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Pianeti giganti, comete, nane brune e nane rosse
Questa è davvero la fine della serie, quindi divertiti con questo ultimo post e spero che vorrai ancora seguirmi in futuro. Se invece sei appena arrivato qui e non conosci la serie in generale, ti consiglio di andare in fondo e troverai tutti i link completi per farti un’idea generale.
Se ti fossi perso la prima parte e il post premessa, corri a vederli, così puoi seguire il filo logico del discorso. Ti ricordo la struttura del doppio post.
Struttura, ti presento:
– in che contesto/ambiente (Dove)
– con che dinamica (Come)
– su quali pianeti o lune (Chi)
– e che tipo di aurore si possono formare (Cosa)
Alla fine del capitolo, due sintetiche sezioni per “aurore insospettabili” ed “aurore extra-solari”.
Proseguo quindi senza ulteriore indugio !
5a) DOVE ?
Aurore si possono formare sui pianeti giganti (gassosi e ghiacciati) che hanno:
– un forte campo magnetico globale (intrinseco)
– magnetosfere globali
– gigantesche atmosfere dense e stratificate
5b) COME ?
Quando il vento solare interagisce con la magnetosfera che ne devìa le particelle cariche indirizzandole ed energizzandole verso gli atomi dell’alta atmosfera, dove c’è grande abbondanza di Idrogeno
Ricorda che le linee di campo magnetico sono invisibili a meno che non scorra del plasma lungo di esse che ne tracci l’andamento, come sul Sole.
5c) CHI ? COSA ?
Giove e Saturno, Urano e Nettuno
> Aurore simil terrestri visibili solo agli UV
Gli spettacolari pianeti oltre l’orbita di Marte: dal basso i giganti gassosi Giove, Saturno, mentre sopra i giganti ghiacciati Urano e Nettuno, così lontani dal Sole e dalla sua potente attività.
GIOVE
Quinto pianeta del Sistema Solare, a 778 milioni di km dal Sole
Non dovrebbe aver bisogno di presentazioni il pianeta più grande del Sistema Solare che, da solo, ha 2,5 volte la massa di tutti gli altri pianeti messi insieme (ricorda che Saturno è molto meno denso) …
… anche se per me resta il più grande artista del Sistema!
Il campo magnetico è talmente potente che scherma dal lato rivolto al Sole costringendo il vento solare a deviare, mentre la lunga e turbolenta coda magnetica si estende fino ad intersecare addirittura l’orbita di Saturno.
Giove da mostra delle sue aurore permanenti ai poli, in UV. Le fasce di radiazioni che intrappolano le particelle cariche sono letali e pericolose perfino per i circuiti elettronici delle sonde (livello 10 volte superiore alle Fasce di Van Allen).
La cosa però davvero curiosa è che tali particelle provengono dalla luna IO, la principale responsabile delle aurore permanenti.
In prospettive diverse ma sempre entrambi i poli. L’imponente magnetosfera di Giove ha una forte emissione Radio, come una pulsar, e tale emissione è collegata alle aurore e all’intensa interazione con la luna IO principalmente.
Il telescopio spaziale Hubble da il meglio di se in queste immagini. Giove ha ben 79 satelliti, di cui le 4 lune principali, definite satelliti “medicèi” o galileiani (IO, Europa, Ganimede, Callisto) hanno fenomeni simili ai pianeti terrestri (vulcanismo e riscaldamento mareale).
Dettaglio aurora Polo Nord di Giove, in UV.
Dettaglio aurora Polo Sud di Giove.
SATURNO
Sesto pianeta del Sistema Solare, a circa 1,4 miliardi di km dal Sole
Saturno, il Signore degli Anelli, è l’unico pianeta del Sistema Solare ad avere una densità media inferiore a quella dell’acqua tanto che, si dice, potrebbe “galleggiare” sopra un immenso oceano (in realtà ci si riferisce all’atmosfera, perché invece all’interno del pianeta la densità è decisamente superiore a quella dell’acqua).
