L’origine degli elementi pesanti

La maggior parte del plutonio presente sulla Terra viene sintetizzato artificialmente nei reattori nucleari. A lungo si è pensato che non fosse prodotto anche in natura, ma poi ne sono state osservate tracce, sia sulla Terra che nella nostra Galassia, in quantità che non è possibile spiegare, considerata la rarità degli eventi cosmici che sono in grado di produrlo.
In una lettera pubblicata sulla prestigiosa rivista Nature Physics, un team di scienziati dell’Università Ebraica di Gerusalemme suggerisce una soluzione al mistero dell’eccesso di plutonio galattico.
«L’origine degli elementi pesanti prodotti in natura attraverso la cattura rapida di neutroni (chiamatoprocesso r) da parte dei nuclei pesanti è uno dei misteri attuali della nucleosintesi», ha dichiarato il Dr.Kenta Hotokezaka, che insieme al Prof. Zvi Piran e il Prof. Michael Paul dell’Istituto di Fisica Racahdell’Università Ebraica ha condotto lo studio.
Il plutonio è un elemento radioattivo, il suo isotopo più longevo è il plutonio-244 con una vita media di 120 milioni di anni. Il fatto che sia possibile rilevare il plutonio-244 in natura implica che l’elemento viene sintetizzato in fenomeni astrofisici recenti, in termini di scale temporali galattiche, e quindi la fonte che l’ha prodotto non deve trovarsi troppo lontana da noi.
Molti anni fa si è scoperto che il sistema solare conteneva una notevole quantità di plutonio-244. Considerando la breve durata del suo ciclo di vita, il plutonio-244 che esisteva quando la Terra si è formata, più di 4 miliardi di anni fa, è decaduto da tempo, ma sono stati osservati gli elementi prodotti dal suo decadimento.
Misure recenti del deposito di plutonio-244, inclusa l’analisi dei detriti galattici presenti nei fondali marini, suggeriscono che la quantità di plutonio che ha raggiunto la terra dallo spazio nel corso degli ultimi 100 milioni di anni sia molto piccola. Questo risultato è in forte contraddizione con le quantità di plutonio presenti durante la formazione del sistema solare.
Il team di scienziati dell’Università Ebraica ha dimostrato che questo enigma si può spiegare se la fonte di plutonio radioattivo (così come altri elementi rari, come oro e uranio) è rappresentata dalla fusione di stelle di neutroni in sistemi binari. Queste fusioni sono estremamente rare, ma le stime indicano che sono in grado di produrre grandi quantità di elementi pesanti.
Nello studio si propone che una di queste fusioni sia avvenuta accidentalmente nelle vicinanze del sistema solare, meno di cento milioni di anni prima che questo si formasse. In questo modo è possibile riprodurre le quantità di plutonio-244 osservate. D’altra parte, la quantità ridotta di plutonio-244 che oggi raggiunge Terra dallo spazio si può semplicemente spiegare con la rarità di questi eventi.
di Elisa Nichelli (INAF)

