire come si sono formati i criovulcani nella zona sud di Sputnik Planum; i dettagli di come Sputnik Planum sia convettivo; come il flusso di ghiaccio di azoto può avere creato la vasta gamma di varietà morfologiche che vediamo intorno a Sputnik Planum; che cosa ha formato il Mordor Macula su Caronte, la strana macchia scura che si vede al suo polo Nord. I risultati finora pubblicati dimostrano che il Sistema solare esterno ha dimostrato di essere molto più vario di quanto abbiamo mai studiato. Di recente ora abbiamo visto da vicino tre oggetti provenienti dalla fascia di  Kuiper da vicino (cioè Plutone, Caronte Tritone – il principale satellite naturale di Nettuno, ndr), ognuno dei quali appare molto diverso. In passato si pensava che, vista la loro lontananza e il loro isolamento dagli altri corpi, non avremmo mai trovato segni di attività geologica su larga scala. Ma dopo il flyby di New Horizons dobbiamo rivalutare le nostre ipotesi. Fuori dal confine esterno del Sistema solare, dove le sostanze come l’azoto e il metano sono stabili come i solidi su una superficie planetaria, sembra che sia necessario solo una minima quantità di calore per generare attività geologica, unica nel suo genere. La natura non finisce mai di stupirci!
di Eleonora Ferroni (INAF)

Mercurio è nero di carbonio

Gli scienziati si sono interrogati a lungo su ciò che rende la superficie di Mercurio così scura. Il pianeta più vicino al Sole riflette poca luce proveniente dalla stella; molta meno rispetto, ad esempio, alla Luna, un corpo il cui potere riflettente è determinato dall’abbondanza di minerali ricchi di ferro.
Minerali, questi, che sulla superficie di Mercurio sono assai poco presenti. Un possibile responsabile per la bassa riflettanza di Mercurio era considerato il carbonio, accumulato progressivamente grazie all’impatto di comete. Ora un gruppo di scienziati, guidato da Patrick Peplowski del Laboratorio di Fisica Applicata della Johns Hopkins University, hanno utilizzato i dati della missione Messenger per confermare che una grande abbondanza di carbonio è presente sulla superficie di Mercurio.
La sorpresa maggiore è che tutto questo carbonio, invece che essere trasportato da comete, secondo il nuovo studio pubblicato su Nature Geoscience si sarebbe originato in profondità sotto la superficie, sotto forma di un’antica crosta di grafite. Brandelli di questo vecchio guscio, ora frantumato e sepolto, sarebbero stati poi riportati in superficie da processi di impatto successivi alla formazione dell’attuale crosta superficiale di Mercurio.
«Abbiamo usato lo spettrometro a neutroni di Messenger per risolvere spazialmente la distribuzione di carbonio», spiega uno degli autori del nuovo studio, Larry Nittler della Carnegie Institution of Washington, «trovando che è correlata con il materiale più scuro su Mercurio. Inoltre, abbiamo utilizzato sia neutroni che raggi X per confermare che il materiale scuro non è arricchito in ferro, all’opposto di quanto riscontrato sulla Luna».
I dati utilizzati per identificare il carbonio sono stati ottenuti nell’ultimo anno di vita della sonda Messenger, fino a pochi giorni prima dello schianto programmato sul pianeta, avvenuto nell’aprile 2015. La combinazione delle osservazioni con diversi strumenti ha permesso di stabilire che nella composizione delle rocce superficiali di Mercurio è presente una percentuale di carbonio grafitico significativa, molto superiore a quella di altri pianeti.
Quando Mercurio era molto giovane, con tutta probabilità la maggior parte del pianeta era così calda da costituire un oceano globale di magma fuso. In base a esperimenti di laboratorio e simulazioni, gli scienziati ritengono che, mano a mano che questo oceano di magma si è raffreddato, la maggior parte dei minerali solidificati sarebbe affondata. Con l’eccezione della grafite che, galleggiando, sarebbe stata in grado di formare la crosta originale di Mercurio.
«Questo risultato, che rappresenta un’ulteriore testimonianza del successo fenomenale della missione Messenger, va ad ampliare la già lunga lista dei modi in cui Mercurio si distingue dai pianeti vicini, fornendo ulteriori indizi sull’origine e l’evoluzione del Sistema solare interno», conclude Nittler.
Per gli appassionati, ricordiamo che Mercurio transiterà davanti al Sole dal punto di vista terrestre il prossimo 9 maggio 2016. Un evento decisamente più frequente rispetto al transito di Venere, grazie alla maggiore vicinanza al Sole e velocità orbitale, ma comunque osservabile solo 13 o 14 volte per secolo. Da non perdere.
di Stefano Parisini (INAF)

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