Un’occhiata al suo campo magnetico, 20 volte minore di quello di Giove e quindi nell’ordine di quello terrestre.
Qualche spettacolare immagine anche per lui dalla sonda Cassini della NASA.
Questa è la prima immagine dell’aurora ultravioletta di Saturno presa dallo Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) a bordo del telescopio spaziale Hubble nell’ottobre 1997
Bellissima immagine del telescopio spaziale Hubble in luce UV. Saturno ha una magnetosfera simmetrica e debole: le correnti elettriche aurorali nascono dalle interazioni tra i venti solari e le particelle cariche delle sue Lune Titano ed Encelado.
Spettacolare immagine composita, in UV nel 2017 sul polo nord, e nel visibile sul pianeta intero ad inizio 2018. Saturno ha 82 satelliti, di cui 29 lune confermate e nominate e altre 29 in attesa di conferma.
Aurora meridionale; le aurore su Saturno possono durare diversi giorni.
Aurora sull’incredibile esagono al polo nord, vista notturna della sonda Cassini in falsi colori agli Infrarossi: le correnti elettriche aurorali provocano il riscaldamento dell’atmosfera superiore ai poli.
Dettaglio ovale aurorale agli Ultravioletti. Su Saturno sono state avvistate deboli e rare aurore rosa e viola, osservando in UV e IR.
URANO
Settimo pianeta del Sistema Solare, a 2,87 miliardi di km dal Sole
Il gigante “sdraiato” in tutta la sua bellezza. È il pianeta esterno meno massiccio del Sistema Solare. Il bellissimo colore blu deriva dall’assorbimento della radiazione rossa dovuto al metano dell’alta atmosfera.
Spicca tra i giganti la differenza nell’asse di rotazione di Urano, per questo definito “gigante sdraiato“, con conseguente magnetosfera complessa.
La magnetosfera è fortemente asimmetrica perché il dipolo magnetico (Sud-Nord) è spostato verso sud di circa 1/3 del pianeta, quindi proprio è fuori centro. Oltre ad essere spostato, il dipolo è fortemente inclinato (58,6 gradi) rispetto all’asse di rotazione, caratteristica peculiare di Urano.
La forte inclinazione del dipolo ci dice che a formare il campo magnetico è il movimento di materia a profondità relativamente basse, come ad esempio un oceano di acqua ed ammoniaca.
Straordinaria immagine catturata dalla sonda Voyager 2, dove sono evidenti gli anelli di Urano. I satelliti sono almeno 27.
La complessa situazione di Urano fa sì che ciascuna regione polare sia illuminata dal Sole per 40 anni e rimanga in ombra per altrettanti anni! Per questo l’aurora vista da Voyager 2 nel 1986 è diversa da quella fotografata successivamente dall’HST nel 2011.
Questa e la prossima foto sono il frutto di tanta fortuna ma anche di incredibile pianificazione. “Nel 2011 Terra, Giove e Urano si sono allineati e a settembre ci fu grande attività solare. Monitorando con i satelliti terrestri la velocità del vento solare, 500 km/sec …
… calcolando 2-3 giorni per raggiungere la Terra, 2 settimane per Giove e metà novembre per Urano, il team di ricerca prenotò per tempo l’utilizzo di Hubble per non perdere l’eccezionale previsto evento”.
Devi sapere che le aurore su Urano sono appena rilevabili e durano appena un paio di minuti, anche se cambiano a seconda della posizione del pianeta al suo solstizio o equinozio!
Una recentissima ricerca (Herbert et al.) pubblicata proprio questo mese evidenzia le osservazioni aurorali che sono state effettuate su Urano a partire dal 1985 nell’arco di 40 anni sulla base dei dati di Voyager 2 e Hubble, ovviamente in Ultravioletto.
Urano e Nettuno, i giganti ghiacciati, comparati efficacemente con la nostra piccola Terra.