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La Luna si sta restringendo

È noto che le forze gravitazionali che la Luna e il Sole esercitano sulla Terra sono responsabili della salita e della discesa delle maree sul pianeta. Ma sapevate che la forza gravitazionale terrestre influenza – e molto – il nostro satellite naturale? Ovviamente sì, ma quello che forse non sapete è che gli astronomi che lavorano sui dati della sonda Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) della NASA hanno scoperto che alcune caratteristiche della Luna in superficie sono causate dalla gravità esercitata dalla Terra. I ricercatori hanno visionato le immagini dalla Narrow Angle Camera (NAC) di LRO (lanciata nel 2008) e hanno riportato la scoperta di ulteriori 14 scarpate conosciute come lobate scarps (scarpate a forma di lobo) sulla superficie della Luna, oltre alle 70 già fotografate dall’Apollo Panoramic Camera (a bassa risoluzione). Queste scarpate sono prodotte dall’effetto congiunto del restringimento del nucleo lunare mano mano che si raffredda e degli effetti della gravità terrestre e hanno dimensioni fino a dieci chilometri in lunghezza e solo qualche decina di metri di altezza.  Il team scientifico è arrivato alla conclusione che la Luna si stia restringendo. Questi difetti causati dalla gravità terrestre sono piuttosto piccoli, nella media dei 10 chilometri di lunghezza e delle poche decine di metri di altezza. Dopo 7 anni in orbita, LRO ha studiato e fotografato più dei 3/4 della superficie lunare a una risoluzione senza precedenti, portando alla scoperta di oltre 3000 piccole e grandi strutture, dai crateri alle scarpate. L’analisi degli orientamenti di queste piccole scarpate ha prodotto un risultato sorprendente: si sono probabilmente formate dalla contrazione globale derivante dal raffreddamento del nucleo caldo della Luna stessa. Più il nucleo interno si raffredda e porzioni di sottosuolo si solidificano, più il volume del satellite naturale diminuisce. E non solo: la forza gravitazionale della Terra esercita una forte influenza, che si va ad aggiungere al fattore interno. La contrazione globale provocata dalla forza gravitazionale della Terra non può essere l’unica responsabile, infatti, per la formazione di questi difetti sulla superficie lunare, ha detto Thomas Watters, del National Air and Space Museum di Washington. «C’è uno schema nell’orientamento delle migliaia di scogliere e fratture che suggerisce che qualcosa di diverso sta influenzando la loro formazione, qualcosa agisce su scala globale». Come se questa “forza” stesse massaggiando e riallineando tutte le strutture lunari. Watters è l’autore principale della ricerca pubblicata nel numero di ottobre della rivista Geology. Come detto, quindi, gli esperti parlano di due forze: una che proviene dall’interno (dal nucleo) e l’altra che proviene dalla Terra (la gravità). Le forze mareali, appunto. «La scoperta di tante caratteristiche non rilevate in precedenza è davvero notevole», ha sottolineato Mark Robinson dell’Arizona State University. «All’inizio della missione c’era il sospetto che le forze mareali avessero avuto un ruolo fondamentale nella formazione di queste caratteristiche tettoniche, ma non avevamo abbastanza prove per fare dichiarazioni conclusive. Ora che abbiamo le immagini di NAC con l’illuminazione adeguata di oltre la metà della Luna, gli schemi strutturali stanno cominciando a venire a galla». Queste scarpate sono relativamente giovani se si pensa all’età della Luna stessa. E sono talmente recenti, che gli studiosi credono che il processo di formazione e modellamento sia ancora in corso. Dai modelli realizzati dal team di LROC si evince il picco delle sollecitazioni viene raggiunto quando la Luna è più lontana dalla Terra nella sua orbita (all’apogeo). Se questo processo è ancora attivo, i terremoti lunari superficiali sono più frequenti quando la luna si trova al suo apogeo. «Con LRO siamo stati in grado di studiare nel dettaglio la Luna a livello globale come non è stato ancora possibile con altri corpi del Sistema solare. I dati raccolti da LRO ci permettono di studiare piccoli ma importanti processi che altrimenti resterebbero nascosti», ha spiegato John Keller, LRO Project Scientist.
di Eleonora Ferroni (INAF)

