Categoria: Sistema Solare

Venere e Terra, gemelli diversi

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Nel nostro sistema solare il pianeta più simile alla Terra è Venere. Composizione chimica, densità e dimensioni sono molto simili tra i due pianeti. Anche la loro distanza al Sole è tutto sommato abbastanza simile. Eppure Venere, a dispetto del nome che evoca la dea romana della bellezza, è in realtà un inferno, torrido e secco. Tutta l’acqua presente sul pianeta risiede nella sommità delle sue nubi e quando lì decide di piovere, piove acido solforico.
Un nuovo studio giapponese spiega come sia avvenuto.

Venere e Terra sono molti simili dal punto di vista fisico ma hanno avuto storie molto diverse a causa della diversa distanza dal Sole.

Venere e Terra sono molti simili dal punto di vista fisico ma hanno avuto storie molto diverse a causa della diversa distanza dal Sole.

L’acqua liquida non è solo necessaria alla vita come la conosciamo. Questa è importante anche per il suo ruolo di lubrificante per le placche tettoniche e del mantello superiore. Essendo infatti abbastanza solubile nei silicati fusi, l’acqua penetra in profondità giù fino al mantello e permette alle placche tettoniche di muoversi più facilmente riducendone l’attrito reciproco. È quindi una componente importante della litosfera, lo strato più esterno del pianeta, che comprende la crosta e la parte più esterna del mantello responsabile della tettonica a zolle.
All’epoca della sua formazione, la relativamente poca acqua presente nella fascia più interna del Sistema Solare era chimicamente legata a silicati idrati e ai composti del carbonio più pesanti. Questa era però sufficiente a fornire una discreta quantità di acqua 1 ai neonati pianeti.
Le condizioni di pressione e temperatura che si stabilirono nei pianeti subito dopo il raggiungimento dell’autosostentamento gravitazionale favorirono la loro differenziazione chimica in base al peso atomico e molecolare degli elementi: nel nucleo si accumularono quelli più pesanti, mentre nella parte più esterna si raccolsero tutti gli elementi più leggeri 2.
Questa differenziazione, altrimenti nota come Catastrofe del Ferro, liberò l’acqua dai silicati fusi e fornì ai pianeti ancora non del tutto formati una prima, spessa atmosfera composta da diossido di carbonio e vapore acqueo.
Al di sotto di quella coltre di gas, i pianeti non avevano ancora una crosta solida ma una superficie di magma caldo e viscoso.

Lo studio giapponese

Due tipi distinti di pianeta terrestre. L'asse x superiore mostra la corrispondente radiazione stellare netto iniziale. La freccia indica la troposferico limite di radiazioni. Il critico distanza orbitale di acr, 0,76 AU separa l'orbitale regimi dei due tipi di pianeta. una, tempo di solidificazione. Le linee tratteggiate indicano il tempo richiesto per la completa perdita di acqua primordiale. Questo fornisce una buona approssimazione del tempo di solidificazione di pianeti di tipo II. il massimo viene visualizzato anche il tempo di solidificazione per I pianeti di tipo (vedi supplementare Informazioni). b, Totale rimanenze acqua al momento della completa solidificazione. A forte transizione è esposta a circa acr.

Le due distinte classi di pianeti rocciosi simili alla Terra
L’ascissa superiore mostra la radiazione stellare iniziale. La freccia indica il limite troposferico alle radiazioni. La distanza orbitale critica di circa 0,76 UA distingue i due tipi di pianeta. Nel riquadro a  è indicato il tempo di solidificazione. Le linee tratteggiate indicano il tempo necessario alla completa perdita dell’acqua primordiale. Questo dato fornisce una buona stima del tempo necessario alla solidificazione dei pianeti di tipo II. il massimo viene visualizzato anche il tempo di solidificazione per I pianeti di tipo I.
Nel riquadro b viene indicata la quantità di acqua rimasta al momento della completa solidificazione della crosta planetaria.
Credit: Keiko Hamano.

Qui entra in gioco uno studio del dipartimento Terra e Scienze planetarie dell’Università di Tokyo condotto da Keiko Hamano, Hidenori Genda e Yutaka Abe e pubblicato su Nature a fine maggio scorso.
Questo studio mostra come la distanza dalla loro stella possa influenzare l’evoluzione dei pianeti rocciosi.

