La missione Cassini nel sistema di Saturno ha osservato fessurazioni superficiali sulla luna Encelado uniche nel nostro Sistema Solare che eruttano perpetuamente ghiaccio d’acqua dal suo oceano sotterraneo globale; queste eruzioni appaiono dallo spazio come “strisce” parallele, equamente distanziate lunghe circa 130 chilometri e distanti tra loro 35 chilometri.

Una nuova ricerca condotta da Doug Hemingway con il Carnegie Institute for Science rivela la fisica che governa le fessure attraverso le quali l’acqua dell’oceano esplode dalla superficie ghiacciata della luna, dando al suo polo sud un aspetto insolito a “striscia di tigre“.

Lavorando con Max Rudolph dell’Università della California, Davis e Michael Manga dell’UC Berkeley, Hemingway ha utilizzato modelli per indagare sulle forze fisiche che agiscono su Encelado che consentono alle fessure della banda di tigre di formarsi e rimanere al loro posto. I risultati della loro ricerca sono stati pubblicati da Nature Astronomy.

Il team era particolarmente interessato a capire perché le strisce sono presenti solo sul polo sud della luna, ma erano anche desiderosi di capire perché le fessure sono così uniformemente distanziate.

La risposta alla prima domanda risulta essere un po’ un lancio di monete. I ricercatori hanno rivelato che le fessure che compongono le strisce di tigre di Encelado potrebbero formarsi su entrambi i poli, solo che il polo sud si è appena aperto per primo.

Encelado gode di un riscaldamento interno a causa dell’eccentricità della sua orbita. A volte è un po’ più vicino a Saturno e talvolta più lontano, il che fa deformare leggermente la luna sotto l’azione della gravità del pianeta gigante. È questo processo che impedisce alla luna di congelarsi completamente in una solida palla di ghiaccio.

La chiave che spiega la formazione delle fessure è il fatto che i poli della luna subiscono i maggiori effetti di questa deformazione indotta gravitazionalmente, quindi la calotta glaciale è più sottile su di loro.

Durante i periodi di raffreddamento graduale su Encelado, parte dell’oceano sotterraneo della luna si congela. Poiché l’acqua si espande mentre si congela, mentre la crosta ghiacciata si addensa dal basso, la pressione nell’oceano sottostante aumenta fino a quando il guscio di ghiaccio alla fine si spaccherà, creando una fessura. A causa del loro ghiaccio relativamente sottile, ai poli si creano più facilmente le crepe.

I ricercatori ritengono che la fenditura che prende il nome dalla città di Baghdad sia stata la prima a formarsi (le strisce prendono il nome da luoghi che fanno riferimento alle storie delle Mille e una notte, che sono anche chiamate Arabian Nights). Questa fenditura non si è ricongelata ma è rimasta aperta, permettendo all’acqua dell’oceano di eruttare dal crepaccio causando la formazione di altre tre crepe parallele.

“Il nostro modello spiega la spaziatura regolare delle crepe“, ha detto Rudolph.

Le ulteriori spaccature sono formate dal peso del ghiaccio e della neve che si accumulano lungo i bordi della fessura di Baghdad mentre i getti d’acqua dell’oceano sotterraneo si congelavano e ricadevano sulla superficie. Questo peso ha aggiunto un nuovo tipo di pressione sulla calotta glaciale.

“Ciò ha causato la flessione della calotta glaciale quanto bastava per innescare una crepa parallela a circa 35 chilometri di distanza“, ha aggiunto Rudolph.

Che le fessure rimangano aperte ed eruttino è anche dovuto agli effetti delle maree gravitazionali di Saturno. La continua deformazione della luna impedisce alla ferita di guarire – allargando e restringendo ripetutamente le fessure spingendo l’acqua dentro e fuori da esse – impedendo al ghiaccio di richiudersi.

Se questa luna di Saturno fosse più grande, la sua maggiore gravità impedirebbe alle fratture aggiuntive di aprirsi completamente. Quindi, fratture come queste possono formarsi esclusivamente su Encelado.

“Poiché è grazie a queste fessure che siamo stati in grado di campionare e studiare l’oceano sotterraneo di Encelado, che è amato dagli astrobiologi, abbiamo pensato che fosse importante comprendere le forze che le formavano e le sostenevano“, ha affermato Hemingway. “La nostra modellazione degli effetti fisici sperimentati dal guscio ghiacciato della luna punta a una sequenza potenzialmente unica di eventi e processi che potrebbero consentire l’esistenza di queste strisce distintive“.

