Le atmosfere dei giganti gassosi del sistema solare

Il nostro sistema solare è composto da una stella, il Sole, otto pianeti e da una pletora di corpi minori, pianeti nani, asteroidi, comete.
Quattro degli otto pianeti sono i cosiddetti “giganti gassosi“, Giove, il più massiccio di tutti, Saturno, il pianeta con una serie di evidenti e spettacolari anelli, Urano e Nettuno. Gli strati superiori delle atmosfere di questi quattro giganti sono caldi come gli strati superiori dell’atmosfera del nostro pianeta.
Tuttavia la Terra è relativamente vicina al Sole, distante circa 150 milioni di chilometri, mentre i giganti gassosi sono considerevolmente più lontani per giustificare il calore degli strati superiori delle loro atmosfere, per questo la fonte di calore che le scalda è stata uno dei grandi misteri della scienza.
Studi effettuati sui dati ottenuti dalla sonda spaziale Cassini della NASA spiegano cosa mantiene caldi gli strati superiori dell’atmosfera di Saturno e forse degli altri tre giganti gassosi, le aurore polari del pianeta inanellato. Le correnti elettriche, innescate dalle interazioni tra venti solari e le particelle cariche delle lune di Saturno, innescano le aurore e riscaldano l’atmosfera superiore.
Lo studio dei dati, pubblicato su Nature Astronomy, rappresenta la mappatura più completa della temperatura e della densità dell’atmosfera superiore di un gigante gassoso, una regione ancora poco compresa.
“Comprendere le dinamiche richiede davvero una visione globale. Con questo set di dati è la prima volta che siamo in grado di osservare l’atmosfera superiore da un polo all’altro, osservando come la temperatura cambia con la profondità“, ha affermato Zarah Brown, autore principale dello studio e studente laureato dell’Università dell’Arizona.
Realizzando un modello di come il calore circola nell’atmosfera, gli scienziati sono in grado di comprendere come le correnti elettriche aurorali riscaldano gli strati superiori dell’atmosfera guidando i venti di Saturno. Il sistema eolico globale può distribuire questa energia, che inizialmente si deposita vicino ai poli e migra verso le regioni equatoriali, riscaldandole del doppio della temperatura prevista dal solo irraggiamento solare.
“I risultati sono fondamentali per la nostra comprensione delle atmosfere planetarie superiori e sono una parte importante dell’eredità di Cassini“, ha affermato il co-autore dello studio Tommi Koskinen, un membro del team dello Specinigraph di imaging a ultravioletti di Cassini. “Aiutano a rispondere alla domanda sul perché la parte più alta dell’atmosfera è così calda, mentre il resto dell’atmosfera, a causa della grande distanza dal Sole, è fredda“.
La Sonda Cassini è rimasta in orbita attorno a Saturno per più di 13 anni prima di esaurire la riserva di carburante. Al termine della missione la sonda è stata fatta bruciare nell’atmosfera del pianeta nel settembre 2017, per proteggere la luna Encelado da possibili contaminazioni batteriche, in quanto potrebbe avere condizioni adatte alla vita. Ma prima del suo tuffo, Cassini ha inanellato 22 orbite molto vicine a Saturno, un tour finale chiamato Grand Finale.
I dati chiave per mappare la temperatura dell’atmosfera di Saturno sono stati raccolti durante il Grand Finale. Per sei settimane, Cassini ha osservato diverse stelle luminose nelle costellazioni di Orione e Canis Major mentre passavano dietro Saturno. Mentre il veicolo spaziale osservava le stelle spostarsi dietro il pianeta gigante, gli scienziati hanno analizzato come la loro luce cambiava mentre attraversava l’atmosfera.
Grazie alle misurazioni della densità dell’atmosfera gli scienziati hanno ottenuto le informazioni necessarie per trovare le temperature. Infatti la densità diminuisce con l’altitudine e la velocità di riduzione è legata alla temperatura. Hanno scoperto che le temperature raggiungono il picco vicino alle aurore, indicando che le correnti elettriche aurorali riscaldano l’atmosfera superiore.
Queste misurazioni hanno aiutato gli scienziati a capire le velocità del vento. Comprendere l’atmosfera superiore di Saturno, dove il pianeta incontra lo spazio, è la chiave per comprendere lo spazio meteorologico e il suo impatto su altri pianeti nel nostro sistema solare e sugli esopianeti attorno ad altre stelle.
“Anche se sono stati trovati migliaia di esopianeti, solo i pianeti nel nostro sistema solare possono essere studiati in dettaglio. Grazie a Cassini, abbiamo un quadro più completo dell’atmosfera superiore di Saturno in questo momento rispetto a qualsiasi altro pianeta gigante nell’universo“, Ha detto Brown.
La missione Cassini-Huygens è stata un progetto cooperativo di NASA, dell’Agenzia spaziale europea e dell’Agenzia spaziale italiana. Il Jet Propulsion Laboratory della NASA, una divisione della Caltech a Pasadena, ha gestito la missione della direzione delle missioni scientifiche della NASA a Washington. Il JPL ha progettato, sviluppato e assemblato l’orbiter Cassini.
Fonte: Phys.org