Via col vento polare

L’immagine mostra una porzione della regione polare sud della luna più estesa di Saturno, Titano, circondato da una foschia blu. L’immagine è stata scattata dalla sonda Cassini l’11 settembre 2011. Crediti: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

La sommità dell’atmosfera di Titano rilascia circa sette tonnellate di idrocarburi e nitrili ogni giorno, ma, ad oggi, non si è stati in grado di spiegarne il motivo. Un nuovo studio dimostra il perché di questo fenomeno. La nuova ricerca, appena pubblicata su Geophysical Research Letters, spiega che questa perdita atmosferica è guidata da un vento polare, la cui energia proviene dall’interazione tra la luce solare, il campo magnetico del Sole e le molecole presenti nell’atmosfera più esterna.

Gli scienziati dell’University College London (UCL) hanno osservato, infatti, che un diffuso vento polare sta trasportando gas nell’atmosfera della luna maggiore di Saturno, Titano. Il team ha analizzato i dati raccolti durante sette anni dalla sonda internazionale Cassini e ha potuto constatare che le interazioni tra l’atmosfera di Titano da una parte, e il campo magnetico e la radiazione solare dall’altra, creano un vento di idrocarburi e nitrili che, originandosi nelle regioni polari, viene allontanato verso lo spazio. Questo fenomeno è molto simile a quello che si verifica per i venti polari terrestri.

Come la Terra e Venere, e al contrario della Luna, Titano presenta una superficie rocciosa e un’atmosfera molto spessa. E’ l’unico corpo nel sistema solare, oltre alla Terra, su cui è possibile trovare dei fiumi, delle precipitazioni e dei mari. Inoltre, è più esteso di Mercurio.

Grazie a queste caratteristiche uniche, Titano è stato studiato più approfonditamente di qualsiasi altra luna che non fosse quella della Terra, attraverso numerosi fly-by della sonda Cassini e l’atterraggio, nel 2004, del lander Huygens. A bordo di Cassini c’è uno strumento in parte progettato all’University College London, il CAPS (Cassini Plasma Spectrometer), che è stato utilizzato durante questo studio.

«L’atmosfera di Titano è costituita principalmente di azoto e metano con una pressione che equivale al 50% in più di quella della Terra», ha detto Andrew Coates del Laboratorio di scienza spaziale dell’UCL. «I dati di CAPS di qualche anno fa hanno rivelato che la sommità dell’atmosfera di Titano rilascia circa sette tonnellate di idrocarburi e nitrili ogni giorno, ma non sono stati in grado di spiegarne il motivo. Il nostro nuovo studio dimostra il perché di questo fenomeno».

Gli idrocarburi sono una categoria di molecole che include il metano e altre sostanze a noi molto comuni come il petrolio, il gas naturale e il bitume. I nitrili sono molecole costituite di azoto e carbonio saldamente legati tra loro.

«Sebbene Titano sia dieci volte più lontano dal Sole rispetto alla Terra, la sua atmosfera è comunque immersa nella luce» afferma Coates. «Quando la luce colpisce le molecole nella ionosfera di Titano, emette elettroni carichi negativamente, provenienti dalle molecole di idrocarburi e nitrili, e lascia dietro di se particelle cariche positivamente. Questi elettroni, conosciuti come fotoelettroni, hanno un’energia molto specifica di 24,1 elettronvolt, il che significa che possono essere rintracciate da CAPS, e facilmente distinti dagli altri elettroni, dato che si propagano attraverso il campo magnetico circostante».

A differenza della Terra, Titano non ha un campo magnetico proprio, ma è circondato da un campo magnetico, generato dalla rapida rotazione di Saturno, con una forma simile alla coda di una cometa. Nei 23 sorvoli compiuti sia attraverso la ionosfera di Titano che attraverso la sua coda magnetica, CAPS ha identificato quantità misurabili di questi fotoelettroni, distanti da Titano fino a 6,8 volte il suo raggio, dato che possono facilmente viaggiare lungo le linee del campo magnetico.

Il team ha scoperto che questi fotoelettroni carichi negativamente, sparpagliandosi attraverso la ionosfera e la coda di Titano, generano un campo elettrico. Questo campo è forte a sufficienza per attirare le particelle di idrocarburi e nitrili cariche positivamente nella porzione di atmosfera irraggiata dalla luce solare, dando origine a un diffuso vento polare che gli scienziati hanno potuto osservare.

Questo fenomeno è stato osservato precedentemente sulla Terra solamente nelle regioni polari, dove il campo magnetico è aperto. Siccome Titano, come si è già detto, è privo di un campo magnetico proprio, lo stesso fenomeno può verificarsi anche in regioni più ampie, non necessariamente vicino ai poli. Un simile vento polare molto diffuso si pensa possa esistere anche su Marte e Venere, i due pianeti del sistema solare che più assomigliano alla Terra. Ciò fornisce ulteriori evidenze di come Titano, nonostante la sua ubicazione in orbita attorno a un gigante gassoso nella periferia del sistema solare, possa essere considerato uno dei corpi, per certi aspetti, più simili alla Terra.

Referenze:

Coates et al. (2015), “A New Upper Limit to the Field-Aligned Potential Near Titan”, pubblicato su Geophysical Research Letters

Fonte: Media INAF | Scritto da Martina Fantini e Federico Scutti