Fonte: fratture parallele a cascata su Encelado, Nature Astronomy (2019). DOI: 10.1038 / s41550-019-0958-x, https://nature.com/articles/s41550-019-0958-x

The Daily Galaxy, Peter Field via Carnegie Institute for Science, Nature, arXiv.org

La fusione di due buchi neri rilascia un’enorme quantità di energia. Questa energia è stata misurata dal LIGO per la prima volta nel 2015.

LIGO è un osservatorio interferometro laser di onde gravitazionali ideato, appunto, per il rilevamento delle onde gravitazionali. La fusione di due buchi neri rilascia un’energia pari a tre masse solari emesse sotto forma di onde gravitazionali.

Le onde gravitazionali, però, interagiscono molto debolmente con la materia e per sentirne gli effetti dovremo essere molto vicini a due buchi neri che si fondono in un unico oggetto, rilevarle è molto difficile.

Le onde gravitazionali sono increspature nella struttura dello spaziotempo e, come un’onda elettromagnetica permette di risalire alle vibrazioni del campo elettromagnetico che l’hanno prodotta, le onde gravitazionali permettono di rilevare la distorsione dello spazio-tempo, stirato e compresso dalle perturbazioni della forza di gravità mentre si propagano.

Quando un’onda gravitazionale attraversa un oggetto, le posizioni relative delle particelle che lo compongono mutano leggermente, ed è grazie a quegli spostamenti che è possibile rilevare tali fuggevoli onde.

Lo spostamento è infinitesimale, per questo LIGO ne misura lo spostamento con coppie di specchi posti a 4 chilometri di distanza. Quando un’onda gravitazionale interferisce con LIGO gli specchi si spostano di solo pochi millesimi della larghezza di un protone.

LIGO è in grado di misurare questa distanza mediante un processo chiamato interferometria laser.

La luce ha proprietà ondulatorie, cioè il fotone o il quanto si comporta sia come una particella, sia come un’onda, quindi quando due fasci di luce si sovrappongono, si combinano come onde.

Se le onde della luce si allineano o sono “in fase”, si sovrappongono per diventare più luminose. Se invece le onde sono fuori fase, si annullano e si attenuano.

Quindi LIGO inizia rilevando un raggio di luce che è in fase, lo divide, inviando un raggio lungo un braccio del complesso e un raggio lungo l’altro, LIGO è composto da due bracci a 90° che si incontrano in un punto.

I raggi rimbalzano ciascuno su uno specchio a 4 chilometri di distanza, quindi ritornano per unirsi in un singolo raggio captato da un rivelatore. Se la distanza di uno specchio cambia, cambia anche la luminosità della luce combinata.

La lunghezza d’onda della luce è dell’ordine di un micrometro, ma le onde gravitazionali spostano gli specchi solo di un trilione di quella frazione. Per questo LIGO fa viaggiare ogni raggio avanti e indietro lungo un braccio centinaia di volte prima che si combinino aumentando notevolmente la sua sensibilità ma creando anche altri problemi.

Per funzionare correttamente, gli specchi del LIGO devono essere isolati da eventuali vibrazioni di fondo causate dal suolo e dagli strumenti vicini. Per questo motivo gli specchi sono sospesi da sottili fili di vetro. L’intero sistema deve inoltre essere messo nel vuoto: il rivelatore è così sensibile che le molecole d’aria che attraversassero i fasci di luce verrebbero captate come rumore di fondo e questo interferirebbe con le misurazioni falsandole. La pressione dell’aria all’interno della camera a vuoto di LIGO è inferiore a un trilionesimo di atmosfera, che è inferiore alla pressione esistente nello spazio intergalattico, un vuoto quasi perfetto.

LIGO è un sistema a vuoto isolato in cui l’unica forza che può spostare gli specchi è la gravità stessa. Non è perfetto, ma è al limite delle capacità ingegneristiche umane. LIGO è una macchina straordinaria, e se il rilevatore fosse isolato alla perfezione continuerebbe a captare il rumore. Il sistema è così sensibile che può rilevare fluttuazioni quantistiche nello spazio vuoto.

Una proprietà dei sistemi quantistici è che non possono mai essere completamente bloccati visto che non possono eludere il principio di indeterminazione di Heisenberg.

Questo vale anche per il vuoto.

Ciò significa che le fluttuazioni quantistiche compaiono nel vuoto. Mentre i fotoni viaggiano attraverso queste fluttuazioni, vengono spinti un po’. Ciò rende i fasci di luce leggermente sfasati.

