Vulcani di ghiaccio su Cerere

Parlando di eruzioni vulcaniche, immaginiamo sempre pericolose colate di lava. Ma se a colare fosse acqua salata? È quanto potremmo aspettarci se sulla Terra fossero presenti criovulcani, cioè letteralmente vulcani di ghiaccio, che eruttano liquidi o gas volatili come acqua, ammoniaca o metano invece di spargere roccia fusa. Un fenomeno ancora poco compreso, ma che presenta già i suoi primi esempi nel nostro Sistema solare. In particolare, l’acqua salata è probabilmente il componente principale delle criolave su Cerere, il solo pianeta nano presente nella fascia principale degli asteroidi. Un nuovo studio, apparso su Nature Astronomye diretto da Michael Sori del Lunar and Planetary Laboratory dell’Università dell’Arizona, ha analizzato le immagini inviate dalla sonda spaziale Dawn della Nasa, in orbita intorno a Cerere dal 2015, per valutare l’impatto del criovulcanesimo su un corpo celeste rispetto al classico vulcanismo basaltico tipico dei pianeti terrestri. «C’è stato un grande interesse nella ricerca dei criovulcani su Cerere non appena Dawn è arrivata lì, perché i modelli termici avevano predetto che potevano esistere. Ahuna Mons è stato subito un gran candidato. Ho effettuato una ricerca globale che ha identificato trentuno altre grandi cupole, basata sull’analisi delle immagini della Framing Camera di Dawn e dei dati topografici», racconta Hanna Sizemoresenior scientist del Planetary Science Institute e coautrice dello studio. «Affermare che erano vulcaniche era difficile perché erano più antiche di Ahuna e le superfici erano fortemente craterizzate». Misurando altezza e diametro di ventidue di queste cupole, per poi calcolarne proporzioni e volumi, i ricercatori hanno confrontato le forme delle montagne con modelli numerici i quali, partendo da picchi acuti come Ahuna Mons, hanno consentito il calcolo del tempo necessario al rilassamento utile alla lava ghiacciata per appiattirsi fino a che le cupole raggiungessero la loro forma attuale. I risultati hanno rafforzato l’idea che queste cupole siano caratteristiche vulcaniche, permettendo paragoni con il vulcanismo su altri pianeti. Inoltre, le analisi hanno permesso di assegnare età approssimative alla maggior parte delle cupole, fare un controllo incrociato del modello di età con altri vincoli e approssimare la velocità con la quale esse si sono formate nell’ultimo miliardo di anni, contribuendo a mostrare che Cerere ha sperimentato il criovulcanismo durante tutta la sua storia geologica, con una velocità di espulsione superficiale media di circa 10mila metri cubi all’anno, diversi ordini di grandezza inferiori a quelli del vulcanismo basaltico sui pianeti terrestri. Infatti, aggiunge Sizemore: «Dato quanto è piccolo Cerere e quanto velocemente si è raffreddato dopo la sua formazione, sarebbe stato interessante identificare solo uno o due possibili criovulcani sulla superficie. Identificare una vasta popolazione di caratteristiche che potrebbero essere criovulcani suggerirebbe una lunga storia di vulcanismo che si estende fino ai giorni nostri, il che è tremendamente eccitante». «Cerere è un piccolo mondo che dovrebbe essere morto, ma questi nuovi risultati suggeriscono che potrebbe non esserlo. Vedere così tante potenziali prove di criovulcanesimo su Cerere presta anche maggior peso alle discussioni sui processi criovulcanici su grandi lune ghiacciate nel Sistema solare esterno, dove è probabilmente più vigoroso», conclude Sizemore.
di Matteo Boni (INAF)

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Acqua liquida nel passato di Cerere