NETTUNO
Ottavo pianeta del Sistema Solare, a 4,5 miliardi di km dal Sole
Nettuno è il pianeta più lontano del Sistema Solare, e più massiccio e più denso di Urano. Il suo campo magnetico ha un’intensità dello stesso ordine di grandezza di Urano.
Nettuno ha un asse di rotazione abbastanza inclinato, non come Urano certo, ma la sua magnetosfera ha un’inclinazione estrema e, anche se la sua struttura è più standard, resta unica.
La magnetosfera di Nettuno produce aurore molto deboli, così come emissioni radio e altre onde. Nettuno ha 14 satelliti (la luna Tritone geologicamente attiva con geyser di azoto liquido).
È l’unico pianeta magnetizzato nel nostro Sistema Solare senza una sola osservazione delle sue emissioni aurorali!
Nettuno è il gigante più lontano di tutti, ben 30 UA, e riceve di conseguenza 900 volte meno energia rispetto alla Terra.
Così lontano dal Sole, ha tuttavia il Guinness dei venti più potenti del Sistema Solare, possono infatti superare i 2.000 km/h (600 metri/secondo).
Come nel capitolo precedente, ti ripropongo di nuovo un’altra comoda infografica per ricordarti le dimensioni di satelliti e lune di cui ti sto parlando.
6a) DOVE ?
Aurore si possono formare su Lune:
– prive di campo magnetico proprio globale (intrinseco)
– prive di magnetosfera
– ma dotate di una tenue atmosfera indotta dal gigante e connessa in “circuito dinamo”
6b) COME ?
Tali Lune espellono particelle ionizzate in atmosfera diventando così conduttori di elettricità (sia il corpo che l’atmosfera) …
… e l’ambiente magnetico del gigante attorno a cui orbitano mette in collegamento magnetico, tramite le linee di campo, questo canale elettrico di vaste proporzioni.
Si crea in tal modo una “distorsione indotta” al campo magnetico gioviano e fenomeni aurorali dovuti al circuito dinamo magnetico.
6c) CHI ? COSA ?
IO ed Europa – lune di Giove; Encèlado – luna di Saturno
> fenomeni aurorali dovuti a circuiti dinamo magnetici
IO (Giove)
Luna di Giove, satellite galileiano o medicèo, a circa 421.000 km dal gigante
IO è grande poco più della nostra Luna e tuttavia è l’oggetto geologicamente più attivo di tutto il Sistema Solare, con oltre 300 vulcani attivi e quindi eruzioni quotidiane e senza sosta! Così piccolo, rispetto ai pianeti, e tuttavia così acceso!
Tanto per stupirti, se i vulcani di IO si trovassero sulla Terra, i getti di zolfo e biossido di zolfo sparati in atmosfera supererebbero la quota della ISS – Base Spaziale Internazionale – arrivando fino a 500 km!
I responsabili in realtà, oltre a Giove, sono Europa e Ganimede: oltre a subire l’enorme attrazione di Giove, le altre due lune ogni settimana gli passano vicino …
… quindi IO subisce un “tira e molla gravitazionale” che attiva le “forze mareali” al suo interno fondendo le rocce e mantenendo attivi i vulcani.
Ovviamente la luna in realtà non si trasforma visivamente in modo così esasperato come nella sottostante infografica, ma ti serve per capire le potenti forze che subisce.
In tali condizioni IO diventa un colossale generatore elettrico che raddoppia letteralmente il campo magnetico gioviano.
Su Giove grazie alla dinamo magnetica vengono proiettate le tracce/ombre delle lune, anche se IO è la responsabile principale.
Le aurore di IO sono sempre presenti e cambiano costantemente luminosità durante un periodo di rotazione di Giove. Esse sono causate da particelle cariche che fluiscono dal gigante gassoso stesso. E a differenza della Terra, le aurore brillano sull’equatore della luna piuttosto che sui suoi poli.
