23/06/15

L’atmosfera di Plutone *

Plutone è un residuo dei planetesimi che avevano iniziato ad accrescersi nella zona esterna al pianeta Nettuno. Non era un lavoro facile, dato che nel suo piccolo Nettuno disturbava non poco la formazione di un compagno troppo vicino. Qualunque sia stata la vera ragione (o meglio le varie ragioni) nessuno corpo celeste trans nettuniano è riuscito a compiere il lavoro necessario a diventare un pianeta a tutti gli effetti.

Dopo Nettuno abbiamo perciò una fascia enorme di corpi e frammenti planetari molto simili a quella degli asteroidi. Ciò che cambia è l’estensione e la composizione chimica. D’altra parte siamo ben più lontani dal Sole e la temperatura è di molto inferiore, tale da permettere di rendere solidi molti più composti chimici. In poche parole, da quelle parti si potevano costruire edifici con “mattoni” molto più vari rispetto a quelli a disposizione dei pianeti interni. Inoltre, in quella cintura di corpi vaganti si stabiliscono, anche se temporaneamente, le comete che provengono dalla Nube di Oort. Ma gli stessi oggetti trans nettuniani possono imitare le comete che provengono da più lontano. In fondo, sono fatte della stessa … pasta.

Plutone e il suo fido Caronte sono stati particolarmente fortunati. Hanno raggiunto dimensioni piuttosto considerevoli e sono riusciti a evitare lo scontro con il gigante Nettuno, malgrado l’orbita del piccolo pianeta incroci quella del gigante gassoso. Questa “fortuna” ha un nome ben noto: risonanza di moto medio. Nel caso particolare è la 2/3, ossia quando Plutone ha compiuto due orbite attorno al Sole, Nettuno ne ha compiuto esattamente tre. Questa ricorrenza periodica dinamica crea, a volte, un regime caotico con l’espulsione dello sventurato che ci capita dentro (vedi le risonanze più interne degli asteroidi con Giove), ma, a volte, crea un angolo di tranquillità, mantenendo sempre abbastanza lontani il gigante e il nano. La 2/3 è una di queste, come lo è anche nella fascia asteroidale (gruppo di Hilda).

Insomma, malgrado sia stato declassato a pianeta nano, il nostro Plutone ha avuto molta fortuna e può essere molto contento del suo stato attuale. Non è cosa da poco essere raggiunti da una sonda: un onore non indifferente.

Al di là del suo mini-sistema satellitare e della presenza di un  compagno di massa comparabile, Plutone ha un interesse enorme di per sé. Tutto è fuorché un mondo immobile e congelato, come la Bella Addormentata del Bosco. Molte cose capitano sulla sua superficie ghiacciata e, soprattutto sopra e sotto di essa. Il suo ghiaccio non è solo d’acqua, dato che a una temperatura di -230 °C, quasi tutto passa allo stato solido, compreso ovviamente il metano e l’ossido di carbonio. Ma sicuramente si troverà dell’altro dato che i colori della sua crosta sono molto variabili e non solo una scala anonima di grigi.

Hubble ci ha mostrato una versione "arlecchino" di Plutone, ben lontana da una monotona scala di grigi.
Hubble ci ha mostrato una versione "arlecchino" di Plutone, ben lontana da una monotona scala di grigi.

Inoltre, Plutone ha un’orbita molto eccentrica e questo è un motore fantastico per rendere attivo un mondo apparentemente immobile. Grande eccentricità vuole dire grande variazione tra punto di minima e massima distanza dal Sole. Grande variazione di distanza vuole anche dire grande variazione di temperatura (ricordiamo che il piccolo pianeta penetra abbondantemente all’interno dell’orbita di Nettuno). Possiamo pensarlo come una gigantesca cometa che cerca di mettersi in mostra quando si avvicina alla mamma stella. Il suo ghiaccio sublima e abbandona il pianeta formando un’atmosfera gassosa. Un’atmosfera transitoria che torna in gran parte a ridepositarsi sulla superficie, quando Plutone torna al di là del gigante che continua a evitare con grande destrezza.

Parliamone con maggiori dettagli. Innanzitutto: quanto si può estendere l’atmosfera di Plutone? Per poter rispondere bisogna riflettere sul significato di atmosfera. Ad esempio quella terrestre può essere definita in vari modi. Uno dei più classici, per dare una stima delle dimensioni, è lo spessore equivalente, ossia lo spessore che si otterrebbe comprimendo tutta l’atmosfera in modo da avere densità e pressione costanti, sotto particolari condizioni di temperatura. In questo contesto, l’atmosfera terrestre ha un’altezza di 10 km, ossia solo lo 0.17% del raggio del pianeta. Se, invece, andiamo ai suoi confini più esterni, quelli dell’esosfera, legati alla dinamica delle particelle che la compongono che non hanno più le caratteristiche del gas (ossia non si scontrano tra loro), ma rimangono legate gravitazionalmente alla Terra, si arriva a circa 600 km. Anche così si raggiunge solo 1/10 del raggio terrestre.