La zona più brillante del pianeta nano Cerere, situata all’interno del cratere Occator, presenta la più elevata concentrazione di carbonati mai registrata in ambienti al di fuori di quello terrestre. La tipologia e l’abbondanza di questi minerali suggerisce che ci sia stata presenza di acqua liquida al di sotto della superficie di Cerere in epoche geologiche recenti. La scoperta è stata ottenuta da un team di ricercatori coordinati dalla ricercatrice INAF Maria Cristina De Sanctis grazie alle osservazioni dello spettrometro italiano VIR a bordo della missione Dawn della NASA, fornito dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) sotto la guida scientifica dell’Istituto Nazionale di Astrofisica.
«È la prima volta che vediamo una quantità così alta di questo materiale in altre zone del Sistema solare», dice Maria Cristina De Sanctis, principal investigator di VIR e prima autrice dell’articolo che descrive la scoperta, pubblicato sull’ultimo numero della rivista Nature.
Occator è un cratere giovane dal punto di vista geologico, che si è formato circa 80 milioni di anni fa. Con una larghezza di 92 chilometri e una depressione centrale di circa 10 chilometri di diametro, il cratere mostra proprio nella zona centrale un largo picco ricoperto di materiale altamente riflettente che presenta fratture concentriche e radiali sopra e attorno ad essa.
Il team di De Sanctis ha scoperto che il più abbondante minerale presente in questa zona assai brillante è il carbonato di sodio, un sale che sulla Terra è tipico degli ambienti idrotermali. Questo materiale sarebbe fuoriuscito dall’interno di Cerere, poiché non potrebbe essere stato depositato dall’impatto di un asteroide. Dunque la risalita di questo materiale dagli strati più profondi del corpo celeste suggerisce che le temperature all’interno di Cerere siano più elevate di quanto si ritenesse finora. Potrebbe verosimilmente essere stato un impatto con l’asteroide che ha formato il cratere Occator a favorire l’esposizione in superficie il carbonato osservato oggi, ma i ricercatori pensano che un ruolo in questa emersione lo abbiano avuto anche processi interni a Cerere stesso.
I risultati dell’indagine fanno ipotizzare che sotto la superficie di Cerere può essere stata presente acqua allo stato liquido in epoche geologiche recenti. I sali potrebbero essere ciò che resta di un antico oceano, o di accumuli d’acqua risaliti in superficie e poi solidificati  milioni di anni fa.
«I minerali che abbiamo individuato nella zona centrale brillante del cratere Occator devono necessariamente essere stati formati dall’interazione con l’acqua», aggiunge De Sanctis. «La presenza di carbonati rafforza l’idea che Cerere abbia avuto attività idrotermale interna, che ha spinto questi materiali fino in superficie, all’interno di Occator».
Lo scorso anno, in un altro lavoro presentato sempre su Nature, il team guidato da De Sanctis ha scoperto che la superficie di Cerere contiene argille contenenti ammoniaca. Poiché  l’ammoniaca è una sostanza piuttosto abbondante nel Sistema solare esterno, questo risultato ha suggerito l’idea che Cerere potrebbe essersi formato in prossimità dell’orbita di Nettuno e successivamente migrato verso le zone interne del nostro sistema planetario. Un altro scenario propone che il corpo celeste si sia formato nella zona in cui si trova oggi, ma con materiale proveniente dal Sistema solare esterno.
Le nuove indagini condotte all’interno del cratere Occator indicano la presenza in quelle regioni anche di sali di ammoniaca nella forma di cloruro di ammonio e bicarbonato di ammonio. Il rinvenimento di quest’ultimi composti rafforza ulteriormente il legame tra Cerere e i mondi ghiacciati presenti ai confini del Sistema solare. L’ammoniaca, insieme al carbonato di sodio e bicarbonato di sodio è stata infatti rinvenuta anche nei pennacchi che si stagliano da Encelado, una luna ghiacciata di Saturno nota per i suoi geyser che eruttano da fratture nella sua superficie.
«Il prossimo passo sarà studiare anche le altre macchie chiare presenti sulla superficie di Cerere, per capire se anche esse contengono questi carbonati» conclude De Sanctis.
«Da sottolineare l’importanza del ruolo dell’Agenzia Spaziale Italiana» – evidenzia Raffaele Mugnuolo, responsabile di programma per la partecipazione alla missione Dawn – «nel garantire la partecipazione italiana alla missione attraverso un accordo con NASA e DLR, e successivamente per la realizzazione dello strumento VIS-MS, e per il pieno supporto al team scientifico italiano che, messo nelle giuste condizioni, riesce a raggiungere eccellenti traguardi come questo».
Nel team che ha condotto lo studio, pubblicato online sul sito web della rivista Nature nell’articoloBright carbonate deposits as evidence of aqueous alteration on (1) Ceres hanno partecipato, oltre a Maria Cristina De Sanctis, anche i ricercatori INAF Andrea Raponi, Eleonora Ammannito (University of California Los Angels e associata INAF), Mauro Ciarniello, Filippo Giacomo Carrozzo, Federico Tosi, Francesca Zambon, Fabrizio Capaccioni, Maria Teresa Capria, Sergio Fonte, Michelangelo Formisano, Alessandro Frigeri, Marco Giardino, Andrea  Longobardo, Gianfranco Magni, Ernesto Palomba, Simone Marchi (Southwest Research Institute e associato INAF) e Raffaele Mugnuolo (Agenzia Spaziale Italiana).
Redazione Media Inaf