Guardando la Terra ‘seduti’ su Giove

Sfruttare un raro allineamento planetario per osservare, in modo indiretto, alcune caratteristiche dell’atmosfera terrestre impresse nella luce solare riflessa da Giove. Un’indagine senza dubbio fuori dagli schemi e che ha mostrato alcuni aspetti sorprendenti, realizzata da un team di ricercatori guidato da Paolo Molaro, astronomo dell’INAF presso l’Osservatorio Astronomico di Trieste. I dati sono stati raccolti il 5 gennaio 2014, giorno in cui si è verificato l’allineamento tra Sole, Terra e Giove. L’allineamento di due pianeti rispetto al Sole è un evento raro: Venere e Terra si trovano esattamente nella stessa direzione della nostra stella solo una volta ogni 105,5 o 121,5 anni, mentre per il prossimo allineamento Sole-Terra-Marte bisognerà aspettare fino al 2084. In questi allineamenti, il pianeta più esterno vede l’altro sfilare davanti al Sole. Durante il transito del 5 gennaio 2014 un osservatore su Giove avrebbe quindi visto passare la Terra passare davanti al disco solare. Impossibile dunque seguire da noi l’evento. Anzi, non proprio, se si ‘osserva’ il transito usando il pianeta esterno come uno specchio. Così hanno pensato Molaro e i suoi colleghi, che hanno studiato gli effetti del transito della Terra davanti al Sole usando la luce solare riflessa da Giove. Una impresa non nuova a questi scienziati, che avevano utilizzato lo stesso principio in occasione del transito di Venere nel 2012, in quel caso sfruttando la luce riflessa dalla Luna. «Nel caso del transito del 2014, è stato un po’ come osservare il passaggio della Terra davanti al Sole standosene comodamente seduti su Giove. O più precisamente, su una delle sue lune – Ganimede o Europa – perché il pianeta gigante, a causa della sua elevata velocità di rotazione e della sua turbolenta atmosfera , non si può certo definire uno specchio ideale» dice Molaro, primo autore dello studio, i cui risultati sono stati pubblicati sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. L’obiettivo scientifico delle osservazioni era di rilevare l’impronta dell’atmosfera terrestre nella luce solare riflessa e di misurare un piccolo spostamento nelle posizioni delle righe spettrali provocato dalla occultazione di una parte del disco solare. Effetti che verranno utilizzati per studiare le proprietà dei pianeti extrasolari durante i transiti davanti alla loro stella. Le osservazioni sono state effettuate presso il Telescopio Nazionale Galileo dell’INAF a La Palma, sulle Isole Canarie, e al telescopio da 3,6 metri dell’Osservatorio Australe Europeo (ESO) di La Silla in Cile, gli unici al mondo in grado di osservare il transito grazie a spettrografi con la precisione necessaria. Con loro grande sorpresa, il gruppo di astronomi si è trovato ad osservare anche un nuovo fenomeno, del tutto imprevisto. Invece della prevista diminuzione della luminosità dovuta alla parziale eclissi solare, in realtà è stato registrato un aumento. «All’inizio abbiamo pensato di aver commesso un errore durante le osservazioni, o che qualcosa nella strumentazione non avesse funzionato correttamente. Abbiamo ricontrollato tutte le possibili cause senza trovare nulla di insolito o sbagliato» ricorda Molaro. «Finalmente, dopo quasi un anno, ci siamo resi conto di cosa fosse successo, e passo dopo passo siamo riusciti a interpretare ciò che aveva visto: un nuovo effetto fisico mai misurato prima». «Ricordate l’immagine in cui si può scorgere l’aumento di luce che circonda l’ombra della testa degli astronauti sulla Luna?» commenta Mauro Barbieri, dell’Università di Atacama. «Beh questo è più o meno quello che è successo anche durante le nostre osservazioni. Un effetto particolare che si verifica perché le lune di Giove Europa e Ganimede non hanno atmosfera e la luce dalla sorgente, ossia il Sole, viene da dietro l’osservatore che sta sulla Terra. L’aumento della luminosità osservato avviene solo quando l’allineamento è perfetto. Durante il passaggio davanti al disco solare, la Terra si è comportata come una lente virtuale, aumentando l’intensità della luce solare proveniente dalle zone del Sole immediatamente intorno la sua immagine proiettata. L’effetto sulle linee spettrali è stato esattamente l’opposto di quello provocato da un’eclissi, e di gran lunga più forte. «Il nostro modello spiega le osservazioni in ogni dettaglio», ha detto Simone Zaggia, astronomo dell’INAF-Osservatorio di Padova e co-autore del lavoro. «Il prossimo allineamento tra il Sole, la Terra e Giove si verificherà nel 2026, e speriamo di avere una seconda possibilità di seguire questo nuovo allineamento per confermare le nostre teorie con il nuovo spettrografo ad alta risoluzione dell’European Extremely Large Telescope di 39 m di diametro, in costruzione sulle Ande Cilene», conclude Lorenzo Monaco, dell’Università Andres Bello a Santiago del Cile.
di Marco Galliani (INAF)

 

Campo magnetico, per la Terra è uno scudo e sugli altri pianeti cosa succede?

Il campo geomagnetico è un fenomeno naturale presente sul pianeta Terra. Esso è assimilabile al campo magnetico generato da un dipolo magnetico con poli magnetici non coincidenti con quelli geografici e non statici, e con asse inclinato di 11,5° rispetto all’asse di rotazione terrestre. Le ipotesi sulle origini di questo campo sono numerose, ma oggi le teorie sono orientate verso un modello analogo a quello di una dinamo ad autoeccitazione. Anche altri corpi celesti, come il Sole o Giove, generano un loro campo magnetico. Il campo geomagnetico è stato il primo campo terrestre ad essere teorizzato e descritto. La sua scoperta è attribuita alle osservazioni di Pierre de Maricourt, scienziato francese del XIII secolo, riportate nella sua Epistola de magnete (Lettera sul magnete), scritta nel 1269. Il campo geomagnetico causa numerosi effetti facilmente sperimentabili, ad esempio l’aurora polare è generata dall’interazione tra il vento solare e la magnetosfera. Il magnetismo terrestre ha inoltre una notevole importanza per la vita sulla Terra: esso si estende per svariate decine di migliaia di chilometri nello spazio, formando una zona chiamata magnetosfera, la cui presenza genera una sorta di “scudo” elettromagnetico che devia i raggi cosmici e tutte le particelle cariche, riducendo la quantità che raggiunge il suolo dando origine alle fasce di Van Allen.