Ma l’indeterminazione quantistica è una cosa apparentemente strana che non vediamo nel vivere quotidiano. Sebbene gli aspetti di un sistema quantistico siano sempre incerti, parti di esso possono essere estremamente precisi.

Il problema è che se si rende una parte più precisa, un’altra parte diventa meno precisa. Per la luce, ciò significa che è possibile mantenere più allineata la fase del raggio rendendo più incerta la luminosità della luce. Questo è noto come luce schiacciata perché si riduce un’incertezza più piccola a scapito di un’altra.

Questo stato di luce schiacciata viene ottenuto attraverso un oscillatore parametrico ottico. che fondamentalmente è composto da una serie di specchi attorno a un tipo speciale di cristallo. Quando la luce passa attraverso il cristallo, minimizza le fluttuazioni di fase. Le fluttuazioni di ampiezza aumentano, ma è la fase che conta di più per i rivelatori LIGO.

Con questo aggiornamento, la sensibilità di LIGO dovrebbe raddoppiare. Ciò aiuterà gli astronomi a vedere più chiaramente le fusioni dei buchi neri. Potrebbe anche consentire a LIGO di vedere nuovi tipi di fusioni, più deboli o più lontani di quanto abbiamo mai osservato prima d’oggi.

Fonte: Universe Today; MIT News

Siamo abituati a guardare la Luna dalla Terra e, spesso, lo facciamo senza pensare che la luce della Luna passa attraverso la nostra atmosfera. Questo crea una certa interferenza che impedisce di calcolare con una precisione superiore al 97% la quantità di luce solare riflessa dalla superficie lunare, una misura chiamata irradianza spettrale.

Ora gli scienziati hanno escogitato un sistema per ovviare a questo interferenza: useranno un aereo della NASA che si porterà fino a 21,3 chilometri di quota, in piena stratosfera, uno strato meno denso della troposfera sottostante, che genera in pratica il 95% delle interferenze, in questo modo avremo immagini molto più nitide della superficie lunare.

Gli scienziati del National Institute of Standards and Technology (NIST) della NASA, degli Stati Uniti Geological Survey (USGS) e dell’Università di Guelph sperano che questo nuovo sistema possa portare l’accuratezza delle loro misurazioni oltre il 99 percento.

La missione, chiamata Airborne Lunar Spectral Irradiance Mission (air-LUSI), ha già condotto una serie di voli a bordo dell’aereo ER-2 a metà novembre.

Tuttavia non si lavora solo per migliorare la capacità di captare la luminosità della Luna ma i dati ricavati potrebbero avere altri utilizzi, ad esempio calibrare i satelliti che si trovano in orbita terrestre e monitorare il pianeta sottostante. Questi possono essere satelliti meteorologici o satelliti ambientali, usati per tracciare colture, siccità e persino fioriture di alghe.

Per calibrare i loro sensori, questi satelliti acquisiscono un’immagine di una sorgente con luminosità nota e confrontano quell’immagine con altre della sorgente precedentemente utilizzate. Se la nuova immagine non è coerente con la luminosità nota della sorgente, gli strumenti a bordo del satellite si attiveranno per ricalibrare il sensore o regolarne la sensibilità.

Per questo molti satelliti sono dotati di uno strumento chiamato pannello diffusore solare. La luce del sole si riflette sul diffusore, luce che il satellite utilizza per la calibrazione.

Ma non è cosi semplice, da un lato i diffusori nello spazio, non protetti dall’atmosfera, con il tempo si degradano, dall’altro, nello spazio la Luna riflette la luce solare in modo più stabile e la sua luminosità è più simile alla Terra, per questo, in teoria, la Luna sarebbe la fonte di calibrazione perfetta.

Essenzialmente, servirebbe conoscere le posizioni relative di Terra, Luna e satellite per essere in grado di prevedere la luminosità della Luna, avendo misurazioni accurate per l’irradiazione spettrale o la quantità di energia per unità di area in una larghezza di banda di lunghezza d’onda separata.

Quindi, in una serie di voli a bordo del piano ER-2, il team ha effettuato misurazioni della luce lunare attraverso l’intero spettro visibile e nello spettro del vicino infrarosso, da 380 a 1.000 nanometri. Ogni larghezza di banda misurata era larga solo pochi nanometri, al fine di creare un profilo di luminosità lunare molto dettagliato.

Il team sta ancora analizzando quei dati, che sono solo una parte del quadro. Il volo è stato effettuato in giorni ravvicinati e ha fornito solo una piccola istantanea della Luna, che varia in luminosità da un particolare punto di osservazione in base alla sua fase e alla sua posizione relativa rispetto al Sole e alla Terra, che si trova su un Ciclo di 19 anni.