Makemake ha un satellite

Circa un anno fa, scrutando ai margini del sistema solare, il telescopio spaziale Hubble ha individuato un piccolo corpo celeste in orbita attorno a Makemake, il pianeta nano poco più brillante di Plutone, immerso nella fascia di Kuiper. Il satellite è stato chiamato S/2015 (136472) 1, e soprannominato MK 2. MK 2 è 1.300 volte più debole in luminosità di Makemake e si stima che il suo diametro si aggiri attorno ai 150 km, contro i circa 1.500 di Makemake.
La fascia di Kuiper è una regione lontana da noi, oltre l’orbita di Nettuno, all’interno della quale si trova una grande distesa di materiale residuo dalla formazione del nostro sistema solare, avvenuta circa 4.5 miliardi di anni fa, e dove è possibile trovare diversi pianeti nani. Alcuni di questi posseggono satelliti (a volte minuscoli, come quelli individuati attorno all’asteroide Elektra:neparliamo proprio oggi qui su Media INAF), ma è la prima volta che se ne osservano attorno a Makemake. Le osservazioni che hanno condotto alla scoperta sono state effettuate, nel mese di aprile 2015, utilizzando la Wide Field Camera 3 del telescopio spaziale NASA/ESA. La capacità unica che ha Hubble di distinguere oggetti deboli vicino ad altri molto luminosi, unita alla sua grande risoluzione, ha permesso agli astronomi di individuare la debole emissione della luna di Makemake. La scoperta è stata annunciata ieri, martedì 26 aprile, con una Minor Planet Electronic Circular. Il team ha utilizzato la stessa tecnica sfruttata in passato per scoprire i satelliti di Plutone. Erano già stati fatti molti tentativi per la ricerca di lune attorno a Makemake, ma avevano avuto tutti esito negativo. «Le nostre stime preliminari indicano che l’orbita di MK 2 dovrebbe essere vista di taglio, dalla nostra prospettiva, e questo significa che la maggior parte del tempo non è visibile ai nostri strumenti perché si perde nel bagliore di Makemake», spiega Alex Parker del Southwest Research Institute (SwRI), che ha effettuato l’analisi delle immagini. La scoperta di una luna può fornire informazioni preziose sul sistema del pianeta nano. Misurando l’orbita, ad esempio, gli astronomi possono ottenere una stima di massa del sistema e una conoscenza più approfondita della sua evoluzione. Questa scoperta, inoltre, rafforza l’idea che anche i pianeti nani possano avere satelliti. «Makemake è uno dei rari oggetti simili a Plutone», dice Parker. «La scoperta di questa luna ci dà l’opportunità di studiare Makemake in modo molto più dettagliato di quanto avremmo mai potuto fare se non avessimo rivelato MK 2». Questa scoperta aumenta ulteriormente le somiglianze tra Plutone e Makemake. Entrambi gli oggetti mostrano una superficie coperta di metano congelato, e sono in corso studi per determinare la densità di Makemake. La misura di densità potrebbe confermare che anche le composizioni dei due pianeti nani sono simili. «La rilevazione di un satellite di Makemake apre un nuovo capitolo per la planetologia del sistema solare esterno», dice Marc Buie del SwRI, a capo del team che ha effettuato la scoperta. I ricercatori avranno bisogno di ulteriori osservazioni di Hubble per poter ottenere misurazioni accurate e determinare se l’orbita di MK 2 sia ellittica o circolare. Le prime stime indicano che, nel caso in cui l’orbita fosse circolare, la luna compirebbe un giro intero attorno a Makemake in poco più di 12 giorni. La stima dell’orbita sarà determinante nel risolvere la questione relativa all’origine della luna. Nel caso di un’orbita circolare, MK 2 potrebbe essere il prodotto di una collisione tra Makemake e un oggetto della fascia di Kuiper. Se invece l’orbita risultasse fortemente ellittica, l’ipotesi più plausibile è che si tratti di un oggetto catturato gravitazionalmente dal pianeta nano. In entrambi i casi l’evento sarebbe avvenuto svariati miliardi di anni fa, quando il Sistema solare era ancora molto giovane. La scoperta di MK 2 potrebbe risolvere anche un altro mistero relativo a Makemake. Una serie di studi nell’infrarosso aveva rivelato che la superficie del pianeta nano è quasi interamente luminosa e fredda, ma che alcune sue aree appaiono più calde. Gli astronomi avevano proposto che questa discrepanza fosse dovuta alla presenza di regioni più scure sulla superficie di Makemake, che verrebbero riscaldate dal Sole. Tuttavia, a meno che Makemake non si trovi orientato in maniera peculiare, queste macchie scure avrebbero dovuto tradursi in variazioni sostanziali della luminosità del pianeta nano nel corso della sua rotazione, ma questo tipo di variabilità non è mai stata osservata. I dati infrarossi raccolti in passato non avevano la risoluzione sufficiente a separare i contributi di Makemake e MK 2. Una successiva analisi effettuata dal team sulla base delle osservazioni di Hubble suggerisce che l’eccesso di calore rilevato possa essere dovuto al passaggio di MK 2, dotato di una superficie scura. Ci sono diversi motivi per cui la luna di Makemake potrebbe avere una superficie scura, sebbene si trovi in orbita attorno a un pianeta nano brillante. Una possibilità è che MK 2 sia troppo piccolo per poter trattenere gravitazionalmente attorno a sé una crosta ghiacciata, che sarebbe col tempo sublimata esponendo gli strati inferiori. Questo avrebbe reso la luna simile alle comete e ad altri oggetti della fascia di Kuiper, ovvero caratterizzata da una superficie molto scura. Quando nel 1978 è stato scoperto Caronte, gli astronomi hanno potuto ottenere una stima di massa del sistema che forma insieme a Plutone. Il risultato ha mostrato che Plutone aveva una massa centinaia di volte più piccola di quanto originariamente stimato al momento della sua scoperta, nel 1930. Grazie alla scoperta di Caronte gli astronomi sono riusciti a sapere qualcosa in più di Plutone, e si trattava di un’informazione di fondamentale importanza. «Questo è il tipo di impatto che può avere la scoperta di un satellite», conclude Parker.
di Elisa Nichelli (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

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)