Entro una certa distanza la radiazione stellare 3 impedirebbe la dispersione del calore in eccesso dei pianeti ancora fusi con conseguenze catastrofiche per la loro evoluzione.
L’evoluzione termica di un oceano di magma è strettamente legata alla formazione di vapore  acqueo nell’atmosfera. Una massiccia presenza di vapore acqueo nell’atmosfera comporta un tremendo effetto serra che diminuisce la radiazione in uscita dal pianeta e ritarda il processo di solidificazione.  A sua volta se questo flusso radiativo viene interrotto da uno stato di equilibro energetico con la radiazione stellare allora la superficie planetaria non può solidificarsi e il processo di rilascio dell’acqua sotto forma di vapore da parte del magma continua, ipersaturando l’atmosfera e svuotando il pianeta di tutta la sua acqua.
Questo processo di feedback positivo può prolungare l’opera di solidificazione del magma fino a 100 milioni di anni portando il pianeta al suo totale disseccamento.
Il resto dell’evoluzione è abbastanza chiara: l’assenza di acqua nella litosfera impedisce la formazione di zolle continentali e quindi di qualsiasi processo tettonico. La crosta planetaria diventa quindi più spessa e uniforme bloccando il flusso di calore che dal nucleo si propaga prima nel mantello e poi alla superficie.
In assenza di correnti convettive nel mantello anche la rotazione differenziale del nucleo si arresta e smette di generare un campo magnetico planetario 4. Intanto la radiazione stellare dissocia il vapore acqueo nei suoi componenti e soffia via l’idrogeno dall’atmosfera, mentre l’ossigeno si lega al monossido di carbonio trasformandosi in anidride carbonica. Così l’atmosfera del pianeta si satura di anidride carbonica 5 e l’effetto serra prima dovuto principalmente al vapore acqueo adesso è sostituito dalla quasi altrettanto efficace CO2.
Così la superficie planetaria rimane molto calda, il calore dell’interno non può quasi più defluire mentre l’atmosfera diviene sede di importanti moti convettivi dovuti all’incredibile gradiente termico tra la superficie del pianeta e lo spazio esterno.

Tutto questo è stato possibile da un iniziale stato di equilibrio energetico tra la radiazione stellare incidente e la temperatura dell’atmosfera del pianeta ancora fuso.
Nel caso in cui invece al calore sia consentito di defluire nello spazio il processo di raffreddamento procede molto più velocemente – pochi milioni di anni – consentendo al pianeta di mantenere gran parte della sua acqua nel mantello e favorendo così lo sviluppo di placche continentali. Una superficie molto più fresca consente al calore del nucleo di raggiungere la superficie attraverso moti convettivi che rimescolano il mantello e consentono al nucleo di girare indipendentemente dal resto del pianeta e generare un campo magnetico planetario. Col raffreddamento della superficie il vapore si converte in pioggia e assorbe parte dell’anidride carbonica dall’atmosfera sotto forma di acido carbonico. La riduzione dei gas serra rende l’atmosfera ancora più trasparente alla radiazione infrarossa che così disperde più energia nello spazio.
Il feedback negativo è evidente, così il pianeta si raffredda così velocemente che in pochi milioni di anni è completamente diverso dal suo gemello nato più vicino alla stella.

Conclusioni

Non c’è motivo per dubitare che gli altri sistemi planetari si siano formati in maniera dissimile al nostro, pertanto è ragionevole pensare che meccanismi simili si possano verificare anche per altri sistemi planetari.
Le supposizioni dello studio giapponese si adattano alla perfezione a quello che sembra che sia successo qui, con Venere caldo e secco e la Terra così fresca e umida.
Un meccanismo semplice, la distanza dal Sole, che si sposa perfettamente con i dati osservativi che abbiamo.
I ricercatori giapponesi suddividono così i pianeti rocciosi in due classi: il tipo I, la Terra che si è evoluta in un mondo fresco e umido, e il tipo II, caldo e secco come Venere. Il limite lo pongono a circa 0,8 U.A. dal Sole 6.
Fermo restando la suddivisione in due diverse classi di pianeti, io credo che sia meglio parlare di limite inferiore per lo sviluppo geologico di un pianeta potenzialmente abitabile. Così come esiste una Circumstellar Habitable Zone dimensionata dalla radiazione stellare, ora scopriamo che questa impone anche un limite che regola l’evoluzione geologica di un pianeta ed è un altro dettaglio importante da non trascurare nella ricerca dei pianeti potenzialmente abitabili.

Bibliografia:

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Note:

Le continue sorprese di Oppy

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La roccia pallido in alto al centro di questa immagine, delle dimensioni di un avambraccio umano, include un obiettivo chiamato "Esperance", che è stato ispezionato da Mars Exploration Rover Opportunity della NASA. I dati di particella alfa a raggi X spettrometro del rover (APXS) indicano che la composizione di Esperance è più alta in alluminio e silicio, e più basso di calcio e ferro, di altre rocce Opportunity ha esaminato a più di nove anni su Marte. Punti di interpretazione preliminari al contenuto di argilla minerale a causa di alterazione intenso da acqua. Credit: NASA/JPL-Caltech/Cornell/Arizona State Univ.

La roccia più chiara al centro di questa immagine, chiamata “Esperance”, è stata analizzata dal Mars Exploration Rover Opportunity della NASA. I dati dello spettrometro del rover (APXS) indicano che la composizione di Esperance è più ricca di alluminio e silicio, e più povera di calcio e ferro delle altre rocce fin qui esaminate in più di nove anni su Marte. 
Credit: NASA/JPL-Caltech/Cornell/Arizona State Univ.

