Ciò che rende l'atmosfera di Saturno così calda

Gli strati superiori nelle atmosfere dei giganti gassosi - Saturno, Giove, Urano e Nettuno - sono caldi, proprio come quelli della Terra. Ma a differenza della Terra, il Sole è troppo lontano da questi pianeti esterni per tenere conto delle alte temperature. La loro fonte di calore è stata uno dei grandi misteri della scienza planetaria.

Ciò che rende l'atmosfera di Saturno così calda

Ciò che rende l'atmosfera di Saturno così calda

Gli strati superiori nelle atmosfere dei giganti gassosi - Saturno, Giove, Urano e Nettuno - sono caldi, proprio come quelli della Terra. Ma a differenza della Terra, il Sole è troppo lontano da questi pianeti esterni per tenere conto delle alte temperature. La loro fonte di calore è stata uno dei grandi misteri della scienza planetaria.

Una nuova analisi dei dati della navicella spaziale Cassini della NASA trova una valida spiegazione di ciò che mantiene gli strati superiori di Saturno, e forse gli altri giganti gassosi, così caldi: le aurore ai poli nord e sud del pianeta. Le correnti elettriche, innescate dalle interazioni tra venti solari e particelle cariche delle lune di Saturno, accendono le aurore e riscaldano l'atmosfera superiore. (Come per l'aurora boreale terrestre, lo studio delle aurore dice agli scienziati cosa sta succedendo nell'atmosfera del pianeta.)

Il lavoro, pubblicato oggi su Nature Astronomy, è la mappatura più completa della temperatura e della densità dell'atmosfera superiore di un gigante gassoso, una regione che è stata poco compresa.

"Comprendere le dinamiche richiede davvero una visione globale. Questo set di dati è la prima volta che siamo in grado di osservare l'atmosfera superiore da un polo all'altro, osservando anche come la temperatura cambia con la profondità", ha affermato Zarah Brown, autore principale dello studio e uno studente laureato nel laboratorio lunare e planetario dell'Università dell'Arizona.

Costruendo un quadro completo di come il calore circola nell'atmosfera, gli scienziati sono in grado di comprendere meglio come le correnti elettriche aurorali riscaldano gli strati superiori dell'atmosfera di Saturno e guidano i venti. Il sistema eolico globale può distribuire questa energia, che inizialmente si deposita vicino ai poli verso le regioni equatoriali, riscaldandole a due volte le temperature previste dal solo riscaldamento del sole.

"I risultati sono fondamentali per la nostra comprensione generale delle atmosfere superiori planetarie e sono una parte importante dell'eredità di Cassini", ha dichiarato il co-autore dello studio Tommi Koskinen, un membro del team degli specchigrafi per immagini 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 freddo."

Gestito dal Jet Propulsion Laboratory della NASA nella California meridionale, Cassini era un orbita che osservava Saturno per più di 13 anni prima di esaurire la sua fornitura di carburante. La missione lo ha immerso nell'atmosfera del pianeta nel settembre 2017, in parte per proteggere la sua luna Encelado, che Cassini ha scoperto potrebbe contenere condizioni adatte alla vita. Ma prima del suo tuffo, Cassini eseguì 22 orbite molto vicine di Saturno, un tour finale chiamato Grand Finale.

Fu durante il Grand Finale che furono raccolti i dati chiave per la nuova mappa della temperatura dell'atmosfera di Saturno. Per sei settimane, Cassini prese di mira diverse stelle luminose nelle costellazioni di Orione e Canis Major mentre passavano dietro Saturno. Mentre la navicella spaziale osservava che le stelle si alzavano e si posavano dietro il pianeta gigante, gli scienziati hanno analizzato come la luce delle stelle cambiava mentre attraversava l'atmosfera.

Misurare la densità dell'atmosfera ha fornito agli scienziati le informazioni di cui avevano bisogno per trovare le temperature. La densità diminuisce con l'altitudine e la velocità di riduzione dipende dalla temperatura. Hanno scoperto che le temperature raggiungono il picco vicino alle aurore, indicando che le correnti elettriche aurorali riscaldano l'atmosfera superiore.

Misurazioni di densità e temperatura insieme 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 del nostro sistema solare possono essere studiati in questo tipo di dettagli. Grazie a Cassini, abbiamo un quadro più dettagliato dell'atmosfera superiore di Saturno in questo momento rispetto a qualsiasi altro pianeta gigante nell'universo ", Ha detto Brown.

La missione Cassini-Huygens è un progetto cooperativo della NASA, dell'Agenzia spaziale europea e dell'Agenzia spaziale italiana. Il Jet Propulsion Laboratory della NASA, o JPL, una divisione della Caltech a Pasadena, gestisce la missione della direzione della missione scientifica della NASA a Washington. JPL ha progettato, sviluppato e assemblato l'orbiter Cassini.


Fonte:

Università dell'Arizona


Riferimenti:

  1. Z. Brown, T. Koskinen, I. Müller-Wodarg, R. West, A. Jouchoux, L. Esposito. Una mappa pressione-temperatura da polo a polo della termosfera di Saturno dai dati di Grand Finale di Cassini . Nature Astronomy , 2020; DOI: 10.1038 / s41550-020-1060-0