Plutone: facciamo il punto

L’impresa è entrata nella storia dell’esplorazione del Sistema Solare. 14 luglio 2015: la sonda NASA New Horizons sfiora Plutone – un flyby a 13.691 km dal centro del pianeta nano – e raccoglie dati per 50 gigabit. Dall’analisi preliminare di questi risultati, pubblicata su Science e di cui abbiamo scritto anche noi di MediaINAF, la conferma di un corpo celeste vario e colorato, circondato da cinque lune. Oggi è il momento di fare il punto su Plutone. Scoperto nel 1930 e da sempre considerato un’anomalia nel Sistema Solare. Anomalia, si potrebbe dire, diffusa a tutta la fascia di Kuiperscoperta nel 1992 e che, là oltre l’orbita di Nettuno, fa di Plutone il più grande di una nuova classe di piccoli pianeti formatisi nel Sistema Solare esterno durante il periodo di accrescimento planetario, circa 4,5 miliardi di anni fa. Cosa è cambiato dopo  il passaggio di New Horizons? La sonda NASA, con il suo carico di sofisticati strumenti scientifici, dalla Multispectral Visible Imaging Camera (MVIC) dello strumento Ralph che ci ha permesso di guardare nella geologia del pianeta,  al Long-Range Reconnaissance Imager (LORRI) che tante immagini mozzafiato ci ha regalato nella lunga sequenza di avvicinamento a Plutone, ci ha permesso di scoprire come la superficie di Plutone mostri una grande varietà di morfologie del terreno frutto di differenti ere geologiche. Un discorso, quello della varietà, che vale per l’albedo, il colore, e la variazione della composizione del suolo. L’analisi della variabilità dei crateri suggerisce che Plutone sia stato geologicamente attivo nell’arco delle ultime centinaia di milioni di anni, e che probabilmente lo sia tutt’ora. Le analisi cromatiche rivelano invece una vasta gamma di colori presente sulla superficie, dalle regioni rossastre e più scure della fascia equatoriale alle brillanti tonalità bluastre che si riscontrano salendo verso i poli. I dati raccolti suggeriscono, inoltre, la presenza di più varietà di ghiacci volatili, e in particolare, nella regione occidentale della macchia a forma di cuore, di metano e monossido di carbonio. Senza contare il ruolo giocato dal normale ghiaccio d’acqua, un nuovo elemento da prendere in considerazione se si vuole provare a ricostruire la complessa composizione della superficie di Plutone.  L’atmosfera? Spessa, con tracce di idrocarburi, genera una pressione al suolo pari a 10 microbars. Caronte, la luna maggiore di Plutone, si differenzia per massa di roccia dal pianeta di cui è satellite per una percentuale inferiore al 10%, il che suggerisce una non sostanziale differenza fra i due corpi, almeno per quanto concerne la composizione. Plutone e Caronte, che gli scienziati ritengono essersi formati dallo stesso blocco di materia, spezzata da una collisione cosmica miliardi di anni fa, non sembrano ancora poter confermare uno stretto legame di parentela: due estranei, così li ha definiti NASA presentando una delle prime immagini raccolte da New Horizons (vedi MediaINAF). Ma quello che sappiamo con certezza non è poco: Plutone mostra  una sorprendente varietà di costruzioni geologiche, dove agisce l’effetto di ghiacci, crateri da impatto, movimenti tettonici, possibilità di attività criovulcanica. Anche gli altri piccoli pianeti della fascia di Kuiper potrebbero nascondere un turbolento passato simile. La domanda che resta aperta è: come possono questi corpi essere rimasti tanto attivi a miliardi di anni dalla loro formazione?
di Davide Coero Borga (INAF)