Europa (Giove)
Luna di Giove, satellite galileiano o medicèo, a circa 671.000 km dal gigante
È il corpo più liscio del Sistema Solare, la superficie praticamente priva di rilievi. La crosta è infatti costituita da acqua ghiacciata. Le sue foto somigliano a quelle dei mari ghiacciati terrestri.
Il vento solare interagendo con la superficie ghiacciata produce vapor acqueo che viene poi dissociato formando una tenue atmosfera di Ossigeno. L’Idrogeno dissociato si perde nello spazio formando invece una “nube neutra” più densa di quella di IO, che viene poi ionizzata dal plasma di Giove.
La caratteristica più importante è però l’oceano caldo globale che nasconde sotto la crosta ghiacciata (uno strato di acqua salata liquida ad una temperatura prossima a 0 gradi C) …
… avendo la sonda Galileo rilevato ed essendo stata confermata la presenza di potenti geyser sulla superficie al polo sud.
Nella bella immagine composita qui sotto, Giove ed Europa sono reali nel visibile, mentre è sovrapposta l’immagine in Ultravioletto, colta da Hubble, della debole emissione aurorale dei pennacchi di vapore acqueo (water vapour plumes).
In effetti si stima che Europa contenga una quantità di acque sotto la superficie e a diretto contatto con la roccia, maggiore di quelle terrestri …
… nonostante le piccole dimensioni della luna, di poco inferiori alla nostra Luna.
Come detto, Europa subisce l’attrazione gravitazionale di Giove e le azioni mareali di IO e Ganimede che sono con lei in risonanza orbitale.
Credo gradirai questo video di 5 minuti di Media Inaf in cui il dottor Mura descrive proprio le tracce delle lune sulle aurore di Giove.
Encèlado (Saturno)
Luna di Saturno, a circa 238.000 km dal gigante
Encèlado, satellite di Saturno, è uno dei 4 corpi celesti del Sistema Solare esterno (oltre ad IO, Europa – di Giove – e Tritone – di Nettuno) dove sono state osservate delle eruzioni attive.
Puoi qui apprezzare la sua posizione piuttosto ravvicinata agli anelli visibili dallo spazio.
Encèlado, come Titano, è un crio-vulcano (“vulcano ghiacciato”) che ha attività geologica con eruzioni di acqua ed elementi volatili, a differenza ad esempio di IO (luna di Giove) che produce pennacchi di zolfo e biossido di zolfo.
Come Ganimede ed Europa, anche Encèlado ha superficie ghiacciata e nasconde un oceano globale sotto la crosta.
Encèlado emette getti dal polo sud, davanti agli anelli di Saturno e alla piccola Pandora: un sistema di geyser dalla superficie ghiacciata soffia grandi quantità di acqua nello spazio.
I getti di vapore ben visibili distorgono le linee del campo magnetico di Saturno e ne risentono andando verso i suoi poli, sommandosi al vento solare.
Tutte queste particelle colpiscono l’elio e l’idrogeno degli strati più esterni di Saturno, liberano la loro energia, producendo spettacolari aurore. Questa l’impronta di Encèlado sull’aurora di Saturno che hai visto prima.
Ricordo che nel Sistema Solare:
- sono titolari di eruzioni attive:
Venere, IO, Europa, Encèlado e Tritone
- hanno superfici ghiacciate con al di sotto oceani di acqua:
Ganimede, Europa ed Encèlado
- sono crio-vulcani, cioè vulcani “ghiacciati” che emettono acqua ed altri elementi volatili anziché magma e zolfo:
Titano ed Encèlado, Tritone e il pianeta nano Cerere
Comparazioni di dimensioni con riferimento la Terra, notare le dimensioni simili di IO e della Luna.
Aurore insospettabili
Cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko
La sonda Rosetta dell’Agenzia spaziale europea (Esa) nell’agosto 2014 è la prima a raggiungere una cometa e ad atterrarvi con un lander. Per la prima volta vengono rilevate emissioni aurorali in luce Ultravioletta attorno ad una cometa, scoperta dei ricercatori dell’Imperial College di Londra.