C’è stato sicuramente un tempo in cui l’ambiente marziano era molto più complesso e per certi versi più bizzarro di quanto appaia oggi.
Nel suo cammino Curiosity ha scoperto il letto di un antico fiume e la presenza di bacini argillosi, testimoni silenziosi di un passato ricco di acqua. Al contrario,  il  Mars Reconnaissance Orbiter ha mostrato che i sedimenti del Monte Sharp verso cui Curiosity sta viaggiando sono di origine eolica quando gli scienziati si aspettavano sedimenti idrologici. Prima di cedere tre anni fa, il robottino ad energia solare Spirit scoprì sedimenti di carbonati 1 presso un gruppo di rocce battezzate Comanche, all’interno del Cratere Gusev, chiaro indicatore che lì era scorsa acqua con un pH abbastanza neutro 2, mentre dall’altra parte di Marte, Meridiani Planum, Opportunity trovò della jarosite, un minerale del gruppo delle aluniti, che si forma in presenza di acqua e terreni molto acidi 3.
Il 12 maggio scorso Opportunity (Oppy per gli amici) ha scoperto nelle stessa regione, nei pressi del Cratere Endeavour, una roccia che in passato è stata a contatto di acqua molto meno acida di quanto finora avesse analizzato.

L'affioramento Esperance al microscopio.

L’affioramento Esperance al microscopio.
Credit: NASA/JPL-Caltech/Cornell Univ./Arizona State Univ.
Elaborazione: Alive Universe Images

Questa roccia, chiamata Esperance è un affioramento argilloso ricco di alluminio e silicio e piuttosto povero di calcio e ferro rispetto alle rocce incontrate finora su Meridiani Planum. La presenza di smectite 4 nei pressi del cratere Endavour era stata segnalata da circa due anni dal Mars Reconnaissance Orbiter.

In assenza di strumenti atti a erodere la superficie marziana, i tecnici di Opportunity hanno dovuto raschiare il suolo con ripetuti passaggi del rover sul solito punto, rischiando anche di mancare l’appuntamento col luogo prefissato per il letargo invernale del piccolo robot 5.

Niente paura, Opportunity solca la superficie marziana da più di 9 anni e in tutto questo tempo ha percorso più di 36 chilometri sulla superficie di un altro pianeta. Il record per ora è del rover sovietico Lunokhod 2  che nel 1973 percorse circa 37 chilometri sulla Luna, Oppy saprà fare sicuramente di meglio negli anni a venire regalandoci altre meravigliose avventure!

Effetto serra nella primitiva atmosfera marziana

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Purtroppo questo mese starò un po’ più lontano del solito da queste pagine. Lo scorso settembre decisi di dare una svolta alla mia vita e adesso quel momento è finalmente arrivato. Tranquilli, la mia assenza sarà solo temporanea, ve l’assicuro. Nel frattempo portate pazienza per un po’.

Rappresentazione artistica dell'interno di Marte. Credit: NASA/JPL

Rappresentazione artistica dell’interno di Marte.
Credit: NASA/JPL

Con la scoperta di bacini argillosi su Marte  ad opera del rover Curiosity il dibattito sull’antica presenza di acqua su Marte si fa sempre più acceso 1.

La presenza di acqua allo stato liquido presuppone che le condizioni ambientali marziane per un periodo passato siano state molto diverse da quelle attuali: innanzitutto Marte doveva essere molto più caldo di adesso. Come avevo evidenziato in passato 2 la Zona Goldilocks del Sole attualmente si estende tra 0,8 e 1,2 U.A. dalla stella, mentre Marte orbita un po’ più in là, a  circa 1,52 U.A. Quindi su Marte avrebbe dovuto  essere presente un fenomeno naturale capace di innalzare la temperatura fin oltre i 273° kelvin, ossia di almeno 50 gradi centigradi rispetto alla radiazione solare attuale 3 e almeno 70° a quella presente durante il Periodo Noachiano. Un meccanismo naturale capace di innalzare così le temperature esiste eccome: è l’Effetto Serra 4. Alcuni gas hanno la capacità di trattenere il calore più di altri tanto da sconvolgere l’equilibro termico naturale 5.

Il Monte Olimpo, il più grande vulcano conosciuto del Sistema Solare.

Il Monte Olimpo, il più grande vulcano conosciuto del Sistema Solare.

Senza dubbio questi tre gas combinati insieme hanno prodotto sul primitivo Marte un massiccio effetto serra che ha innalzato le temperature quel tanto che era sufficiente a mantenere l’acqua liquida. Sicuramente un ruolo importante l’ha avuto la crosta marziana che nel momento in cui si è solidificata ha ceduto la parte di acqua e anidride carbonica che tratteneva dando origine a una primitiva atmosfera. Nuovi studi sull’ipotetica composizione chimica e le condizioni fisiche dell’interno marziano 6 suggeriscono che particolari condizioni del mantello fuso del pianeta possono essere state responsabili attraverso gli imponenti vulcani del pianeta del rilascio di quantità significative di metano – che sappiamo essere uno dei più potenti gas serra – nella sua atmosfera. Finché è durata l’attività vulcanica marziana quindi Marte ha goduto dei benefici di un potente effetto serra che ha reso la sottile atmosfera marziana – non dimentichiamoci che Marte è grande la metà della Terra e nove volte meno pesante – abbastanza densa e calda.