Cielo blu, ghiaccio rosso … sotto la fosca atmosfera di Plutone

Le prime immagini a colori della nebbie atmosferiche di Plutone rivelano un’aureola blu attorno al pianeta, che, seppur nano, sta facendo un figura da gigante con le immagini che dal luglio scorso vengono restituite con il contagocce dalla sonda New Horizons della NASA.
L’immagine a fianco, è frutto di diverse riprese effettuate con la Multispectral Visible Imaging Camera (MVIC) dello strumento Ralph a bordo di New Horizons, arrivate a Terra la scorsa settimana ed elaborate da un software che combina le informazioni dalle immagini ottenute nelle lunghezze d’onda del blu, rosso e vicino infrarosso, per replicare il più fedelmente possibile il colore originale come visto da un occhio umano.
«Chi si sarebbe aspettato un cielo blu nella Fascia di Kuiper? E’ magnifica», ha detto commentando la nuova immagine Alan Stern, il responsabile scientifico di New Horizons del Southwest Research Institute (SwRI) di Boulder, in Colorado.
Gli scienziati ritengono che questa foschia ad alta quota sia di natura simile a quella osservata su Titano, una luna di Saturno, e le particelle che la compongono siano presumibilmente di colore grigio o rossastro. Il colore blu è da attribuire al modo in cui tali particelle disperdono la luce solare.
«Quella tinta blu intensa ci racconta indirettamente la dimensione e la composizione delle particelle di foschia», ha detto Carly Howett del SwRI, ricercatrice del team New Horizons. «Un cielo blu è spesso il risultato della diffusione della luce solare da parte di particelle molto piccole. Sulla Terra, queste particelle sono minuscole molecole di azoto. Su Plutone sembrano essere particelle – più grandi, ma ancora relativamente piccole – simili alla fuliggine, che noi chiamiamo toline».
Le toline si formano nell’alta atmosfera, dove la luce solare ultravioletta spezza le molecole di azoto e metano, ionizzandole, inducendo reazioni reciproche sempre più complesse, fino alla formazione di macromolecole, un processo che è stato osservato per la prima volta nell’atmosfera di Titano. Presumibilmente, su Plutone le molecole più complesse continuano a combinarsi e crescere fino a diventare piccole particelle, attorno alle quali si condensa un “cappotto” di ghiaccio prima che inizino a ricadere sulla superficie di Plutone, contribuendo alla sua colorazione rossastra.
In un seconda significativa scoperta, New Horizons ha rilevato numerose piccole regioni esposte di ghiaccio d’acqua su Plutone, grazie ai dati raccolti dallo spettrometro Linear Etalon Imaging Spectral Array (LEISA) dello strumento Ralph.
«Le grandi distese di Plutone non mostrano ghiaccio d’acqua a vista», ha detto un altro membro del team scientifico, Jason Cook sempre del SwRI, «perché risulta mascherato da altri ghiacci, più volatili, su gran parte del pianeta. Capire perché l’acqua compaia esattamente in certi luoghi, e non in altri, è una questione che stiamo approfondendo».
Un aspetto curioso di questa scoperta è che le aree dove la “firma spettrale” del ghiaccio d’acqua appare più marcata corrispondono alle zone che appaiono di un colore rossastro particolarmente brillante nelle immagini a colori di Plutone recentemente pubblicate. «Sono sorpreso che questo ghiaccio d’acqua sia così rosso», ha commentato Silvia Protopapa dell’Università del Maryland. «Non abbiamo ancora compreso il rapporto tra il ghiaccio d’acqua e le toline rossastre sulla superficie di Plutone».
