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

Il mondo senza nome

I pianeti nani sono un piccolo gruppo misterioso di oggetti celesti. Fatta eccezione per Cerere, che si trova nella fascia principale di asteroidi tra Marte e Giove, ed è attualmente scrutata dall’occhio attento della sondaDawn della NASA, tutti gli altri membri di questa classe si trovano immersi nella lontana fascia di Kuiper, al di là dell’orbita di Nettuno. Sono corpi piccoli e freddi, lontani da noi, e quindi molto difficili da osservare in dettaglio, anche sfruttando i telescopi più potenti che abbiamo a nostra disposizione. Non è un caso, infatti, che la maggior parte dei pianeti nani sia stata scoperta solo negli ultimi anni. Plutone è un esempio lampante della difficoltà che abbiamo ad osservare questi oggetti. Prima dell’arrivo della sonda New Horizons della NASA, anche Plutone, che è il pianeta nano più grande di tutti, ci appariva come una nuvoletta sfocata anche se osservato con il telescopio spaziale Hubble. Per studiare questi oggetti piccoli e sfuggenti gli astronomi hanno spesso bisogno di combinare i dati provenienti da una varietà di strumenti differenti, in modo da raccogliere più informazioni possibili sulle loro proprietà. Questo è ciò che ha fatto un team di astronomi, che per studiare 2007 OR10 ha sfruttato gli osservatori spaziali Kepler e Herschel. I risultati individuano 2007 OR10 come il più grande mondo privo di nome all’interno del sistema solare, e il terzo per grandezza, se venisse confermato come membro della piccola classe dei pianeti nani. Lo studio ha anche dimostrato che questo oggetto è molto scuro e ruota lentamente su se stesso, completando una rotazione completa in 45 ore. I risultati di questa analisi sono stati pubblicati sulla rivista The Asptrophysical Journal. «Kepler ha fornito un contributo fondamentale per la stima accurata delle dimensioni di 2007 OR10», dice Geert Barentsen, ricercatore presso l’Ames Research center della NASA. «Ma ciò che ha reso realmente potente questo studio è stata la possibilità di combinare i dati raccolti da Herschel a quelli di Kepler, poiché questo ha permesso di raggiungere un’incredibile ricchezza di informazioni sulle proprietà fisiche dell’oggetto». La misura attuale del diametro è pari a 1535 km, ovvero un centinaio di km in più rispetto a Makemake. Un altro pianeta nano, chiamato Haumea, ha una forma allungata e il suo asse maggiore è più grande del diametro di 2007 OR10, ma il suo volume complessivo è più piccolo. L’attività principale della missione Kepler è andare in cerca di piccole variazioni di luminosità di stelle molto lontane. Una piccolissima diminuzione di luminosità da parte di una stella, infatti, può stare a significare che stiamo osservando il passaggio di un pianeta sul disco stellare. Ma Kepler è in grado di indagare anche oggetti deboli all’interno del sistema solare, come appunto pianeti nani, asteroidi, comete e lune di altri pianeti. Grazie alla sua estrema sensibilità, che gli permette di captare anche le più piccole variazioni di luminosità, Kepler è lo strumento perfetto per osservare come cambia l’emissione durante la rotazione completa di un piccolo pianeta. Capire quali siano le dimensioni di oggetti piccoli e lontani dalla Terra è una questione piuttosto complicata, poiché la loro debole luce non ci permette di stimare la loro distanza con precisione. Questo ha reso particolarmente difficile studiare 2007 OR10, che si trova attualmente due volte più lontano dal Sole di quanto non sia (in media) Plutone. Per questo motivo, oltre a Kepler, è stato chiamato in causa anche Herschel. Le prime stime, basate su dati di Herschel, indicavano un diametro di 1280 km per 2007 OR10. Tuttavia, mancando un’informazione precisa sul periodo di rotazione era impossibile stimare la luminosità complessiva dell’oggetto, e dunque anche le sue dimensioni. La scoperta della lenta rotazione di 2007 OR10 da parte di Kepler ha permesso al team di elaborare modelli molto più dettagliati con i quali interpretare i dati di Herschel. Le misure di rotazione includevano addirittura dettagli su variazioni di luminosità in diverse zone della superficie del candidato pianeta nano. Unendo le capacità dei due telescopi, il team di scienziati ha potuto misurare la frazione di luce solare riflessa da 2007 OR10 (con Kepler), nonché quella assorbita e poi irradiata sotto forma di calore (con Herschel). Mettendo insieme questi dati è stato possibile ottenere un valore molto più preciso delle dimensioni dell’oggetto, e della sua capacità di riflettere la luce. Con le nuove stime sappiamo che il diametro di 2007 OR10 è circa 250 km più grande di quanto si pensava in precedenza. Dimensioni maggiori implicano anche una maggiore gravità e una superficie più scura, dal momento che la stessa quantità di luce viene riflessa da un corpo più grande. Osservazioni precedenti, effettuate con strumenti da Terra, hanno dimostrato che 2007 OR10 ha una colorazione tendente al rosso, e gli scienziati hanno suggerito che questo colore potrebbe essere dovuto alla presenza di ghiacci di metano sulla superficie. «Queste nuove informazioni sulle dimensioni di 2007 OR10 rendono sempre più probabile che sia coperto da ghiacci volatili di metano, monossido di carbonio e azoto, poiché se fosse stato più piccolo questi elementi si sarebbero facilmente dispersi nello spazio», spiega András Pál dell’Osservatorio Konkoly di Budapest, che ha guidato la ricerca. «È entusiasmante ottenere dettagli così accurati di un nuovo mondo tanto lontano da noi, soprattutto perché ha una superficie particolare, di colore scuro e rossastro, e ha dimensioni inaspettate». Presto anche 2007 OR10 avrà un nome, e l’onore di assegnarglielo spetta ai suoi scopritori: gli astronomi Meg Schwamb, Mike Brown e David Rabinowitz. I tre scienziati hanno individuato questo piccolo corpo celeste nel 2007, nel corso di uno studio che mirava alla ricerca di oggetti nelle regioni più remote del sistema solare, realizzato con il telescopio Samuel Oschin del Monte Palomar Observatory «I nomi attribuiti a corpi della dimensione di Plutone raccontano la storia dell’oggetto a cui vengono attribuiti, ma fino ad ora non avevamo abbastanza informazioni circa 2007 OR10 per dargli un nome che gli rendesse giustizia», spiega Schwamb. «Ora conosciamo 2007 OR10 con un dettaglio sufficiente e siamo pronti a trovargli un nome».
di Elisa Nichelli (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)

