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7 Dicembre 2019
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    Se Europa già prometteva bene, arriva la conferma dell’individuazione diretta di vapor d’acqua in pennachi sopra la superficie della luna di Giove. Non è ancora la prova diretta della presenza di acqua liquida sotto la crosta ghiacciata della luna, ma è sicuramente la cosa più vicina che potessimo trovare con osservazioni da terra. Ora la palla passa alla missione Europa Clipper, che la studierà da vicino in modo dedicato e approfondito.

    A sinistra, una vista di Europa presa da quasi 3 milioni di chilometri il 2 marzo 1979, dalla Voyager 1. Al centro, un'immagine della luna a colori, ripresa dalla Voyager 2, nel suo incontro ravvicinato del 9 luglio 1979. A destra, uno scatto dalla sonda Galileo, della fine del 1990, in cui le caratteristiche e uniche venature rossastre della luna si mostrano ben evienti sul resto della superficie ghiacciata.

    Sono quarant’anni che la luna di Giove Europa solletica l’interesse degli scienziati alla ricerca di vita nel Sistema Solare, a partire da quelle immagini riprese dalle sonde Voyager di una luna così diversa da tutte le altre, ricoperta da venature rossastre (che non hanno mancato di far sorgere anche domande sulla possibile artificiosità della loro natura), dall’apparenza di un enorme globo oculare senza pupilla.

    Nei decenni successivi le missioni di esplorazione del Sistema Solare esterno, hanno confermato l’interesse per questo mondo alieno, fino a farlo diventare uno degli obiettivi prioritari nella ricerca di vita di tutte le agenzie spaziali, in particolare per la NASA. Europa infatti è una di quelle lune che potrebbe possedere tutti gli ingredienti necessari per sostenere la vita, anche in uno spazio remoto e lontano dal Sole come quello del Sistema Solare esterno.

    Un oceano, forse due volte più grande di quello terrestre, di acqua liquida e salmastra sotto a una spessa crosta ghiacciata, che a tratti si crepa per una probabile attività idrotermale interna, lasciando sfuggire dei pennacchi, degli altissimi geyser, che si innalzano dalla sua superficie.
    Fin’ora però, nonostante tutte le supposizioni e le prove indirette, nessuno era ancora mai riuscito a trovare in modo diretto molecole d’acqua sopra la superficie della luna, e anche i pennacchi sono sempre stati fugaci visioni visibili a fatica nelle immagini delle sonde e da terra.

    Ora, un team di ricerca internazionale condotto dal Goddard Space Flight Center della NASA (Maryland), guidato da Lucas Paganini, scienziato planetario della NASA, ha rilevato per la prima volta le tracce di vapore acqueo grazie alla vista di uno dei più grandi telescopi del mondo alle Hawaii.

    «Elementi chimici essenziali (come carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto, fosforo e zolfo) e fonti di energia, due dei tre requisiti per la vita, si trovano in tutto il Sistema Solare. Ma il terzo – l’acqua liquida – è alquanto difficile da trovare fuori dalla Terra», spiega Paganini. «Anche se gli scienziati non hanno ancora rilevato direttamente acqua liquida, abbiamo trovato ciò che di meglio e di più vicino potevamo trovare: acqua sotto forma di vapore».

    Le osservazioni dall’Osservatorio W.M. Keck sul Mauna Kea, erano rivolte verso l’emisfero principale della luna. Europa infatti, come la nostra Luna attorno alla Terra, è in orbita sincrona attorno a Giove, bloccata gravitazionalmente e gli mostra sempre la stessa faccia: l’emisfero definito “principale” è quello sempre rivolto verso la direzione dell’orbita, il “davanti” rispetto al moto orbitale del pianeta, mentre l’emisfero “finale” è sempre rivolto nella direzione opposta.

    Le molecole d'acqua emettono specifiche frequenze nel campo della luce infrarossa quando interagiscono con la radiazione solare, il problema è distinguerle da quelle nell'astmosfera terrestre. Crediti: Michael Lentz/NASA Goddard

    Per misurare la composizione chimica dell’atmosfera della luna è stato usato uno spettrografo che opera in luce infrarossa in emissione e assorbimento. Le molecole come l’acqua, infatti, emettono frequenze specifiche di luce infrarossa quando interagiscono con la radiazione solare. È in questi spettri che il team di Paganini ha rilevato il debole ma distinto segnale del vapore acqueo, anche se solo una volta, durante 17 notti di osservazioni tra il 2016 e il 2017. L’acqua rilasciata però sarebbe tanta da poter riempire una piscina olimpionica in pochi minuti (2.360 chilogrammi al secondo), ma appare di rado, almeno in quantità sufficiente da essere vista da Terra.
    Spiega Paganini: «Per me, la cosa interessante di questo lavoro non è solo che si tratta della prima rilevazione diretta dell’acqua su Europa, ma anche la sua stessa mancanza, entro i limiti del nostro metodo di rilevazione».