Come suggerisce anche la sua densità 7, Marte è il meno denso dei pianeti rocciosi e nonostante tutto la percentuale di ferro contenuta nel suo mantello è insolitamente alta rispetto agli altri pianeti interni. Questo indica che la differenziazione chimica nota anche come Catastrofe del Ferro non si è mai conclusa per il Pianeta Rosso. Complice le ridotte dimensioni, un’atmosfera più sottile, e probabilmente,  meno elementi radioattivi pesanti come il torio (Th) e l’uranio (U) ereditati dalla nebulosa primordiale – che sulla Terra mantengono fluido il mantello e il nucleo – l’interno del pianeta si è raffreddato troppo presto, non si è sviluppato un nucleo fluido rotante capace di produrre un campo magnetico planetario importante in grado di proteggere l’atmosfera dall’azione ablativa del vento solare e dei raggi cosmici, si è interrotta l’attività vulcanica che alimentava l’atmosfera di metano.

Se Marte ha ospitato le condizioni a contorno necessarie allo sviluppo della vita, probabilmente queste si sono affacciate troppo presto e per troppo poco tempo nella storia marziana per essere significative.

Altri  riferimenti:
NASA rover studies geology of Mars’s crater, Physics Today, 3 aprile 2013.
Martian interior inside Mars, Esa Mars Express 7 gennaio 2007.

M31 – PanSTARRS: una congiunzione straordinaria

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Credit: Vesa Vauhkonen on April 2, 2013 @ Rautalampi, Finland

Credit: Vesa Vauhkonen on April 2, 2013 @ Rautalampi, Finland

Bella, vero?
Questa foto è stata scattata L’altra sera da Vesa Vauhkonen a Rautalampi​ in Finlandia.
Per chi, come me, ha dovuto subire l’inclemenza meteorologica di tutto il mese di marzo, almeno la soddisfazione di vederla in cartolina … volete mettere?
A parte gli scherzi, non mi è proprio stato possibile vedere questa splendida cometa proprio per colpa del maltempo che ha colpito l’Italia praticamente per tutto il mese. E quando le condizioni meteo sembravano migliorare un attimino, il mio lavoro e altri impegni – non da  ultimo la violazione del Blog – mi hanno tenuto lontano dallo scrutare il cielo.

Oltre alla mirabile estetica, c’è comunque un’altra ragione per cui ho scelto questa immagine. La congiunzione apparente di due astri fra loro lontanissimi almeno 2,5 milioni di anni luce. Una infatti è una galassia, Messier 31 conosciuta anche come la la Galassia di Andromeda, composta da mille miliardi di stelle che brillano di luce propria, mentre l’altra è una montagna di neve sporca che si è avvicinata al Sole e per questo sta sublimando gas che riflettono la luce del nostro astro.
Il loro accostamento nel cielo è solo apparente, esattamente come fa un qualsiasi altro pianeta del Sistema Solare che si  proietta in una porzione di cielo che prende il nome dalla costellazione che ospita.
Esattamente come accade con le stelle fra loro lontanissime e indipendenti che condividono la stessa porzione di cielo e che noi, per comodità, per ragioni storiche e mitologiche, chiamiamo costellazioni.

Quindi quando sentirete parlare di Plutone nel Sagittario, Marte nei Pesci e Giove nei Gemelli sappiate che queste sono soltanto proiezioni apparenti e nient’altro; esattamente come la C/2011L4 PanSTARRS e M 31 che nella foto dominano la costellazione di Andromeda.

Una congiunzione invisibile

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stellarium-058

Credit: Il Poliedrico

Come avevo sommariamente indicato nel nuovo calendario disponibile su questo Blog proprio oggi avviene una congiunzione stretta fra Marte e Urano.
Il momento di massimo avvicinamento apparente si verificherà tra polco intorno alle 18:oo UTC, le 19:00 in Italia. In quei minuti l’evento sarà sotto l’orizzonte per il nostro paese, ma in verità anche le altre località nel mondo non sono messe meglio vista l’estrema vicinanza del Sole alla posizione apparente dei due pianeti.
Anche in questo caso ci viene incontro una delle sonde spaziali che studiano perennemente il Sole, appunto la SOHO con il suo coronografo a largo campo: lo strumento Large Angle and Spectrometric Coronagraph (LASCO) C3, capace di un campo visivo da 3,7 a 32 raggi solari.
a Voi lo spettacolo dell’evento!

soho lasco c3

Image credit: Nasa/SOHO/LASCO C3
Elaborazione grafica: Il Poliedrico

Asteroide Apophis, la storia continua

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Il 2012 è finito in gloria, con buona pace della Fine del Mondo e dei gonzi che ci hanno creduto insieme alle altre balle come Nibiru, le astronavi travestite da comete o da buchi nelle mappe astrali e così via. Invece in sordina …

99924 Apophis osservato da Herschel nelle tre bande di 70, 100 e 160 micron.
Credit: ESA/Herschel/PACS/MACH-11/MPE/B.Altieri (ESAC) and C. Kiss (Konkoly Observatory)