Un esercito di ricercatori per studiare Plutone

I dati inviati dalla sonda della NASA New Horizons sono talmente tanti che per analizzarli tutti ci vorranno ancora mesi (per non dire anni). Come ricorderete, lo scorso 14 luglio (vedi Media INAF) la sonda ha effettuato il tanto atteso flyby (passaggio ravvicinato) di Plutone. Tante immagini da analizzare, tanti dati da scaricare e tanti studi scientifici da scrivere. Un folto gruppo di scienziati, infatti, è protagonista di ben cinque articoli pubblicati oggi sulla prestigiosa rivista Science. I ricercatori, provenienti da tutto il mondo, si sono occupati dell’atmosfera di Plutone, della sua superficie e delle sue caratteristiche geologiche, ma anche del sistema delle cinque Lune e dell’interazione con lo spazio circostante, con il vento solare, con le particelle energetiche e la polvere.
I preziosi scatti (realizzati in sole due ore) che ritraggono il pianeta nano ci mostrano vedute magnifiche delle piane, delle sue montagne ghiacciate, delle foschie superficiali, dei flussi di azoto ghiacciato e dei paesaggi diversificati. Molte le similitudini con la vicina luna Caronte (la più grande del suo sistema di satelliti naturali), tanto che proprio questa luna potrebbe essere scambiata anch’essa per un pianeta nano (le altre lune, infatti, sembrano poco più che dei grandi e irregolari massi). Ma tante anche le differenze.
Nel primo studio di questo interessante pacchetto è Jeffrey Moore a guidare il team di ricerca. Il paper si intitola “The geology of Pluto and Charon through the eyes of New Horizons”, e i ricercatori si sono occupati delle prime descrizioni della vasta gamma di caratteristiche geologiche su Plutone e Caronte. Hanno riferito degli eventi tettonici, del flusso glaciale e del trasporto di grandi blocchi di ghiaccio attraverso i canali, così come di vasti accumuli tipo piccole montagne, forse di origine criovulcanica. I dati sulla variabilità di terreno suggeriscono che la superficie del pianeta nano è stata spesso “ristrutturata” da processi come l’erosione e ciò sta a indicare che il pianeta è decisamente ancora attivo. Si tratta di processi geomorfologici attivi almeno nelle ultime centinaia di milioni di anni.
Lo stesso non possiamo dire di Caronte, che con Plutone sembra quasi formare un sistema binario. La luna scoperta nel 1978 non sembra essere altrettanto attiva: il satellite presenta un aspro e accidentato emisfero Nord e un emisfero Sud piuttosto liscio, e nella sua totalità è “segnato” da numerosi crateri di diverse profondità e da depressioni piuttosto evidenti ma di antica formazione.
A differenza di Plutone, che invece presenta formazioni anche relativamente più “recenti”. Tra le formazioni geologiche più evidenti e famose troviamo Sputnik Planum, un piano ghiacciato del diametro di circa venti chilometri e con un’età di soli 100 milioni di anni. Proprio per questa e per tante altre caratteristiche, gli esperti ipotizzano che il pianeta nano sia ancora in pieno sviluppo geologico. Plutone presenta anche terreni con crateri più antichi (fino a circa 4 miliardi di anni) che però sono stati nel corso del tempo erosi e livellati da diversi fenomeni geologici.
Il secondo studio si intitola “Surface compositions across Pluto and Charon” ed è firmato da Will Grundy. Il team di ricercatori ha analizzato i colori e le composizioni chimiche delle superfici ghiacciate di Plutone e Caronte. I cosiddetti ghiacci volatili, quindi di acqua e azoto solido, che dominano la superficie di Plutone sono distribuiti in modo complesso, riportano gli autori del paper, a seguito di processi geomorfologici che agiscono sulla superficie su diverse scale temporali, sia stagionali che geologiche.
Gli esperti hanno poi notato diffusi accumuli di molecole bruno-rossastre chiamate tholins in alcune parti di Plutone. Si tratta di particelle molto piccole simili a fuliggine che si formano nell’alta atmosfera.