Mercurio

Proprio l’ultimo giorno di aprile del 2015, la sonda Messenger della NASA ha completato le sue operazioni schiantandosi sulla superficie di Mercurio. La sonda ha rivelato che il nucleo di ferro del pianeta ha generato un campo magnetico per gli ultimi 3.8 milioni di anni circa, rendendolo potenzialmente tra i più duraturi dei pianeti del sistema solare. Prima di schiantarsi deliberatamente sulla superficie di Mercurio la scorsa settimana, Messenger si è tenuta a debita distanza per la maggior parte della sua missione quadriennale, compiendo un’orbita altamente ellittica che la poneva ad una distanza minima di 200 km dalla superficie bruciata del pianeta. Nei mesi prima del suo tuffo, ha spiralizzato sempre più prossima alla superficie, per poi andare in picchiata fino a circa 15 km sopra di essa. Questo le ha consentito di avere una veduta ravvicinata del campo magnetico del pianeta. Gli astronomi sapevano già che Mercurio avesse un campo magnetico di intensità pari ad un centesimo di quello della Terra, e che la rotazione del ferro liquido nel nucleo genera il campo magnetico, proprio come avviene dentro la Terra. Ma quando Messenger si è ritrovata ad un’altitudine di circa 100 km, ha scorto un ulteriore traccia magnetica provenire dalle rocce sulla superficie.

Freddi magneti

“E’ come avere un piccolo reticolo di magneti refrigeranti”, dice Catherine Johnson dell’University of British Columbia di Vancouver, in Canada. “Abbiamo sorvolato quest’area 20, 30 volte prima di adesso, e non avevamo mai visto tutto ciò. Non saremmo stai in grado di rilevare questi segnali se non avessimo sorvolato il pianeta molto da vicino.” Il segnale è cambiato da non-esistente ad un’altitudine di 150 km a dominante a 15 km. Questo ha confermato che esso proviene necessariamente dalla crosta esterna, e che non può essere prodotto dal campo magnetico del nucleo interagente con le particelle cariche provenienti dal Sole, il che avrebbe prodotto invece un segnale considerevole già ad altitudini maggiori. Il magnetismo al livello più alto è stato trovato dove il suolo risulta avere tra 3.7 e 3.9 miliardi di anni, sulla base della craterizzazione della superficie – le rocce più antiche sono quelle più butterate da crateri. Le rocce diventano magnetiche a causa del campo magnetico planetario quando sono ancora fuse, poichè questo campo si blocca al loro interno quando esse si raffreddano e solidificano. La presenza di magnetismo di questa età al livello del suolo ci suggerisce pertanto che Mercurio abbia avuto un campo magnetico già 3.9 miliardi di anni fa – quasi quanto l’intera durata della sua storia di 4.5 miliardi di anni. Se tale campo così antico ha persistito fino ad oggi, renderebbe Mercurio il pianeta con i campi magnetici più duraturi conosciuti nel sistema solare. La traccia più antica del campo magnetico della Terra si colloca infatti a 3.5 miliardi di anni. Ma Messenger non può raccontarci l’intera storia del campo magnetico di Mercurio, fa notare Hao Cao del California Institute of Technology a Pasadena. “Non sappiamo attualmente se Mercurio abbia sempre avuto un campo magnetico nell’arco dei 3.8 miliardi di anni,” egli afferma. “Questo è un grande enigma. Potrei tranquillamente immaginare che all’inizio Mercurio avesse un campo magnetico, e che poi per la maggior parte della sua vita non lo abbia avuto, per poi ritornare ad avere un campo magnetico come quello che osserviamo adesso solo in tempi recenti.” Il prossimo visitatore di Mercurio, un satellite Giapponese-Europeo chiamato BepiColombo, potrebbe risolvere l’enigma se riuscirà ad ottenere mappe globali più dettagliate dei campi magnetici della crosta, dopo che arriverà in sito nel 2024. (Astronomia.com)