Il processo che le causa risulta essere molto simile a quello presente nelle aurore sulla Terra e su Marte, nonostante sulla cometa non sia presente un campo magnetico.
Le aurore si formano nell’interazione tra gli elettroni del vento solare e il gas presente intorno al nucleo polveroso e ghiacciato della cometa: gli elettroni interagiscono con le molecole nella chioma dissociandole e poi gli atomi subiscono accelerazione vicino alla cometa e da qui il salto quantico.
La brevissima animazione dell’ESA.
Aurore Extra-solari, cenni
Nana bruna LSRJ1835 + 3259
Situata a circa 20 anni luce dalla Terra, nella costellazione della Lyra
Le nane brune sono “stelle fallite“, troppo piccole per avviare reazioni termonucleari come le stelle, troppo grandi per essere classificate pianeti. Generalmente oggetti deboli, freddi e scuri …
… tuttavia le loro aurore sono circa 1 milione di volte più luminose di quelle terrestri, e sono rosse sempre a causa dell’Idrogeno in atmosfera, inoltre possono emettere in banda radio, come succede per Giove. In questo caso non è ancora chiaro cosa provochi l’aurora, ma non essendoci altre stelle vicine che disturbino le osservazioni e neanche vento stellare, la ricerca è facilitata.
Sistema Nana rossa Gj 1151 – pianeta
Situato a 22 anni luce da noi, in direzione dell’Orsa Maggiore
L’Universo è pieno di nane rosse, stelle molto più piccole e fredde del Sole ma con campi magnetici assai più intensi ed emettitrici di onde radio.
Gj 1151 infatti scalda il pianeta che le ruota attorno a distanza ravvicinata e ne “erode l’atmosfera”, come Giove con IO, ed esattamente come IO il pianeta fa da generatore elettrico, alimentando le aurore e l’emissione radio sulla stella.
Video di 4 minuti di Media Inaf: un team di radioastronomi guidato da Harish Vedantham della olandese Astron – l’istituto di radioastronomia dei Paesi Bassi – spiega la formazione di aurore nell’interazione del sistema Gj 1151 – pianeta orbitante.
È finita questa avventura!
È stato un vero piacere, lungo e faticoso a momenti, ma soprattutto lungo e divertente. Spero ti sia davvero divertito/a. Ora decollo con la mia astronave Blogparsec verso altri lidi affascinanti. Sarò lieto se vorrai continuare a seguirmi “A Piedi Nudi nel Parsec”!
GRAZIE per avermi seguito fino a qui!
La serie completa “In a nutshell” about Aurora
Link utili:
– Ringraziamento speciale ad Andreotti Roberto per la generosa disponibilità e la ricchezza di materiale fornitomi, nonché la grande competenza
– “Il Sistema Solare – Elenco Post” di Andreotti Roberto, Insa
– “Libro sul Sistema Solare: pianeti, pianeti nani, satelliti, asteroidi e corpi minori“, by Andreotti Roberto
– “Le lune di Giove si specchiano sulle aurore polari“, di Media Inaf, Eleonora Ferroni
– “Qui radio Aurora“, di Media Inaf, Stefano Parisini
– “Ritorno su Urano“, la magnetosfera di Urano “incubo geometrico”, di Media Inaf, Davide Coero Borga
– “Un aurora su Urano“, Media Inaf, Sabrina Masiero
– “Aurore aliene su Urano“, Media Inaf, Francesca Aloisio
– “Sulle ali di luce di un’aurora“, Kalòs Kaì Agathòs, da un’idea di Domenico Licchelli
– foto esplosione vulcanica su IO, Goddard Space Flight Center/NASA
– Solar System Exploration, NASA Science
– “Viaggio nel Sistema Solare“, dottoressa Loretta Solmi per il corso di “Fisica dei pianeti” tenuto dal professor Bartolini, Facoltà di Astronomia dell’Università di Bologna, 2010
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