… il nuovo anno ha ben iniziato con l’incontro forse più urgente dell’anno: il passaggio al perigeo di 99942 Apophis 1.
Infatti  il 9 gennaio 2013 l’asteroide Apophis è transitato accanto alla Terra ad  appena a 14,5 milioni di chilometri.
Nell’occasione il telescopio spaziale Herschel è riuscito a stimare le dimensioni e l’albedo dell’asteroide Near-Earth con maggior precisione rispetto alle stime precedenti: così  dai 270 metri finora riconosciuti  si è passati a 325, circa il 20% in più di quanto era stato calcolato prima, mentre l’asteroide è risultato essere un po’ più scuro di quanto si fosse pensato: da un albedo di 0,33, più o meno quello della Terra, a 0,23, quello di un bel pratino.
Ovviamente Apophis non è ricoperto d’erba, non è neppure verde, ma è altrettanto scuro quanto lo è un prato verdeggiante, che non è proprio scuro quanto lo è un pezzo di carbone ma nemmeno bianco come un campo appena innevato. Più tardi vedremo perché questa può essere una informazione importante.
Intanto i nuovi dati raccolti in questo passaggio sono serviti a stimare con una maggiore precisione l’orbita dell’asteroide per gli incontri futuri che si prospettano alquanto interessanti.
Apophis orbita attorno al Sole in un po’ meno di un anno terrestre, 324 giorni, per cui non sempre è così vicino alla Terra mentre altre volte transita un po’ troppo vicino.

Il prossimo incontro ravvicinato accadrà nel 2029,  quando Apophis  sfiorerà la Terra ad appena poco più di 38.000 chilometri, abbastanza lontano da non caderci in testa ma abbastanza vicino per creare forse qualche problema ai satelliti in orbita medio-alta. Comunque, la vastità dello spazio suggerisce che il rischio che l’asteroide spazzi via qualche satellite è piuttosto bassa, la stessa agenzia spaziale americana stima che il rischio di impatto con qualche satellite operativo è piuttosto basso, circa il 2,7%.
Invece qualche motivo di preoccupazione dovremmo averlo per i passaggi successivi: anche se per il passaggio del 2036 la probabilità di un impatto si è ridotta di 30 volte, passando da 1 su 230.000 a 1 su 7 milioni, per il 2068 il rischio di un impatto aumenta, passando da 1 su 400.000 a 1 su 185.000. Le cifre dette così possono spaventare , ma il rischio che Apophis ci cada sulla testa è comunque pari allo 0,000014% per il 2036 e dello 0,0005% per il 2068; è certamente molto più rischioso viaggiare in automobile.

Nel malaugurato caso che comunque Apophis decida di scendere sulla Terra, questo non sarà altrettanto catastrofico quanto l’asteroide di Chicxulub 2 che rilasciò circa 100 milioni di megatoni di energia e provocò l’estinzione dei dinosauri 65 milioni di anni fa, ma di certo non sarà altrettanto indolore come l’Evento di Tunguska 3 del 1908.

Sulla base dei dati precedenti a questo passaggio, la NASA aveva stimato che un impatto di Apophis avrebbe generato energia per 510 megatoni, più del doppio dell’energia rilasciata dall’eruzione Krakatoa del 1883 4, un evento che mutò il clima globale della Terra per i successivi anni.
In attesa che nuove stime del potenziale distruttivo tengano conto delle nuove misurazioni dell’asteroide, si può comunque ipotizzare che questo sarà pari almeno a 850-900 megatoni, pari a circa 17-18 bombe Zar (quella depotenziata) simultanee.

Alcuni anni fa trattai l’argomento su  come deviare un asteroide su questo Blog 5. In quell’articolo illustravo alcuni metodi che la comunità scientifica ha preso in considerazione per deviare un asteroide che si avvicina troppo pericolosamente alla Terra. Ma una nuova proposta 6 è quella di ricorrere all’effetto Yarkovsky 7 per modificare l’orbita di Apophis quel tanto che basta per scongiurare altri incontri pericolosi con la Terra.
Proprio per questo l’ex astronauta americano Russel Schweickart ha proposto di inviare al più presto su Apophis un trasponder per determinarne con estrema precisione l’orbita per decidere entro il 2014 se e quanto è necessario modificare la sua orbita con una missione spaziale. Per Scweickart dopo il 2014 potrebbe non esserci abbastanza tempo per allestire una missione di deflessione prima dell’incontro del 2029. Ogni missione successiva a questa data potrebbe essere molto più difficile, sette anni potrebbero essere non più sufficienti a scongiurare un possibile impatto.