Venere

Nel 1967 Venera-4 ha scoperto che Venere possiede un campo magnetico molto più debole di quello terrestre. Questo campo magnetico viene generato da un’interazione tra la ionosfera e il vento solare, contrariamente a quanto avviene nel caso del nostro pianeta il cui campo nasce dall’effetto dinamo delle correnti convettive all’interno del mantello. Il campo venusiano si dimostra essere troppo debole per fornire una adeguata protezione dal vento solare. Le particelle dell’alta atmosfera vengono infatti continuamente strappate al campo gravitazionale del pianeta per disperdersi nello spazio. La mancanza di un campo magnetico intrinseco a Venere è un dato sorprendente, visto che è simile alla Terra per dimensioni, e inizialmente si era previsto anche per questo pianeta un effetto dinamo all’interno del mantello. Una dinamo richiede tre cose: un liquido conduttivo, la rotazione del nucleo e la convezione. Il nucleo è ipotizzato elettricamente conduttivo e, nonostante la lentezza della rotazione, le simulazioni mostrano che questa sarebbe sufficiente per produrre una dinamo. Questo implica che la dinamo manca a causa dell’assenza di convezione. Sulla Terra la convezione si verifica nel mantello a causa della temperatura inferiore di questo rispetto a quella del nucleo. Su Venere un evento di rifacimento globale può avere interrotto la tettonica a zolle e quindi eliminato le correnti convettive. Ciò ha causato l’innalzamento della temperatura del mantello e ridotto così il flusso di calore proveniente dal nucleo. Come risultato non c’è una geodinamo interna che può produrre un campo magnetico. Una possibilità è che Venere non abbia un nucleo interno solido o che non ci sia un gradiente di temperatura all’interno in modo che tutta la parte liquida del nucleo sia approssimativamente alla stessa temperatura. Un’altra possibilità è che il suo nucleo sia già completamente solidificato. Lo stato del nucleo dipende in larga misura dalla concentrazione di zolfo che non è attualmente nota.

Marte

Il nucleo di Marte è composto principalmente da ferro con il 14-17% di solfuro ferroso e si estende per un raggio di circa 1480 km. Molto probabilmente il nucleo non è liquido, ma allo stato viscoso; di conseguenza Marte non presenta un campo magnetico apprezzabile né attività geologica di rilievo. Questo comporta la mancanza di protezione del suolo del pianeta dall’attività di particelle cosmiche ad alta energia; tuttavia la maggiore distanza dal Sole rende meno violente le conseguenze della sua attività. Anche se Marte non dispone di un campo magnetico intrinseco, è possibile provare che parti della sua crosta siano state magnetiche e che si sia avuta una polarità alternata attorno ai suoi due poli. Una teoria, pubblicata nel 1999 e rivista nel 2005 assieme alle ricerche del Mars Global Surveyor, deduce dal paleomagnetismo marziano che fino a circa 4 miliardi di anni fa esistevano movimenti tettonici su Marte e la loro scomparsa è la causa di una magnetosfera quasi inesistente

Giove

Giove possiede un campo magnetico di grande intensità, circa 12 volte più grande di quello del nostro pianeta, e il suo asse magnetico è inclinato di circa 11° rispetto a quello di rotazione. L’esistenza di un campo magnetico è spiegata dalla presenza nell’interno di Giove di idrogeno metallico fluido che, essendo un buon conduttore e ruotando a forte velocità, genera campi magnetici. Le caratteristiche del campo sono simili a quelle del campo magnetico terrestre: anche qui abbiamo due poli, ma invertiti; per cui l’ago di una bussola su questo gigante gassoso indicherebbe il sud e non il nord. Anche per Giove è il vento solare a creare la magnetosfera, che è formata da una zona in cui sono assenti le cariche elettriche (magnetopausa), un disco di plasma e una coda magnetica che arriva fino a Saturno. (Gruppo Astrofili Pescaresi)