di Stefano Parisini (INAF)

Caronte, una luna da record

È una luna da record, Caronte, già lo sapevamo. Fra tutti i satelliti naturali del Sistema solare è il più grande rispetto al pianeta – nano o meno, a voi la scelta – d’appartenenza. Ora però scopriamo che è anche una luna bellissima. Multiforme almeno quanto la nostra, e assai più colorata. È quanto emerge mano a mano che la sonda New Horizons della NASA riesce a inviarci, attraverso i cinque miliardi di km che ci separano, le straordinarie fotografie scattate al satellite di Plutone durante il flyby del 14 luglio scorso. Quelle pubblicate oggi sono giunte al centro di controllo della missione il 21 settembre scorso, e mostrano un panorama incredibile. A partire da quell’irresistibile tocco di fard dalle sfumature rossastre che ne copre il polo nord. E qui Photoshop c’entra davvero poco: l’hanno appena un po’ esaltato, ammette la NASA, per renderla meglio visibile, ma la “macchia di Mordor” – così è stata chiamata, niente meno – esiste davvero. Ancora non si ha idea di cosa possa essere, né di come sia finita in quella regione così ben circoscritta del volto della luna, ma l’ipotesi al momento più gettonata è che possa trattarsi di toline provenienti dall’atmosfera di Plutone. Poi c’è la cicatrice. E che cicatrice: uno sfregio da mostro di Frankenstein, che percorre per intero l’equatore di Caronte – lungo dunque almeno quattro volte il Grand Canyon e profondo il doppio – marcando in modo netto il confine fra i due emisferi. Non che il resto della superficie della luna sia monotono: il dettaglio in alta risoluzione evidenzia formazioni d’ogni sorta, dai crateri da impatto ai lisci plateau. Frutto questi ultimi, probabilmente, di fenomeni criovulcanici: vulcani dalla lava di ghiaccio.
Non è fantascienza, ma ci va vicino. «Stiamo valutando l’ipotesi che, in epoche remote, un oceano d’acqua sotterraneo possa essersi congelato. Il conseguente aumento di volume avrebbe potuto aprire crepe sul suolo di Caronte, permettendo così a fiumi di lava formata di acqua d’affiorare in superficie», dice Paul Schenk, del team di New Horizons.
E questa non è che una delle due facce di Caronte. Quella che New Horizons ha potuto cogliere durante il suo rapidissimo sorvolo. Dell’altra metà del volto della luna non si sa alcunché, e nulla ne sapremo per chissà quanti anni ancora, vista la distanza abissale che ci separa.
Se può consolarci, eventuali abitanti di Plutone dovrebbero tenersi la curiosità almeno quanto noi, se non peggio. I due corpi sono infatti in rotazione sincrona l’uno rispetto all’altro. Il che implica non solo che Caronte mostri sempre lo stesso volto a Plutone, come avviene per la Luna con la Terra, ma anche che Plutone faccia altrettanto. In altre parole, gli ipotetici abitanti di un emisfero di Plutone vedranno sempre una sola metà di Caronte, ma quelli che vivessero nell’emisfero opposto Caronte non lo potrebbero vedere proprio mai. E mai potrebbero nemmeno indovinare quale meraviglioso spettacolo si perdono.
di Marco Malaspina (INAF)

