Gli spettacolari strati di foschia blu nell’atmosfera di Plutone, catturati dalla sonda New Horizons della NASA. Immagine via NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.
Di Andrew A. Cole, Università di Tasmania
L’infausto avvertimento – “l’inverno sta arrivando”, reso popolare dalla serie fantasy “Game of Thrones” – si applica altrettanto bene a Plutone.
La tenue atmosfera del pianeta nano sembra essere sul punto di un crollo sorprendente a causa di un cambio di stagione e l’avvicinarsi di condizioni più fredde, secondo una ricerca che sarà pubblicata sulla rivista Astronomia & Astrofisica.
Svelato nel 1930, è stato solo intorno al 1980 che gli astronomi hanno iniziato a sospettare che Plutone potesse avere un’atmosfera. Quell’atmosfera fu scoperta provvisoriamente nel 1985 e pienamente confermata da osservazioni indipendenti nel 1988.
All’epoca, gli astronomi non avevano modo di sapere quali drammatici cambiamenti fossero in serbo per il sottile involucro di azoto, metano e idrocarburi del piccolo mondo.
Una coincidenza cosmica
Per una coincidenza cosmica, gli ultimi decenni del XX secolo e i primi del XXI videro anche un fortunato allineamento tra la Terra, Plutone e i densi campi stellari del lontano centro della Via Lattea.
Questa animazione unisce varie osservazioni di Plutone nel corso di diversi decenni. Immagine via NASA.
Questa coincidenza significa che Plutone passa relativamente spesso tra noi e una stella di sfondo. Quando questo accade, la sua ombra cade sulla Terra, un evento a cui gli astronomi si riferiscono come un’occultazione.
Durante un’occultazione, qualsiasi osservatorio che si trovi all’interno del percorso dell’ombra può osservare la stella che sembra scomparire quando Plutone le passa davanti, per poi riapparire quando gli allineamenti planetari cambiano. Per qualsiasi luogo sulla superficie terrestre, un’occultazione di Plutone dura al massimo un paio di minuti.
La tecnica delle occultazioni è stata ampiamente utilizzata per studiare le orbite, gli anelli, le lune, le forme e le atmosfere dei mondi del sistema solare esterno, compresi asteroidi, comete, pianeti e pianeti nani.
Confrontando ciò che gli osservatori vedono in diversi punti della Terra, si possono calcolare le dimensioni e la forma del mondo occultante. Se l’oggetto ha un’atmosfera, allora per alcuni brevi secondi, quando la luce delle stelle si spegne e poi si riaccende, la luce delle stelle può essere alterata dall’assorbimento e dalla rifrazione mentre passa attraverso l’atmosfera planetaria.
Dalle prime misurazioni di occultazione effettuate con successo negli anni ’80, una serie di osservazioni ha stabilito misure sempre più precise del raggio di Plutone, oltre a migliorare continuamente la nostra comprensione della temperatura e della pressione della sua atmosfera.
Orbita lunga e stagioni
Come la Terra, Plutone ha un ciclo stagionale dovuto all’inclinazione dei suoi poli rispetto al piano della sua orbita. Nel corso del lungo anno di Plutone – equivalente a 248 anni terrestri – prima il polo nord e poi il polo sud sono inclinati verso il sole lontano.
Un disegno del sistema solare mostra l’orbita inclinata di Plutone, che è anche più ellittica di quella dei pianeti. Immagine via NASA (modificata).
Ma a differenza della Terra, l’orbita di Plutone è allungata in una forma ellittica estrema. La sua orbita è così allungata che la sua distanza dal sole varia da 4,4 a 7,4 miliardi di chilometri (da 30 a 50 volte la distanza Terra-Sole).
Al contrario, la distanza della Terra dal sole varia solo del 3,4% in un anno. L’atmosfera di Plutone è stata scoperta poco prima che Plutone raggiungesse il suo massimo avvicinamento al sole, avvenuto nel 1989.
Dal 1989, Plutone si è ritirato dal sole. Le temperature sono diminuite di conseguenza.
Sotto pressione
Nel momento in cui Plutone ha iniziato ad allontanarsi dal sole, gli astronomi si aspettavano che questo avrebbe causato un calo della sua pressione atmosferica, più o meno come la pressione in un pneumatico dell’automobile diminuisce con il freddo e aumenta con il caldo. Al contrario, le osservazioni dal 1988-2016 hanno mostrato un aumento costante della pressione atmosferica.
Appena prima dell’arrivo della sonda New Horizons della NASA nel 2015, le misure di occultazione hanno scoperto che la pressione atmosferica su Plutone è triplicata dal 1988 (l’equivalente sulla Terra sarebbe confrontare la pressione in cima al monte Everest con quella al livello del mare).
Qual è la causa della discrepanza? Qualsiasi pensiero che le misure di occultazione fossero in errore è stato bandito dal Radio Science Experiment (REX) a bordo di New Horizons, che ha restituito misure dirette in accordo con gli osservatori sulla Terra.
La nuova ricerca ha risolto il mistero utilizzando un modello stagionale per il trasporto di gas e ghiaccio intorno alla superficie del pianeta.
Anche se Plutone si allontana dal sole ogni anno, il suo polo nord è continuamente illuminato dal sole durante questa parte della sua orbita, causando il ritorno alla fase gassosa della sua calotta di azoto.
Questo spiega il rapido aumento della pressione atmosferica negli ultimi tre decenni.
Ma la modellazione climatica mostra che questa tendenza non continuerà.
I canyon ghiacciati del polo nord di Plutone catturati dalla sonda New Horizons della NASA. Immagine via NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.
L’inverno sta davvero arrivando
Plutone continuerà ad allontanarsi dal sole fino all’anno 2113, e la debole luce solare non sarà sufficiente a riscaldare allo stesso modo le regioni polari meridionali.
Durante il lungo autunno e l’inverno settentrionale, l’atmosfera di Plutone dovrebbe collassare, schiumando sulla superficie come il ghiaccio sul parabrezza di un’auto in una limpida e fredda notte invernale.
Al suo minimo, si prevede che l’atmosfera abbia meno del cinque per cento della sua pressione attuale. La combinazione dell’avvicinamento di Plutone al Sole e della primavera dell’emisfero settentrionale non si ripeterà fino all’anno 2237.
Fino ad allora, sarà di fondamentale importanza testare la nostra comprensione dei modelli atmosferici planetari in condizioni di estrema bassa temperatura e bassa pressione attraverso continue misure di occultazione.
Ma queste opportunità diventeranno meno frequenti man mano che l’orbita di Plutone porterà la sua posizione apparente più lontana dai densi campi stellari del centro galattico che ci hanno aiutato a fare le osservazioni.
Andrew A. Cole, Senior Lecturer in Astrophysics, University of Tasmania
Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi l’articolo originale.
In fondo: Un astrofisico spiega perché Plutone sta perdendo la sua atmosfera.
I membri della comunità EarthSky – tra cui scienziati, così come scrittori di scienza e natura da tutto il mondo – pesano su ciò che è importante per loro. Foto di Robert Spurlock.