Saturno

L’esistenza della magnetosfera di Saturno è stata accertata dalla sonda Pioneer 11 nel 1979. Di semplice forma simmetrica la sua intensità all’equatore è di 0,2 gauss circa un ventesimo di quello di Giove, e anche leggermente più debole del campo magnetico terrestre. Quando la Voyager 2 entrò nella magnetosfera di Saturno, l’intensità del vento solare era alta e la magnetosfera si estendeva solo fino a 19 raggi saturniani, o 1,1 milioni di chilometri. La sua origine, come per il pianeta Giove, è dovuta allo strato di idrogeno liquido all’interno del pianeta, ove si producono frequenti scariche elettriche, ed alla elevata velocità di rotazione. Un altro fattore che spiega la sua debole magnetosfera deriva dall’orientamento della stessa, che è quasi coincidente con l’asse di rotazione del pianeta, con uno scarto di solo 1° (contro i 10° di Giove). La magnetosfera è composta da fasce di radiazione a forma di toroide nelle quali si ritrovano elettroni e nuclei atomici ionizzati. Il tutto si estende per oltre 2 milioni di km e anche oltre nella direzione opposta a quella del Sole. L’interazione tra la magnetosfera e la ionosfera provoca aurore polari che circondano i poli. Queste aurore sono state fotografate anche dal telescopio spaziale Hubble. Altre interazioni dovute al campo magnetico sono state osservate tra i suoi satelliti: una nube composta da atomi di idrogeno che va dall’orbita di Titano fino all’orbita di Rea e un disco di plasma, anche questo formato da idrogeno e ioni di ossigeno, che si estende dall’orbita di Teti fino quasi all’orbita di Titano.

Urano

Solo grazie alla sonda Voyager 2 è stato possibile scoprire l’esistenza del campo magnetico di Urano con una intensità 50 volte maggiore quella del campo magnetico terrestre, in conseguenza della sua rapida rotazione. La sua principale caratteristica è quella di essere inclinato di 55° rispetto all’asse di rotazione mentre per tutti gli altri pianeti lo stesso angolo non supera mai i 10°. Ne consegue che i poli magnetici invece di trovarsi (come ad esempio sulla Terra) ai poli nord e sud si trovano vicini all’equatore. Come per gli altri pianeti l’origine del campo magnetico è dovuta all’effetto dinamo causato dalla rapida rotazione dei fluidi negli strati interni. La magnetosfera di Urano non presenta proprietà particolari, rispetto a quelle degli altri pianeti, salvo il fatto che tutti i satelliti e gli anelli passano attraverso di essa che ruota con lo stesso periodo del pianeta. È possibile che il campo magnetico di Urano sia in parte di origine fossile ed in parte di origine interna. In altri termini in esso si troverebbe traccia del campo magnetico presente nella nebulosa da cui ha tratto origine il Sistema Solare. (stelle.bo.astro.it/archivio).

Nettuno

Viaggiando verso Nettuno il Voyager 2, poco prima dell’arrivo in prossimità del pianeta, registrò impulsi radio che si ripetevano ogni 16.11 ore. Si trattava di emissione radio dovuta alle particelle cariche intrappolate nel campo magnetico di Nettuno. La periodicità di 16.11 ore rappresentava il vero periodo di rotazione del pianeta (poi confermato dalle osservazioni dei dettagli visibili sulla superficie del pianeta). Il campo magnetico di Nettuno è inclinato di 47° rispetto all’asse di rotazione. Ne consegue che la sorgente del campo magnetico non si trova al centro del pianeta ma molto spostata, quasi a metà tra centro e superficie. Questi risultati suggeriscono che il campo magnetico sia originato all’interno di un mantello fluido che circola attorno ad un nucleo solido. L’intensità è circa la metà del campo magnetico di Urano. Nella magnetosfera le particelle cariche hanno una densità minore di 2 particelle per cm3 mentre per Urano è di 6 particelle per cm3 e per Giove di 6000 particelle per cm3. (stelle.bo.astro.it/archivio)

 

