Le particelle di foschia che dominano l’atmosfera di Plutone la rendono totalmente diversa da qualsiasi altra del nostro Sistema Solare.
Le prime osservazioni di Plutone condotte dal telescopio spaziale James Webb (JWST) della NASA rivelano fenomeni spettacolari sulla sua superficie, come cicli stagionali di ridistribuzione del ghiaccio volatile sulla sua superficie e materiale che viene trascinato dalla sua strana atmosfera verso il suo satellite principale, Caronte: un’inquietante interazione che non avviene in nessun altro luogo del nostro Sistema Solare. Queste condizioni esotiche sono descritte in dettaglio in una serie di studi pubblicati da un team internazionale di ricercatori. Gli articoli più recenti confermano le ipotesi formulate per la prima volta da Xi Zhang dell’UC Santa Cruz sull’atmosfera di Plutone, basate sullo storico sorvolo della sonda spaziale New Horizons della NASA nel 2015, che ha offerto ai ricercatori l’osservazione più ravvicinata finora del curioso globo ai margini del Sistema Solare. Meno di un decennio prima, lo status di Plutone, a lungo mantenuto come pianeta a pieno titolo, era stato declassato a “pianeta nano” a causa di vari criteri cosmici che non soddisfaceva.
“Un’idea folle”
Sulla scia delle osservazioni di Plutone da parte di New Horizons, Zhang ha pubblicato un articolo nel 2017 in cui ipotizzava che l’atmosfera di Plutone fosse dominata da particelle di foschia, il che l’avrebbe resa completamente diversa dalle altre atmosfere del Sistema Solare. Zhang, professore di scienze della Terra e planetarie, ha ipotizzato che queste particelle di foschia si riscaldino e si raffreddino, controllando l’intero bilancio energetico dell’atmosfera di Plutone.
“Era un’idea folle“, ha detto Zhang, aggiungendo che molti dei suoi colleghi all’epoca avevano espresso scetticismo. Ma lui e i suoi coautori hanno anche fatto una previsione chiara nel loro articolo del 2017: se la foschia sta raffreddando Plutone, dovrebbe emettere una forte radiazione infrarossa media, e questa dovrebbe essere osservabile non appena un telescopio sufficientemente grande e potente sarà a disposizione degli astronomi.
Quel momento è arrivato il giorno di Natale del 2021, quando la NASA ha lanciato il JWST nello spazio per consentire osservazioni che avrebbero superato di gran lunga quelle effettuate dai suoi predecessori terrestri negli ultimi decenni. Zhang ha affermato che l’attuale studio del JWST è stato motivato dalla sua ipotesi del 2017. “Eravamo davvero orgogliosi, perché ha confermato la nostra previsione“, ha detto. “Nella scienza planetaria, non è comune che un’ipotesi venga confermata così rapidamente, nel giro di pochi anni. Quindi ci sentiamo piuttosto fortunati“.
Condizioni nebbiose
Il sorvolo di Plutone del 2015 ha rivelato un mondo dai paesaggi sorprendenti, caratterizzato da una topografia complessa – bacini, montagne e valli – da un’attività geologica continua, come quella dei ghiacciai ad azoto (N₂) e metano (CH₄), e da un’atmosfera chimicamente ricca di composti volatili come N₂, CH₄ e monossido di carbonio. L’atmosfera nebbiosa di Plutone si è formata grazie alla fotochimica accoppiata di metano e azoto, simile alla foschia che circonda Titano, la luna di Saturno.
Plutone e Caronte
Al contrario, è stato dimostrato che Caronte è privo di atmosfera e ha una superficie più uniforme, dominata da ghiaccio d’acqua mescolato a composti a base di ammoniaca. Si ritiene che le sue regioni polari più scure e rossastre derivino dalla cattura e dalla trasformazione chimica delle molecole di CH₄ in fuga dall’atmosfera di Plutone. Le recenti osservazioni con il JWST offrono una nuova prospettiva su questo sistema distante. Come riportato nella serie di articoli pubblicati questa primavera, per la prima volta lo strumento MIRI del telescopio ha permesso di misurare separatamente l’emissione termica nel medio infrarosso di Plutone e Caronte, sotto forma di curve di luce a 18, 21 e 25 µm.
Poi, nel maggio 2023, lo strumento ha catturato uno spettro infrarosso medio di alta qualità (4,9-27 μm) di Plutone e della sua atmosfera. Questo intervallo spettrale, precedentemente inesplorato a causa della scarsa sensibilità degli strumenti precedenti, ha rivelato un’inaspettata ricchezza chimica che ha portato a una migliore comprensione dei processi atmosferici e dell’origine dei ghiacci di Plutone.
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Indizi cosmici nascosti nella foschia
Le curve di luce del JWST hanno anche rivelato variazioni nella radiazione termica superficiale di Plutone e Caronte durante la loro rotazione. Confrontando questi dati con modelli termici, i ricercatori sono stati in grado di porre vincoli rigorosi sull’inerzia termica, l’emissività e la temperatura di diverse regioni di Plutone e Caronte. Queste proprietà sono ciò che determina la distribuzione globale del ghiaccio su Plutone e l’esodo delle molecole atmosferiche verso Caronte. I nuovi dati del JWST hanno anche confermato una seconda previsione, formulata dall’ex dottorando di Zhang, Linfeng Wan, anche lui coautore dell’articolo su Nature Astronomy. Le nuove osservazioni concordano bene con la previsione centrale del loro studio del 2023 sull’ampiezza della curva di luce rotazionale di Caronte.
“Plutone si trova in una posizione davvero unica nell’intervallo di comportamento delle atmosfere planetarie. Questo ci offre l’opportunità di ampliare la nostra comprensione del comportamento della foschia in ambienti estremi“, ha spiegato Zhang. “E non riguarda solo Plutone: sappiamo che anche Tritone, la luna di Nettuno, e Titano, la luna di Saturno, hanno atmosfere simili di azoto e idrocarburi, ricche di particelle di foschia. Quindi dobbiamo riconsiderare anche il loro ruolo“.
Ossigeno e atmosfera
E, ha aggiunto Zhang, c’è un collegamento ancora più profondo. “Prima che l’ossigeno si accumulasse nell’atmosfera terrestre, circa 2,4 miliardi di anni fa, la vita esisteva già. Ma a quel tempo, l’atmosfera terrestre era completamente diversa: niente ossigeno, principalmente azoto e molta chimica di idrocarburi“, ha detto. “Quindi, studiando la foschia e la chimica di Plutone, potremmo ottenere nuove informazioni sulle condizioni che hanno reso abitabile la Terra primordiale“.
Per saperne di più
- Leggi l’articolo originale sul sito dell’University of California – Santa Cruz
- Leggi il paper scientifico intitolato “Evidence of haze control of Pluto’s atmospheric heat balance from JWST/MIRI thermal light curves” pubblicato su Nature Astronomy