Ma di quanto è necessario modificare l’orbita di Apophis?
Sono tre i parametri di cui occorre tener conto. Il primo è quello che gli anglosassoni chiamano keyhole,  che noi possiamo immaginare come la classica cruna di un ago, in cui deve transitare il centro di massa dell’asteroide nel 2029 perché poi colpisca la Terra nel 2036. Questa finestrella è larga appena 641 metri, per cui basterebbe una deflessione di appena 320 metri.
Un altro parametro è legato all’incertezza dell’orbita, che per ora presenta uno scarto di circa 1800 chilometri sulla posizione effettiva dell’asteroide. Usando una tolleranza di sicurezza di $\sigma$ 5 significa dover apportare una deflessione di almeno 9000 km. Per questo la proposta di  Scweickart di inviare un trasponder sul corpo celeste è da prendere in considerazione assolutamente. Man mano che l’orbita di Apophis sarà conosciuta con una migliore risoluzione il grado di incertezza potrà scendere anche molto sotto ai 100 chilometri.
Il terzo parametro, per questo ho detto all’inizio che era importante conoscere l’albedo di Apophis e i dati ripresi da Herchel sono così preziosi, è invece dovuto al noto Effetto Yarkovsky, che modifica continuamente l’orbita del corpo celeste e su cui la proposta di Sung Wook Paek dovrebbe andare a incidere.

Adesso quando i fuffologi vi annunceranno una prossima fine del mondo per mano di Apophis sapete come stanno realmente le cose.

Altre letture suggerite:

Yarkovsky-driven impact risk analysis for asteroid (99942) Apophis
On the impact of the Yarkovsky effect on Apophis’ orbit

La Zona Circumstellare Abitabile del Sole

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Credit: Il Poliedrico

Si fa presto a parlare di Zona di Abitabilità, Goldilocks o Riccioli d’Oro intorno ad una stella.
Anche se sarebbe più corretto parlare di Zona Circumstellare Abitabile (CHZ), con queste parole si indica una fascia, sarebbe meglio parlare di guscio, una zona più o meno estesa che si estende intorno alla stella, né troppo vicina e né troppo lontana da garantire un flusso di energia costante da mantenere per eoni l’acqua allo stato liquido.

Ho detto eoni appunto perché il flusso energetico deve essere abbastanza costante nel tempo per dare modo alla Vita di crescere e svilupparsi sul pianeta che ha la fortuna di orbitare in quella zona.
Ma come si fa a calcolare quanto è capiente e quanto è distante una Goldilocks dal suo sole?

L’energia emessa da un corpo nero 1 dipende esclusivamente dalla quarta potenza della temperatura moltiplicata per la costante di Stefan-Boltzmann che vale  $5,67 \cdot{10^{-8}} W/m^2 K^4$ e indicata con la lettera greca $\sigma$ (sigma).
Quindi proviamo a calcolare l’area del Sole:

\[

4 \cdot  \pi \cdot {6,96 \cdot 10^{8}}^2= {6,087 \cdot {10^{18}} \ \ m^2

\]

Adesso è possibile calcolare per la temperatura superficiale del Sole, 5778 Kelvin, l’energia emessa in watt per ogni secondo dal Sole:

\[

{6,087 \cdot{10^{18}} \cdot 5,67 \cdot{10^{-8}} \cdot 5778^ 4 = {3,85 \cdot{10^{26}

\]

Una cifra veramente astronomica, magari insignificante rispetto a molte altre stelle 2 come Sirio, Canopo o Vega, da cui dipende però la nostra vita e che è necessario conoscere per i passaggi successivi.
Si è detto che dunque la Zona Goldilocks è quel guscio attorno alla stella in cui l’acqua si presenta allo stato liquido, per cui considerando una pressione ambientale di 100 kPa (una atmosfera) come sulla Terra, l’acqua è liquida in un intervallo di temperature compreso tra 0 e 100° C, ovvero tra 273,15° K e 283,15° K.

Una vista mozzafiato della Terra vista dallo spazio.

Calcolando quindi a quale distanza dalla sorgente di radiazione di corpo nero si ha l’equilibrio per queste due temperature – tralascio i passaggi di mero calcolo per evitarvi il mal di testa,  si ottiene una Zona Goldilock compresa tra 0,55 e 1,04 UA. La Terra senza un po’ di effetto serra atmosferico sarebbe molto più fredda.
Ma questo intervallo di temperature non è poi così corretto.
Il vapore acqueo ha un potenziale serra molto alto. La Terra si trova in un’orbita di equilibrio termico appena al di sopra del punto di congelamento dell’acqua (278° K). Questo significa che l’emissione radiativa 3 del pianeta cade nell’infrarosso, proprio dove alcuni gas, vapore acqueo, metano e anidride carbonica assorbono e riemettono di più, trattenendo di conseguenza questa radiazione. Questo fa crescere la temperatura reale fino a 20° C di media. Ma se questa arrivasse a soli 40° C, l’evaporazione dell’acqua innescherebbe un effetto valanga capace di portare la temperatura fino a livelli incredibilmente alti; più o meno quello che è successo al pianeta Venere.
Inoltre alcune zone della Terra presentano condizioni di temperatura ben al di sotto del punto di congelamento dell’acqua, pertanto una temperatura di -10° C (263° K) può essere considerata tollerabile per la vita, anche in virtù delle probabili sorgenti di calore endogeno localizzate originate dal decadimento radioattivo delle rocce di cui un pianeta è composto.
Con questi nuovi valori, la Zona Goldilocks del nostro Sistema Solare può estendersi ragionevolmente tra le 0,8 e 1,2 AU dal Sole, è proprio una fortuna esserci capitati proprio in mezzo.