Plutone fa molto di più! Lo spessore equivalente dell’atmosfera più interna arriva fino a 40 km dal pianeta e rappresenta il 4% del suo raggio. Le cose si ingigantiscono ancora di più se consideriamo qualcosa di simile all’esosfera. Ci si spinge fino a distanze pari a sette volte il raggio di Plutone. In altra parole, il volume dell’intera atmosfera è pari a circa 350 volte quello del piccolo pianeta. Un oggetto quindi che vive protetto da un’immensa coltre gassosa, anche se estremamente rarefatta. Una struttura talmente estesa che facilmente interagisce con quella di Caronte e/o subisce effetti gravitazionali da parte del compagno. Un sistema in continuo movimento che varia con la distanza dal Sole. Insomma tutt’altro che un mondo rigido e monotono.

Atmosfere a confronto... Fonte: Michael E. Summers, New Horizons
Atmosfere a confronto... Fonte: Michael E. Summers, New Horizons

Qualcuno mi chiederà: “Ma come è stato possibile capire da terra che Plutone ha un’atmosfera così estesa e così variabile?” Beh… ne abbiamo parlato spesso. Attraverso le occultazioni stellari e anche attraverso le eclissi mutue con Caronte. La presenza e la densità dell’atmosfera si studia molto bene (si fa per dire) attraverso il modo con cui la luce della stella si spegne. Se cade di colpo non c’è atmosfera; se scema più o meno lentamente ci deve essere polvere e/o gas sospesi nello spazio attorno al corpo planetario.

Densità… bella parola. Quanto è densa quella di Plutone? Beh… ben poco, ovviamente (non pretendiamo troppo). Essa varia da 6 a 25 μbar (un milionesimo di bar). Di cosa è composta? Principalmente da azoto, ossido di carbonio e metano. Chissà che puzza!

La presenza di questo tipo di atmosfera transiente causa un anti-effetto serra, al pari della nostra sudorazione. La sublimazione del ghiaccio crea un abbassamento della temperatura superficiale. Più in alto, invece, la temperatura è maggiore (inversione termica) a causa dell’effetto serra del metano che è più concentrato a una certa altezza.

Insomma, ne vedremo delle belle, anche perché quando l’atmosfera si rideposita al suolo lo fa in modo non perfettamente ordinato e quindi ci si aspettano variazione superficiali non indifferenti come il colore di Plutone sembra confermare. Potrebbero anche crearsi nuvole, quando certe zone, quasi sempre in ombra, ricevono improvvisamente la luce del Sole. Un clima davvero interessante che forse potrebbe dare qualche informazione in più ai nostri tantissimi pseudo-climatologi televisivi.

Poche parole anche su quello che sta “sotto” la superficie di Plutone. Sono solo ipotesi, ovviamente, dato che è molto difficile “osservare” ciò che non si può vedere. Tuttavia, la densità del piccolo pianeta si deduce abbastanza bene dal volume (osservabile) e dalla massa (deducibile con le leggi di Keplero attraverso l’orbita di Caronte). Essa vale circa 2 g/cm3, il doppio di quella dell’acqua. Ne segue che Plutone deve avere un nucleo roccioso più interno e un mantello ghiacciato più esterno. Nucleo roccioso vuol dire, però, possibilità di elementi radioattivi che decadono (la presenza di potassio sembrerebbe confermare questa ipotesi). Quanto sia stato efficace il riscaldamento radioattivo non si sa e nemmeno se è ancora in funzione. Non è quindi improbabile la presenza del solito oceano liquido sotterraneo, una caratteristica sempre più frequente (almeno teoricamente) su molti satelliti dei pianeti giganti. E chissà che non vi siano ancora segnali di fuoriuscita superficiale come Tritone (non molto diverso da Plutone) ci ha mostrato.

Va bene, fermiamoci qui e aspettiamo conferme e novità dalla sonda New Horizons, sperando che ci regali informazioni di vera Scienza e non solo di quella mediatica. Poco importa se Plutone è un pianetino, un pianeta, un pianetone o un  mezzo pianeta. EGLI rimane pur sempre un meraviglioso personaggio del fantastico Infinito Teatro del Cosmo.

Un quadro riassuntivo di Plutone, confezionato dalla NASA
Un quadro riassuntivo di Plutone, confezionato dalla NASA

16 commenti

  1. peppe

    Enzo,

    questa atmosfera spessa fa sembrare come se plutone avesse voluto diventare un gigante gassoso come gli altri solo che non c'è riuscito a causa di Nettuno.

    ma il fatto che la sua orbita sia inclinata rispetto agli altri corpi è un caso?