Lo sguardo dell’aragosta

Un’ottica grandangolare per scrutare le emissioni di raggi X molli generate nell’incontro di vento solare e gas neutro: NASA mette insieme un gruppo di ricerca internazionale per guardare in modo nuovo ai cieli di Terra, Luna, Marte, Venere e comete. Il vento solare – cioè, il flusso di elettroni e protoni elettricamente carichi che viene rilasciate dal l’atmosfera superiore del Sole – è una costante nel nostro Sistema Solare e, in generale, non rappresenta una preoccupazione per le attività umane. Tuttavia, a volte possono verificarsi sul Sole grandi esplosioni che innescano un forte flusso di vento solare. Se il flusso è diretto verso la Terra può dare origine a una vera e propria bufera magnetica, potenzialmente in grado di interrompere segnali radio e sistemi elettronici, mettendo a rischio telecomunicazioni, GPS, trasporto aereo, ma anche infrastrutture terrestri come le reti elettriche. Noi ce ne stiamo tranquilli al riparo del nostro “scudo”, il campo magnetico magnetico, ma cosa succede là fuori? Basta una folata un po’ più intensa perché manufatti tecnologici ed esperimenti sofisticati possano venire definitivamente compromessi. È da queste considerazioni che nasce il gruppo di ricerca internazionale a guida NASA che ha portato all’ideazione del Lobster Eye Imager, uno strumento capace di rilevare le emissioni di raggi X molli generate nell’incontro di vento solare e gas neutro. Si tratta di un progetto del tutto nuovo e che sfrutta un’ottica a “occhio di aragosta”, o almeno così viene definita nell’articolo appena pubblicato dal gruppo di ricerca su Review of Scientific Instruments, la rivista di AIP Publishing. A ispirare la realizzazione del nuovo strumento le simulazioni create dieci anni orsono da Tom Cravens e Ina Robertson nei laboratori dell’Università del Kansas, entrambi coinvolti nell’attuale progetto. Simulazioni che dimostrarono come sia possibile rilevare in radiazione X molle l’interazione tra vento solare e atmosfera residua al livello della magnetosfera terrestre. Il flusso di elettroni e protoni fortemente ionizzato interagisce con il gas neutro presente a livello del nostro campo magnetico e produce un’emissione di radiazione X molle. Proprio il tipo di emissioni per cui il Lobster Eye Imager è stato progettato. E questo tipo di emissioni potrebbero facilmente essere individuate anche su Luna, Marte, Venere e comete, contribuendo a una mappatura più completa dell’azione del vento solare.
di Davide Coero Borga (INAF)

Sotto quale Sole si sviluppa la vita?

Allo scopo di semplificare la comprensione dei complessi processi biologici che governano un ipotetico sistema di pianeti simili alla Terra, un gruppo di astronomi ha sviluppato dei modelli digitali per analizzare l’effetto della radiazione ultravioletta che irradia gli stessi esopianeti mentre ruotano attorno ai propri soli. Il relativo articolo scientifico è stato pubblicato recentemente sull’Astrophysical Journal. «A seconda dell’intensità, la radiazione ultravioletta può essere utile o dannosa per lo sviluppo della vita», dice Lisa Kaltenegger della Cornell University. «Stiamo tentando di accertare il valore della radiazione ultravioletta che investe altri pianeti simili alla giovane Terra, e se esso possa essere compatibile con la vita». «Osserveremo i pianeti in tutti i loro stadi evolutivi, confrontandoli con quattro epoche campione della storia della Terra», ha detto Sarah Rugheimer, sempre della Cornell University. «Nella prossima generazione di missioni ci aspettiamo di trovare un’ampia varietà di pianeti extrasolari». Esaminando a fondo la storia della Terra, Rugheimer e i co-autori dello studio, hanno modellato la prima epoca, un mondo pre-biotico con un’atmosfera costituita per la maggior parte di anidride carbonica, simile a quella della Terra di 3,9 miliardi di anni fa. La seconda epoca, che risale a circa 2 miliardi di anni fa, avrebbe generato la prima piccola quantità di ossigeno, in quanto era presente una biosfera attiva e la possibilità di realizzare il processo di biosintesi. La percentuale di ossigeno sarebbe poi cresciuta dai primi cianobatteri fino a raggiungere una concentrazione pari all’1% di quella attuale. «Sia l’intensità che il tipo di radiazione ultravioletta determinano conseguenze biologiche specifiche», ha detto Rugheimer. «Oltre a calcolare il valore totale della radiazione, ci occupiamo di valutare quali lunghezze d’onda siano più dannose per il DNA e le altre biomolecole». La vita pluricellulare cominciò circa 800 milioni di anni fa, periodo sul quale il gruppo ha modellato una terza epoca, in cui l’ossigeno raggiunge il 10% della concentrazione attuale. La quarta epoca corrisponde alla Terra moderna, con i livelli correnti di ossigeno in atmosfera e una percentuale di anidride carbonica pari a circa 355 parti per milione. I ricercatori hanno osservato che in tutte le epoche successive alla comparsa dell’ossigeno, sia le stelle più calde che le stelle più fredde presentano una radiazione biologicamente meno efficace. Nel caso delle stelle calde, questo è dovuto all’incremento della concentrazione di ozono che protegge gli ambienti da un’eccessiva attività ultravioletta; nel caso delle stelle fredde, è dovuto a una carenza di flusso UV assoluto. Rugheimer ha spiegato che l’astrobiologia affascina i ricercatori di molte discipline, sottolineando che questo lavoro «fornisce un collegamento tra le condizioni astrofisiche che ci aspettiamo di trovare su altri pianeti e gli esperimenti sull’origine della vita condotti qui sulla Terra».
di Martina Fantini (INAF)

I vulcani portano la vita?