Comunque sono molti i fattori che incidono sulla temperatura effettiva di un pianeta: la composizione chimica dell’atmosfera, l’albedo alle lunghezze d’onda dove la stella ha il picco di emissione, il calore endogeno, solo per citarne alcuni più importanti. Questo potrebbe ampliare – o magari ridurre – anche di molto l’estensione della Zona Goldilocks, tant’è che magari un pianeta grande il doppio del nostro potrebbe essere abitabile anche nell’orbita di Marte.

I primi risultati di SAM

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La – finora – mancata scoperta di molecole organiche complesse e di una chimica del carbonio non deve far perdere la speranza che forse magari nel lontano passato di Marte qualcosa del genere ci sia stato.

Da quando il rover Curiosity è sbarcato sul Pianeta Rosso le sue imprese destano più di una attenzione, l’ultima delle quali riguarda per esempio la scoperta di molecole organiche sul suolo marziano nei campioni analizzati con SAM 1.
Il campione di terreno specifico analizzato da SAM proveniva da un deposito di sabbia e polvere portato dal vento e sabbia che gli scienziati hanno battezzato Rocknest. Questo è stato raccolto nella piana del Gale Crater, ancora piuttosto distante dal Monte Sharp, la destinazione principale di Curiosity, ed è stato scelto come primo campione proprio per la grana fine delle sue particelle che è l’ideale per la pulizia delle superfici interne del braccio robotico.
In realtà come è stato ripetuto più volte dai responsabili della missione Mars Science Laboratory, Curiosity ha forse scoperto solo delle tracce di molecole organiche su Marte.
Nella conferenza stampa del 3 dicembre i responsabili della missione hanno annunciato le scoperte fatte dal rover Curiosity, sottolineando però come i dati finora raccolti meritano ancora indagini per essere confermati; come si dice la prudenza non è mai troppa anche quando questa è snervante.

I dati raccolti mostrano solo un accenno di composti organici 2. Questo non vuol dire affatto che questi abbiano una qualche origine biologica, tutt’altro, molecole organiche si scoprono continuamente negli ambienti più disparati e ostili come le nubi molecolari interstellari, nelle comete e nelle meteoriti, semmai la notizia è che forse su Marte ce ne sono troppo poche.  Appunto anche stavolta si sono trovate su Marte tracce dei famosi perclorati  – come nel 2008 fece l’altra missione Phoenix. I perclorati, è bene ricordarlo, sono sali di cloro con alto potere ossidante che di fatto pongono seri limiti allo sviluppo di una chimica organica complessa sul suolo marziano, anche se l’area finora esplorata è infinitesimale e questi sono soltanto i primi esperimenti di laboratorio compiuti dal rover.
Gli esperimenti a bordo del Curiosity hanno mostrato tracce di cloro, zolfo e acqua, ma sono necessari appunto altri esperimenti e verifiche per escludere che si tratti di remote ma possibili contaminazioni provenienti dalla Terra.
E a proposito di acqua, analizzata come vapore acqueo dopo aver riscaldato i campioni di suolo marziano, merita sottolineare come il rapporto D/H (deuterio/idrogeno) misurato sia più alto rispetto a quello degli oceani terrestri, indicando forse una diversa origine dell’acqua marziana rispetto a quella terrestre. Anche la quantità di vapore emesso dai campioni riscaldati è leggermente superiore alle attese. Questo non significa affatto che i campioni analizzati fossero umidi, ma solo che le caratteristiche igroscopiche della sabbia marziana sono forse diverse dal previsto.

E allora tutto il fermento dei media alla vigilia della conferenza stampa?
Tutto forse è nato da una dichiarazione di John Grotzinger, geologo del California Institute of Technology di Pasadena e responsabile della pianificazione della missione Mars Science Laboratory, che aveva parlato delle scoperte del Curiosity degne di entrare nei libri di storia, riferendosi però all’intera missione. Qualche giornalista particolarmente eccitato per lo scoop avrebbe poi travisato la frase attribuendole un significato diverso rispetto al discorso originale.
Anche qui è naturale che la NASA usi frasi eccitanti in un momento di ristrettezze economiche che va proprio a colpire i bilanci delle missioni scientifiche spaziali. Un po’ di enfasi ci vuole, no?

Forza SAM! dacci un segnale di vita!

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I tappi all’ingresso dei condotti che portano i campioni allo strumento SAM.
Credit: NASA / JPL-Caltech / MSSS

 Finalmente ci siamo!
Il 9 novembre scorso un pizzico di terreno marziano è stato depositato all’interno del Mars Science Laboratory – Curiosity, nello strumento Sample Analysis at Mars (SAM).