  2. Attento Peppe,
    l'atmosfera NON è spessa, ma molto rarefatta, ben diversa come origine da quella dei giganti (atmosfera essenzialmente di idrogeno primordiale). L'inclinazione orbitale non è una stranezza nella zona transnettuniana e serve anch'essa a salvare gli oggetti da urti reciproci. Diciamo meglio: si sono salvati quelli che riuscivano a evitare gli altri...

  3. Diego

    Enzo visto che siamo in argomento ho letto che a quanto pare non tutta l'atmosfera composta da azoto, metano, monossido di carbonio si rideposita sul suolo quando l'orbita raggiunge l'afelio, ma una parte "resiste" nonostante l'abbassamento notevole della temperatura dovuta all'orbita estremamente eccentrica di Plutone.
    Una probabile risposta potrebbe essere l'estrema rarefazione dei gas in quota, solo la parte più "densa" o meglio quella che più facilmente riesce ad interagire e a disperdere l'energia ricevuta raffreddandosi si deposita il resto del gas quello appunto estremamente rarefatto non riesce ad interagire a livello molecolare e mantiene una carica energetica radiativa e quindi questo gas si mantiene in equilibrio termodinamico. :roll:
    Non sto dicendo che c'è qualcosa di errato nella termodinamica ordinaria solamente che,in situazioni estreme come quelle che si riscontrano sulle parti superiori delle atmosfere dei pianeti non viene ben rappresenta la relazione che esiste tra l'energia media e la temperatura di equilibrio di un corpo solido. :roll:
    Il fatto che le particelle di plasma o di un gas molto rarefatto, vedi anche la termosfera terrestre, siano più calde del normale lascia capire che qualcosa di molto caratteristico deve avvenire anche con le rare particelle che esistono nel cosmo. :roll:
    Si potrebbe chiamarla "temperatura radiativa", poiché il suo valore in condizione di equilibrio è determinato solo dalla radiazione in condizioni di sbilancio tra ricezione ed emissione e questo potrebbe essere una spiegazione del persistere dell'atmosfera rarefatta su Plutone. Non ci resta che aspettare il 14 luglio per toglierci qualche dubbio... :)

  4. Diego

    Chiedo scusa se nell'intervento precedente ho usato termini poco scentifici :oops:
    Spero che sia arrivato il concetto che volevo evidenziare e spero che le mie supposizioni siano plausibili. Da impavido mi preparo ad affrontare le conseguenze delle mie azioni e gli eventuali cazziatoni di Enzo. :-?

  5. Diego

    Nel qual caso ingaggio Alvy come avvocato difensore :mrgreen: :mrgreen:

  6. sai Diego non è facile dire dove finisce un'atmosfera... soprattutto quando le particelle non possono più interagire e in pratica possiedono solo temperatura cinetica. Il gas non è più tale e il confine tra particelle vaganti e particelle legate al pianeta è molto aleatorio. Tieni poi conto che Caronte gioca un ruolo molto importante sul destino delle particelle. E' quindi ovvio che non tutte ricadono, così come Plutone raccoglie anche polvere del tutto aliena come si vede bene dalle macchie più scure sulla sua superficie. In pratica, non è possibile dire veramente dove finisce l'atmosfera di un pianeta a meno di non mettere paletti legati alla densità o a qualche altra grandezza.

  7. peppe

    ho letto che ci si aspetta di trovare altre lune e anche un sistema di anelli intorno a plutone

  8. Er

    Sembra che Plutone abbia un'atmosfera con la presenza di nuvole e una notevole diversità morfologica superficiale. Penso che il passaggio ravvicinato della New Horizon, riserverà parecchie interessanti scoperte.

  9. caro Er,
    è proprio ciò che si dice nell'articolo.... :wink:

  10. Alvermag

    Ehi ragazzi, mi sembra che New Horizon abbia raggiunto l'obiettivo!

    A quando le fantasmagoriche immagini del più lontano dei pianeti? Si, insomma, del più lontano dei mondi .... :roll:

    Spero che Enzo dedichi un articolo all'evento e che ci faccia vedere le immagini più belle e sorprendenti. :lol:

  11. peppe

    Sì parla solo del pianeta del cuore dato che il terreno disegna un cuore. Che noia. Più scienza e meno gossip

  12. peppe

    Ho letto che sarà solo un Flyby e non entrerà in orbita.

  13. SuperMagoAlex

    Da quanto ho capito uno dei dati più interessanti di questo flyby è che si comprenderà meglio come l'atmosfera e la superficie si influenzano a vicenda, in questo continuo gioco di raffreddamento e sublimazione a causa della variazione della distanza dal Sole.

    Ora comunque ci sarà grande spazio alle immagini, visto che per analizzare tutti i dati ci vorranno molti mesi :)

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