Plutone, un singolare cocktail geologico

«Plutone ci sta mostrando una diversità di morfologia e una complessità di processi forse addirittura superiore a tutto ciò che abbiamo finora visto nel sistema solare», commenta entusiasticamente Alan Stern, il responsabile scientifico di New Horizons del Southwest Research Institute (SwRI), alla vista delle ultime immagini ad alta risoluzione inviate da New Horizons. «Se un artista avesse disegnato in questo modo una raffigurazione di Plutone prima del nostro sorvolo ravvicinato, probabilmente l’avrei definita assolutamente esagerata. Invece è proprio quello che si trova lassù».
New Horizons ha iniziato il download delle immagini riprese durante il flyby del 14 luglio scorso, che richiederà un anno perché vengano scaricate tutte. Le immagini arrivate in questi ultimi giorni hanno più che raddoppiato la quantità di superficie di Plutone vista alla risoluzione di 400 metri per pixel.
I mosaici ottenuti dalla composizione di diverse immagini a questa risoluzione rivelano nuove e differenziate caratteristiche, come possibili dune, colate di ghiaccio d’azoto che – apparentemente – fuoriescono da regioni montuose riversandosi sulla pianura, reti di valli scolpite presumibilmente dal materiale che scorre sulla superficie di Plutone.
Si distinguono anche grandi regioni con montagne aggregate in maniera caotica, che ricordano i cosiddetti terreni perturbati sulla luna ghiacciata di Giove, Europa.
«La superficie di Plutone è tanto complessa quanto quella di Marte», dice Jeff Moore, direttore del gruppo di Geologia, Geofisica e Imaging (GGI) allo Ames Research Center della NASA, a Moffett Field, in California. «Le montagne disposte in modo caotico potrebbero essere enormi blocchi di duro ghiaccio d’acqua, galleggianti su un vasto deposito di azoto congelato, più denso e morbido, all’interno della regione informalmente chiamata Sputnik Planum».
Le nuove immagini mostrano anche la parte di terreno più intensamente craterizzata – e quindi più antica – finora vista su Plutone, subito accanto alle più giovani pianure ghiacciate, per la maggior parte senza crateri. Gli scienziati pensano di intravedere anche quello che potrebbe essere un campo di dune scure, prodotte dal vento.
«Vedere dune su Plutone – se di questo effettivamente si tratta – sarebbe alquanto sorprendente, dal momento che l’attuale atmosfera di Plutone è così sottile», spiega William B. McKinnon, dalla Washington University di St. Louis e vice direttore del GGI. «O Plutone possedeva un’atmosfera più spessa in passato, oppure è in atto qualche processo che non abbiamo ancora capito. E’ un vero rompicapo».
Altre immagini arrivate nei giorni scorsi hanno inoltre rivelato che la foschia atmosferica globale di Plutone ha molti più strati di quanto si fosse potuto distinguere nelle prime immagini compresse inviate a Terra lo stesso giorno del sorvolo, e come invece si può apprezzare nella versione a risoluzione piena dell’istantanea “in controluce” ripresa da New Horizons da 770.000 km di distanza mentre abbandonava il pianeta nano dopo il loro fugace incontro.
Infine, gli scienziati si sono accorti che la foschia atmosferica attorno a Plutone crea un effetto crepuscolare che illumina leggermente anche il terreno sul lato notturno, oltre la linea d’ombra del tramonto, rendendolo visibile alle fotocamere a bordo di New Horizons. «Questo punto di vista crepuscolare aggiuntivo è un dono meraviglioso di cui Plutone ci ha omaggiato», ha detto John Spencer del Southwest Research Institute a Boulder, in Colorado, un altro vicedirettore del GGI. «Ora siamo in grado di studiare la geologia di un terreno che non ci saremmo mai aspettati di vedere».
Le scoperte fatte nel nuovo set di immagini non sono limitate alla superficie di Plutone. Riprese più dettagliate, rispetto a quelle quelle disponibili finora, dei satelliti di Plutone Caronte, Nix e Hydra sono in fase di caricamento sul sito che raccoglie le immagini grezze della fotocamera Long Range Reconnaissance Imager (LORRI). Gli scienziati anticipano che queste immagini evidenziano bene come ogni luna sia unica, e come il passato di Caronte sia stato alquanto travagliato.
Nell’immagine riprodotta qui sopra, che abbraccia tutti i 1.200 km di diametro della luna, Caronte mostra infatti i segni evidenti di una storia geologica sorprendentemente complessa, tra cui: fratturazione tettonica; pianure frammentate relativamente lisce in basso a destra; diverse enigmatiche montagne circondate da formazioni sprofondate nel terreno sul lato destro; regioni piene di crateri al centro e nella parte superiore sinistra del disco. I dettagli più piccoli distinguibili in questa immagine sono di dimensioni attorno ai 4,5 km.
Per quanto riguarda l’eroina di questa vicenda, la sonda New Horizons, si trova ora a più di 5 miliardi di chilometri dalla Terra, e a più di 70 milioni di chilometri oltre Plutone. La navicella è in salute e tutti i sistemi a bordo funzionano correttamente, rassicurano dal centro di controllo. Foto sul sito INAF
di Stefano Parisini (INAF)