SAM è un gascromatografo-spettrometro di massa e uno spettrometro laser progettato per analizzare i gas e i composti organici eventualmente presenti nei campioni atmosferici e del suolo. Suo il compito di rilevare se un determinato campione è rilevante per supportare la vita.
Nei due giorni successivi, SAM ha utilizzato la spettrometria di massa, la  gas cromatografia e la spettrometria laser per analizzare il campione.

“Abbiamo ricevuto buoni dati da questo primo campione solido,” ha dichiarato Paul Mahaffy del NASA Goddard Space Flight Center, responsabile dell’esperimento SAM da  Greenbelt, nel Maryland “Abbiamo un sacco di analisi dei dati da fare, e stiamo progettando di prelevare altri campioni dello stesso materiale da studiare. “

Fonte: http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2012-356

La fine del mondo

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Spesso mi viene chiesto come e quando morirà il Sole, associando la sua fine con quella della Terra. Tranquilli, mancano ancora diversi miliardi di anni affinché il Sole muoia, ma la Terra cesserà di essere abitabile molto tempo prima, sempreché non accada una catastrofe cosmica imprevista o noi non la distruggiamo molto prima.

Credit: Wikipedia. Rielab. Il Poliedrico

Cinque o sei miliardi di anni fa una o più stelle di seconda generazione esplosero in un remoto angolo di questa galassia disperdendo il loro prezioso contenuto di metalli pesanti in una oscura nebulosa ormai scomparsa 1.
Le onde d’urto destabilizzarono quella nebulosa che si frammentò in diverse parti che a loro volta incominciarono a collassare su se stesse. Uno di questi frammenti avrebbe in seguito dato origine al Sole e a tutto il suo sistema solare, compresa la Terra e alla Vita come la conosciamo, circa quattro miliardi e mezzo di anni fa.
È da allora che il nostro Sole converte – brucia – idrogeno in elio nelle profondità del suo nucleo in una incessante – per nostra fortuna – reazione termonucleare. I nuclei di idrogeno – protoni, di carica elettrica positiva – scontrandosi riescono a superare la barriera coloumbiana che normalmente li allontanerebbe solo grazie all’enorme calore (calore == movimento) e all’enorme pressione che esistono nel suo nucleo 2.

Credit: Il Poliedrico

Il prodotto di scarto di questa reazione, nuclei dell’atomo di elio, per ora inerte a quelle condizioni fisiche, spinge le reazioni termonucleari  dell’idrogeno a migrare sempre più in su verso la superficie, facendo espandere la zona di fusione e aumentare così la luminosità della stella.
L’aumento di luminosità è impercettibile ai sensi e a scale temporali umane ma è costante, circa il 10% ogni 1100 milioni di anni: quando il Sole iniziò a brillare di luce propria brillava il 30% in meno di oggi  e era anche un po’ più piccolo.
Se non fosse stato per un poderoso effetto serra, quattro miliardi di anni fa la temperatura sulla Terra sarebbe stata ben al di sotto del punto di congelamento dell’acqua. La zona Goldilocks a quel tempo era vicina all’orbita di Venere ma è evidente che questo non ha portato bene a quel pianeta.
Il quasi impercettibile innalzamento della luminosità e temperatura del Sole dovuto all’espandersi della zona di fusione, provocherà l’aumento della quantità di energia irradiata nello spazio e ricevuto dal nostro pianeta, rendendo questo inabitabile nel giro di poco più di 1 o 2 miliardi di anni a partire da adesso, quindi ben più prima che il Sole diventi una gigante rossa.

Formazioni saline sulle rive del Grande Lago Salato, Utah – USA. Così appariranno gli oceani tra un paio di miliardi di anni.

Il Sole, l’astro che ha assistito alla nascita della vita e della specie umana su questo pianeta, renderà nel giro di un altro paio di miliardi di anni, ben prima quindi che esaurisca la sua capiente scorta di idrogeno nel suo nucleo, inabitabile questo bel Pallino Blu del cosmo.
Ogni anno sarà impercettibilmente un poco più assolato e caldo del precedente. Anche le dimensioni del Sole visto da quaggiù saranno appena appena più grandi col passare dei secoli, dei millenni.
Alla fine sulla Terra farà così caldo -70° centigradi – che anche gli oceani finiranno per evaporare del tutto lasciando una spessa crosta di sale su gran parte del pianeta.
All’inizio una spessa coltre di vapore acqueo avvolgerà la Terra come un mantello facendo aumentare l’albedo del pianeta permettendogli di riflettere nello spazio la gran parte della radiazione solare.
Al contempo il vapore nell’atmosfera innescherà un effetto serra a valanga che disperderà completamente gli oceani, mentre l’accresciuta radiazione ultravioletta solare dissocerà le molecole di vapore acqueo nei suoi componenti più fondamentali e ne farà aumentare l’energia cinetica.
A quel punto l’aria sarà così calda che la velocità media degli atomi più leggeri supererà la velocità di fuga del pianeta, che così perderà parte della sua atmosfera nello spazio.

Quando tra 2,4 miliardi di anni la Via Lattea e M31, la galassia di Andromeda, inizieranno a scontrarsi probabilmente del Lapislazzulo della Via Lattea non resterà più neppure il  ricordo.