    Come mai ci è voluto così tanto tempo per ottenere una conferma diretta, visto che i sospetti erano così forti?
    Il problema principale è che rilevare vapore acqueo in altri mondi è complicato. Le sonde spaziali ad oggi hanno capacità limitate di rilevarlo e gli scienziati che utilizzano telescopi terrestri, pur dalla strumentazione sempre più sofisticata, per cercare acqua nello spazio profondo devono tenere conto del forte disturbo introdotto dall’acqua nell’atmosfera terrestre, letteralmente come distinguere una goccia d’acqua aliena in un oceano terrestre…

    Per minimizzare questo effetto, il team di Paganini ha usato complessi modelli matematici e computerizzati per simulare le condizioni dell’atmosfera terrestre in modo da poter distinguere, nei dati restituiti dallo spettrografo Keck, l’acqua atmosferica terrestre da quella di Europa.

    «Abbiamo eseguito rigorosi controlli di sicurezza per rimuovere possibili contaminanti nelle osservazioni terrestri», assicura Avi Mandell, scienziato planetario di Goddard nel team di Paganini. «Ma, alla fine, si dovrà avvicinarsi a Europa per vedere cosa sta realmente succedendo».

    Questa conferma aiuta anche a consolidare quanto si è ipotizzato di Europa finora e di indagare le dinamiche interne alla luna. Il vapor d’acqua infatti sostiene l’ipotesi della presenza di un oceano d’acqua liquida sotto la crosta ghiacciata, anche se le molecole rintracciate potrebbero provenire da bacini di ghiaccio sciolto appena sotto la superficie…

    Un’ulteriore causa, sarebbe imputata al campo di radiazioni proveniente da Giove, che interagendo con la superficie strapperebbe via particelle d’acqua dal ghiaccio della superficie, ma nello studio viene argomentato il perché si pensa non sia questo il caso, o comunque non sia sufficiente a spiegare le osservazioni..

    Come dicevamo, prima di questo studio sono stati tanti i risultati che hanno fatto sì che via via Europa fosse un target di sempre maggior interesse.

    Europa ripresa dalla sonda della NASA Galileo. Crediti: NASA/JPL-Caltech/ SETI Institute

    Il primo è arrivato dalla sonda Galileo della NASA, in orbita attorno a Giove tra il 1995 e il 2003, che ha misurato delle perturbazioni nel campo magnetico di Giove vicino a Europa. Lo studio di queste perturbazioni ha suggerito la necessaria esistenza di un fluido elettricamente conduttivo all’interno della luna, origine dei disturbi magnetici, probabilmente un oceano salato sotto lo strato di ghiaccio di Europa. Nel 2018, analizzando più da vicino questi dati, si sono trovate le prove dell’esistenza di possibili pennacchi.

    Nel frattempo però, nel 2013, grazie al telescopio spaziale Hubble della NASA erano stati rilevati i singoli elementi chimici, idrogeno (H) e ossigeno (O), che come sappiamo sono i componenti dell’acqua (H2O), in configurazioni simili a pennacchi nell’atmosfera di Europa. Solo alcuni anni dopo, altri ricercatori, sempre grazie a immagini prese da Hubble, hanno identificato delle figure simili a dita osservando la sagoma della luna mentre passava davanti a Giove.

    «Questa prima identificazione diretta del vapore acqueo su Europa è una fondamentale conferma delle rilevazioni originali di specie atomiche, e mette in evidenza l’apparente scarsità di grandi pennacchi su questo mondo ghiacciato», sottolinea Lorenz Roth, astronomo e fisico del KTH Royal Institute of Technology a Stoccolma, che ha guidato lo studio del 2013 ed è coautore di questo nuovo studio.

    Ora manca solo la possibilità di uno studio ravvicinato di Europa, e la missione è già pronta. Europa Clipper, della NASA, dovrebbe essere lanciata a metà degli anni ’20 e completerà mezzo secolo di scoperte scientifiche che sono iniziate con una semplice foto di un misterioso e velato bulbo oculare.

    Quando arriverà attorno in orbita attorno ad Europa, Clipper condurrà una dettagliata indagine della superficie della luna, del suo interno, della sua sottile atmosfera, dell’oceano sotterraneo e in teoria anche delle più piccole brecce attive. Clipper proverà a scattare immagini di ogni pennacchio in cui si imbatterà e a campionare le molecole che troverà nell’atmosfera con i suoi spettrometri di massa. Suo compito sarà anche di cercare un sito di interesse dal quale un futuro lander potrebbe raccogliere dei campioni. Tutto questo per svelare definitivamente ii segreti di Europa e il suo potenziale di sostenibilità della vita.

    Lo studio pubblicato su Nature Astronomy: A measurement of water vapour amid a largely quiescent environment on Europa di L. Paganini, G. L. Villanueva, L. Roth, A. M. Mandell, T. A. Hurford, K. D. Retherford & M. J. Mumma


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