Plutone e Caronte: i mondi transnettuniani con complessità e atmosfera attiva

Quando la sonda New Horizons sorvolò Plutone e Caronte nel 2015, svelò due mondi di incredibile complessità, rivelando anche un’atmosfera attiva su Plutone. Queste immagini iniziali hanno completamente ridefinito la nostra comprensione del sistema.

L’Atmosfera unica di Plutone: nuove scoperte dal JWST

Le osservazioni più recenti, condotte con il telescopio spaziale James Webb (JWST) nel 2022 e nel 2023, hanno rivelato che la sua atmosfera è profondamente diversa da qualsiasi altra nel sistema solare. La sua composizione è una complessa miscela di azoto, metano e monossido di carbonio, caratterizzata dalla presenza di particelle di foschia che si muovono verticalmente, salendo e scendendo a seconda dei cicli di riscaldamento e raffreddamento. Ciò che rende questa atmosfera così insolita, secondo i dati del JWST, è il modo in cui queste particelle di foschia controllano il bilancio energetico, riscaldandosi e raffreddandosi in un modo che non è stato osservato su altri pianeti del sistema solare.

Queste osservazioni rivoluzionarie sono state ispirate da un’idea proposta nel 2017 dall’astronomo Xi Zhang dell’Università della California – Santa Cruz. Zhang stesso ha definito la sua teoria “un’idea folle”. Tuttavia, lui e i suoi coautori erano abbastanza fiduciosi da prevedere che, se la foschia stesse effettivamente raffreddando Plutone, avrebbe dovuto emettere una forte radiazione infrarossa media. In tal caso, un telescopio sensibile all’infrarosso avrebbe dovuto essere in grado di “vedere” questo fenomeno. Incoraggiato da questa previsione, un team di astronomi guidato da Tanguy Bertrand dell’Osservatorio di Parigi ha utilizzato il JWST proprio per studiare il ruolo della foschia nel suo bilancio termico atmosferico.

La conferma della previsione di Zhang è stata accolta con grande entusiasmo. “Eravamo davvero orgogliosi, perché ha confermato la nostra previsione“, ha affermato Zhang: “Nella scienza planetaria, non è comune che un’ipotesi venga confermata così rapidamente, nel giro di pochi anni. Quindi ci sentiamo molto fortunati ed entusiasti“. Questa scoperta sottolinea l’importanza delle osservazioni a infrarossi per comprendere le dinamiche atmosferiche dei corpi celesti lontani.

Dinamiche termiche e migrazione del ghiaccio

Nel 2022, le osservazioni del JWST su Plutone e Caronte si sono concentrate sulla foschia e sull’atmosfera di Plutone utilizzando lo strumento MIRI. In quell’occasione, sono state effettuate misurazioni a 18, 21 e 25 micron su entrambi i corpi celesti. Tuttavia, per ottenere una comprensione più completa dell’attività atmosferica di Plutone, gli scienziati hanno desiderato raccogliere dati esclusivamente sulla sua atmosfera. Così, nel 2023, il MIRI ha focalizzato la sua attenzione su Plutone, fornendo dati atmosferici e sulla foschia nell’infrarosso medio (4,9-27 micron). Questo ha permesso agli scienziati di ottenere un quadro più dettagliato dei suoi cambiamenti atmosferici e dell’attività.

I risultati di queste osservazioni hanno messo in luce variazioni nella radiazione termica superficiale – essenzialmente cambiamenti di temperatura – sia su Plutone che su Caronte durante le loro rotazioni. Confrontando questi dati con i modelli termici dei due mondi, i ricercatori sono stati in grado di imporre rigidi vincoli sull’inerzia termica, l’emissività e la temperatura di diverse regioni di Plutone e Caronte. Queste proprietà sono fondamentali per determinare la distribuzione globale del ghiaccio su Plutone e guidano il trasferimento di materiale da Plutone a Caronte.

I cicli stagionali della distribuzione del ghiaccio volatile sulla superficie di Plutone provocano una migrazione dei depositi di ghiaccio. È quasi come se vari depositi di ghiaccio venissero “raccolti” e poi ridistribuiti altrove. Parte di questo materiale viene addirittura strappato completamente da Plutone e depositato su Caronte. A quanto ne sanno gli scienziati, questo fenomeno non si verifica in nessun altro luogo del nostro Sistema Solare.

Implicazioni per gli altri corpi celesti

Secondo Xi Zhang, Plutone è un oggetto di studio particolarmente interessante. Inoltre, le sue peculiarità possono offrirci spunti preziosi sull’atmosfera primordiale della Terra, che era composta quasi interamente da azoto e una miscela di idrocarburi: “Studiando la sua foschia e la chimica, potremmo ottenere nuove informazioni sulle condizioni che hanno reso abitabile la Terra primordiale“, ha affermato.

Gli studi condotti con il JWST rappresentano solo un primo passo verso la comprensione della complessa interazione all’interno della sua atmosfera e del suo contributo ai materiali ritrovati su 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.

Non si tratta solo di Plutone: sappiamo che anche Tritone, la luna di Nettuno, e Titano, la luna di Saturno, possiedono atmosfere simili, ricche di azoto, idrocarburi e particelle di foschia. Di conseguenza, dobbiamo riconsiderare anche il ruolo di queste atmosfere nel contesto più ampio del Sistema Solare.

Lo studio è stato pubblicato su Nature Astronomy.