È poi G. Randall Gladstone a firmare il terzo studio “The atmosphere of Pluto as observed by New Horizons”,  in cui i ricercatori affrontano il tema dell’atmosfera del pianeta nano (ex nono pianeta del Sistema solare). Per diversi decenni le osservazioni realizzate con i telescopi hanno dimostrato che Plutone ha un’atmosfera complessa e spessa con tracce di idrocarburi e che genera una pressione al suolo pari a 10 microbar (milionesimi di atmosfere). Molto restava ancora da scoprire e solo con una missione nell’orbita del pianeta si poteva venire a capo dei numerosi misteri. Lo strumento Multispectral Visible Imaging Camera (MVIC) ha potuto rivelare dettagli unici della foschia che rende unica l’atmosfera ricca di azoto di Plutone. Nelle immagini scattate e pubblicate online nel corso degli ultimi mesi si vedono una dozzina di sottili strati di foschia che si estendono dalla prossimità del suolo fino a 100 chilometri sopra la superficie. Proprio dell’atmosfera di Plutone abbiamo parlato con Gladstone: «Tra i risultati più importanti sicuramente quello di aver misurato la fredda temperatura dell’atmosfera di Plutone: dalla superficie fino a circa 50 chilometri di altitudine è relativamente costante, ma in quota è circa 40°K più fredda del previsto. Esattamente quale molecola sia la responsabile di questo raffreddamento è attualmente un mistero, anche se puntiamo il dito sull’HCN (acido cianidrico)». Per quanto riguarda l’atmosfera di Caronte, Gladstone ha specificato che «non vi è stato trovato alcun tipo di atmosfera. Questo ci ha sorpresi, dato che Caronte è decisamente massiccio (metà del diametro di Plutone): il fatto che non presenti un’atmosfera è davvero una grande differenza fra i due corpi. Neanche le lune più piccole sembrano possedere questo “strato protettivo”». Nel quarto studio (“The small satellites of Pluto as observed by New Horizons”)Harold Weaver e i suoi ricercatori hanno esaminato le restanti quattro lune del sistema plutoniano, cioè Stige, Notte, Cerbero e Idra. Si tratta di satelliti dalla forma bizzarra, irregolare e dalle dimensioni di certo non paragonabili a quelle della più grande Caronte. Le quattro “lune nane” ruotano molto velocemente sul loro asse e hanno delle superfici altamente riflettenti. Ai violenti processi collisionali dobbiamo la loro forma “abbozzata”, anche se gli esperti affermano che queste collisioni con altri oggetti vanno fatte risalire alle prime diverse centinaia di milioni di anni dopo la formazione del sistema.

Infine l’ultimo e quinto paper, firmato da Fran Bagenal, parla di come Plutone interagisce con l’ambiente circostante e con i venti solari. Tra gli obiettivi scientifici della missione New Horizons c’è anche quello du quantificare la velocità con cui i gas atmosferici “fuggono” da Plutone interagendo con l’ambiente circostante. I due strumenti che misurano le particelle cariche del vento solare sono il Solar Wind Around Pluto (SWAP) e il Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation (PEPSSI). Il Venetia Burney Student Dust Counter (SDC) conta invece i grani di polvere di dimensioni micrometriche che colpiscono i rivelatori montati sulla navicella. Durante il flyby questi strumenti hanno avuto un ruolo chiave: hanno una relativamente bassa interazione con il vento solare, grazie alla protezione offerta dall’atmosfera. Tutti questi risultati aprono la strada a uno studio sempre più dettagliato dei processi di evoluzione di Plutone. Gladstone ha concluso: «I dati di New Horizons stanno sicuramente rivoluzionato la nostra comprensione dell’atmosfera di Plutone, è come avere una fotografia molto dettagliata. Quella fotografia sarà anche utile per tornare a esaminare osservazioni del passato fatte dalla Terra».
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)

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