Saranno necessari più voli, probabilmente per un periodo che va da tre a cinque anni, al fine di costruire un modello solido e affidabile della luminosità della Luna nel tempo.

Prima di effettuare i voli per la raccolta dei dati, il team ha escogitato un metodo per caratterizzare l’interferenza atmosferica, in modo che possa essenzialmente essere sottratto dalle osservazioni lunari.

Stanno ancora andando avanti con le osservazioni sulla raccolta di dati presso l’Osservatorio di Mauna Loa alle Hawaii.

Le osservazioni ER-2 aiuteranno sicuramente a perfezionare il modello usato per quell’esperimento; in cambio, le osservazioni di Mauna Loa si aggiungeranno in modo significativo al pool di dati e, naturalmente, più dati verranno raccolti, più accurati saranno i risultati.

Ormai la Luna non può più nascondersi.

Fonte: Science Alert

Una cometa proveniente da un’altra stella toccherà il punto della sua traiettoria più vicino al nostro sole l’8 dicembre.

Conosciuta come 2I / Borisov, è la prima cometa ad essere riconosciuta come proveniente dallo spazio interstellare. Ma nonostante le sue origini aliene, gli astronomi sembrano trovarla piuttosto familiare.

“2I / Borisov è una cometa molto simile a quelle che abbiamo nel nostro sistema solare“, afferma Michael Bannister, astronomo planetario della Queen’s University di Belfast. Qualunque sia il sistema planetario in cui si è formata, “è molto simile al nostro“.

2I / Borisov è stata avvistata per la prima volta da un astronomo dilettante di nome Gennady Borisov nello scorso agosto. Gli astronomi, poi, hanno rapidamente individuato e studiato a loro volta la cometa, stabilendo, per via della sua traiettoria, che non proviene dal nostro sistema solare. Molte comete del sistema solare si trovano nella cosiddetta Nube di Oort, una regione da 30 a 50 volte più lontana dal sole rispetto all’orbita terrestre. 2I / Borisov, indubbiamente, proviene dallo spazio profondo.

Ye Quanzhi, dell’Università del Maryland, è uno dei tanti astronomi che cercano di capire da dove proviene. Lui e i suoi colleghi stanno studiando la cometa, provando a seguirne a ritroso la traiettoria e quindi a capire quale sia l’ultima stella che ha visitato.

“L’universo è grande, quindi possiamo solo speculare“, sostiene Ye.

Bannister afferma che 2I / Borisov probabilmente si è formata attorno a un’altra stella in un sistema molto, molto lontano.

Sebbene non sappiamo esattamente come si formano le comete, si pensa che derivino dalle stesse nuvole primordiali che formano pianeti e asteroidi, spiega Bannister.

“Puoi pensare a [una cometa] come a una palla di ghiaccio polveroso o ad una palla di polvere ghiacciata“, dice. I sistemi stellari possono generare migliaia di miliardi di comete, alcune delle quali vengono espulse nello spazio profondo. Bannister afferma che Borisov è probabilmente uno di quei vagabondi.

Ma per qualcosa che ha viaggiato per, potenzialmente, eoni attraverso la galassia, questa cometa sembra avere lo stesso ghiaccio d’acqua e altri componenti chimici delle comete nate nel nostro sistema solare. “Ciò significa che c’è qualcosa di universale nell’universo“, commenta Ye.

Le stesse forze cosmiche che hanno formato il nostro sistema solare, e tutte le comete al suo interno, sembrano funzionare altrove. Certo, non c’è ancora modo di sapere se quelle forze hanno anche creato anche altri pianeti come la Terra, o altre forme di vita. In ogni caso, 2I / Borisov sembra suggerire che il nostro sistema solare probabilmente non è unico.

L’8 dicembre 2I / Borisov toccherà il punto della sua traiettoria più vicino al Sole, quindi inzierà ad allontanarsi per tornare verso il gelo dello spazio interstellare, verso la prossima stella.

“Se ne andrà“, dice Ye. “È come avere incontrato qualcuno ed essere abbastanza sicuri di non vederlo mai più“.

Anche se i nostri percorsi si sono incrociati solo brevemente, sembra che gli astronomi abbiano trovato qualcosa in comune con la cometa Borisov. “In questo momento c’è almeno una stella, da qualche parte nello spazio, in cui si svolge una chimica uguale a quella che avviene nel nostro sistema solare“, dice Bannister. “Ci sta dicendo che abbiamo una grande comunanza con tutto il resto della galassia“.

Fonte: NPR.com