Da anni ormai gli esperti credono che un’intensa attività vulcanica legata all’esistenza delle placche tettoniche porti un pianeta extrasolare a essere un buon candidato per ospitare (o aver ospitato) la vita. È proprio il nucleo caldo (si raggiungono temperature altissime) e le attività sotterranee che permetterebbero ai mattoni essenziali per la vita di formarsi e svilupparsi (come è accaduto sulla Terra). Ogni giorno gli astronomi scrutano il cielo alla ricerca di pianeti ospitali per la vita come la conosciamo noi. La “caccia al tesoro” non è una passeggiata, perché molto spesso le ricerche vanno a vuoto e si fanno dei gran “buchi nell’acqua”. Per questo gli esperti devono porsi dei target ben precisi, devono conoscere esattamente cosa andare a cercare e come. In questo caso un gruppo di ricercatori dell’Università di Washington ha trovato un modo per localizzare l’attività vulcanica proprio nelle atmosfere degli esopianeti  con il metodo del transito, quando passano cioé davanti alla loro stella madre bloccandone la luce. I risultati, pubblicati di recente sulla rivista Astrobiology, sono utili sia nella scelta di quali “mondi alieni” scegliere per futuri studi, ma anche per capire – un giorno – se questi candidati sono abitabili e se mai siano stati abitati. Come detto, il vulcanismo è un fattore chiave affinché un pianeta venga inserito nell’albo d’oro dei mondi abitabili e quindi interessanti per noi terrestri, perché il degassamento vulcanico (fenomeno che si può ammirare anche sulla Terra) aiuta a mantenere delle temperature miti in superficie, moderando e regolando anche l’atmosfera con il circolo dei gas (come l’anidride carbonica) dal mantello. Amit Misra  ha raccontato che l’idea dello studio è partita dalla ricerca di placche (o zolle) tettoniche su mondi lontani dal nostro. Proprio il modello della tettonica delle placche è considerato da molti un aiuto all’origine della vita (per alcuni è proprio il fenomeno che ha dato il via alla nostra vita) perché permette il ricircolo e riciclo dei materiali dall’atmosfera al sottosuolo. Al vaglio degli studenti sono passati diversi modelli per prevedere se alcuni esopianeti abbiano o meno zolle tettoniche, ma in passato è stato fatto poco in questo campo. I ricercatori hanno quindi dovuto creare un nuovo modello, da zero. Misra ha spiegato: «Mi è venuta l’idea di guardare le eruzioni vulcaniche esplosive come un “sostituto” della tettonica a zolle. Avevo già lavorato a diversi aerosol prodotti dalle eruzioni vulcaniche per altri progetti, così ho iniziato a cercare in che modo si potrebbe rilevare un’eruzione e che cosa ci potrebbe dire». Gli studenti hanno quindi usato i dati raccolti sulla Terra per predire il comportamento delle eruzioni su pianeti terrestri (quindi rocciosi) lontani: le eruzioni vulcaniche esplosive di solito si verificano ai bordi delle placche tettoniche, per questo vengono prese come indicatori su altri pianeti. Durante le eruzioni vulcaniche i gas vengono lanciati verso l’atmosfera «interessando notevolmente lo spettro del pianeta», ha detto il primo autore dello studio. Questi segnali, in futuro, saranno perfettamente visibili con strumenti come il James Webb Space Telescope, il cui lancio è previsto per il 2018. Nonostante queste teorie, la pratica potrebbe essere diversa. Misra ha tenuto a spiegare che la connessione tra le eruzioni vulcaniche e la tettonica delle placche esiste sicuramente sulla Terra, ma non ne possono essere ancora certi quando si parla di pianeti extrasolari (per adesso osservabili solo da molto lontano o studiati addirittura con modelli al computer). In ogni caso l’attività vulcaniche possono dirci molto, come anche i flussi di aerosol. «Se possiamo rilevare un’eruzione vulcanica su un altro pianeta nella zona abitabile, questo può entrare nella lista dei target potenziali dove cercare la vita». Come detto, i risultati potrebbero anche dire agli astronomi se un pianeta è mai stato abitato da qualche forma di vita microbica. Questo studiando il comportamento l’ossigeno e i tipi di ossigeno presenti sul pianeta. Misra ha sottolineato che il vulcanismo può aiutare a distinguere tra l’ossigeno prodotto da esseri viventi e quello prodotto da altri processi planetari.
di Eleonora Ferroni (INAF)

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