Caronte e la montagna sprofondata

Ogni giorno una nuova emozione con New Horizons e sarà così ancora per molti mesi. La sonda della NASA (lanciata nove anni fa alla volta di Plutone) invia dati e immagini uniche che ci fanno conoscere nel dettaglio il pianeta nano Plutone e il sistema delle sue lune. In particolare questa volta il protagonista è Caronte, il satellite naturale più grande e quello che col pianeta nano (è stato declassato nel 2006) forma una sorta di sistema binario (le altre lune – alcune dalla forma bizzarra – sono più piccole).

La luna Caronte, che con Plutone forma una sorta di sistema binario. Crediti: NASA-JHUAPL-SwRI

In questa straordinaria immagine, la sonda della NASA ci mostra uno zoom su Caronte e sulla sua superficie, che presenta delle caratteristiche particolari, come un grande numero di crateri. Quello che più ha sorpreso gli esperti del JPL (California) è una montagna sorta all’interno di una enorme fossa (una depressione nel terreno con un picco al centro). Nell’inserto è possibile vederla nell’angolo in alto a sinistra.
L’immagine elaborata dalla NASA mostra un’area di circa 390 chilometri dall’alto in basso ed è solo un’anteprima di quanto sarà possibile vedere sul resto della superficie di Caronte. Purtroppo questa è un’immagine fortemente compressa (risale al 14 luglio), ma versioni più nitide verranno pubblicate quando i dati full-fidelity dello strumento LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) arriveranno a terra.
di Eleonora Ferroni (INAF)

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