Il Voyager 2 ha scattato questa immagine mentre si avvicinava al pianeta Urano il 14 gennaio, 1986. Il colore bluastro del pianeta è dovuto al metano nella sua atmosfera, che assorbe le lunghezze d'onda rosse della luce. Credito:NASA/JPL-Caltech
A otto anni e mezzo dal suo grand tour del sistema solare, La navicella spaziale Voyager 2 della NASA era pronta per un altro incontro. Era il 24 gennaio, 1986, e presto avrebbe incontrato il misterioso settimo pianeta, Urano gelido.
Nelle prossime ore, Voyager 2 ha volato entro 50, 600 miglia (81, 433 chilometri) delle cime delle nuvole di Urano, raccogliendo dati che hanno rivelato due nuovi anelli, 11 lune nuove e temperature inferiori a meno 353 gradi Fahrenheit (meno 214 gradi Celsius). Il set di dati è ancora l'unica misurazione ravvicinata che abbiamo mai fatto del pianeta.
Tre decenni dopo, gli scienziati che hanno riesaminato quei dati hanno trovato un altro segreto.
All'insaputa dell'intera comunità di fisica spaziale, 34 anni fa la Voyager 2 attraversò un plasmoide, una gigantesca bolla magnetica che potrebbe aver trasportato l'atmosfera di Urano nello spazio. Il ritrovamento, segnalato in Lettere di ricerca geofisica , solleva nuove domande sull'ambiente magnetico unico del pianeta.
Un eccentrico magnetico traballante
Le atmosfere planetarie di tutto il sistema solare stanno perdendo nello spazio. L'idrogeno sgorga da Venere per unirsi al vento solare, il flusso continuo di particelle che sfuggono al Sole. Giove e Saturno espellono globi della loro aria elettricamente carica. Anche l'atmosfera terrestre perde. (Non preoccuparti, durerà per un altro miliardo di anni o giù di lì.)
Gli effetti sono minimi sui tempi umani, ma dato abbastanza a lungo, la fuga atmosferica può alterare radicalmente il destino di un pianeta. Ad esempio, guarda Marte.
"Marte era un pianeta umido con un'atmosfera densa, " ha detto Gina Di Braccio, fisico spaziale presso il Goddard Space Flight Center della NASA e scienziato del progetto per l'atmosfera di Marte e l'evoluzione volatile, o missione MAVEN. "Si è evoluto nel tempo" - 4 miliardi di anni di perdite nello spazio - "per diventare il pianeta arido che vediamo oggi".
GIF animata che mostra il campo magnetico di Urano. La freccia gialla indica il Sole, la freccia azzurra segna l'asse magnetico di Urano, e la freccia blu scuro indica l'asse di rotazione di Urano. Credito:NASA/Scientific Visualization Studio/Tom Bridgman
La fuga atmosferica è guidata dal campo magnetico di un pianeta, che possono sia aiutare sia ostacolare il processo. Gli scienziati ritengono che i campi magnetici possano proteggere un pianeta, respingere le esplosioni del vento solare che lacerano l'atmosfera. Ma possono anche creare opportunità di fuga, come i globi giganti che si staccano da Saturno e Giove quando le linee del campo magnetico si aggrovigliano. In entrambi i casi, per capire come cambiano le atmosfere, gli scienziati prestano molta attenzione al magnetismo.
Questa è una ragione in più per cui Urano è un tale mistero. Il flyby di Voyager 2 del 1986 ha rivelato quanto sia magneticamente strano il pianeta.
"La struttura, il modo in cui si muove..., " Di Braccio ha detto "Urano è davvero da solo."
A differenza di qualsiasi altro pianeta del nostro sistema solare, Urano gira quasi perfettamente su un fianco, come un maiale allo spiedo, completando un rotolo di botte una volta ogni 17 ore. Il suo asse del campo magnetico punta a 60 gradi di distanza da quell'asse di rotazione, così mentre il pianeta gira, la sua magnetosfera, lo spazio scavato dal suo campo magnetico, oscilla come un pallone da calcio mal lanciato. Gli scienziati non sanno ancora come modellarlo.
Questa stranezza ha attirato DiBraccio e il suo coautore Dan Gershman, un collega fisico spaziale Goddard, al progetto. Entrambi facevano parte di una squadra che stava elaborando piani per una nuova missione sui "giganti di ghiaccio" Urano e Nettuno, e cercavano misteri da risolvere. Lo strano campo magnetico di Urano, misurato l'ultima volta più di 30 anni fa, sembrava un buon punto di partenza.
Quindi hanno scaricato le letture del magnetometro di Voyager 2, che monitorava la forza e la direzione dei campi magnetici vicino a Urano mentre l'astronave passava. Senza idea di cosa avrebbero trovato, hanno ingrandito più da vicino rispetto agli studi precedenti, tracciando un nuovo punto dati ogni 1,92 secondi. Le linee morbide hanno lasciato il posto a punte e avvallamenti frastagliati. E fu allora che lo videro:un piccolo zigzag con una grande storia.
"Pensi che potrebbe essere... un plasmoide?" Gershman ha chiesto a DiBaccio, vedendo lo scarabocchio.
Poco conosciuto al momento del flyby di Voyager 2, da allora i plasmoidi sono stati riconosciuti come un importante modo in cui i pianeti perdono massa. Queste gigantesche bolle di plasma, o gas elettrificato, staccarsi dall'estremità della coda magnetica di un pianeta, la parte del suo campo magnetico che viene respinta dal Sole come una manica a vento. Con abbastanza tempo, i plasmoidi in fuga possono drenare gli ioni dall'atmosfera di un pianeta, cambiando radicalmente la sua composizione. Erano stati osservati sulla Terra e su altri pianeti, ma nessuno aveva ancora rilevato plasmoidi su Urano.
DiBraccio ha eseguito i dati attraverso la sua pipeline di elaborazione e i risultati sono tornati puliti. "Penso che lo sia sicuramente, " lei disse.
Dati del magnetometro dal sorvolo di Urano del 1986 di Voyager 2. La linea rossa mostra i dati mediati su periodi di 8 minuti, una cadenza temporale utilizzata da diversi studi precedenti di Voyager 2. In nero, gli stessi dati vengono tracciati con una risoluzione temporale maggiore di 1,92 secondi, rivelando la firma a zigzag di un plasmoide. Credito:NASA/Dan Gershman
La bolla scappa
Il plasmoide che DiBraccio e Gershman hanno trovato occupava solo 60 secondi del volo di 45 ore di Voyager 2 da parte di Urano. È apparso come un rapido blip nei dati del magnetometro. "Ma se lo tracciassi in 3-D, sembrerebbe un cilindro, " ha detto Gershman.
Confrontando i loro risultati con i plasmoidi osservati su Giove, Saturno e Mercurio, hanno stimato una forma cilindrica almeno 127, 000 miglia (204, 000 chilometri) di lunghezza, e fino a circa 250, 000 miglia (400, 000 chilometri) di diametro. Come tutti i plasmoidi planetari, era pieno di particelle cariche, per lo più idrogeno ionizzato, gli autori credono.
Le letture dall'interno del plasmoide, mentre Voyager 2 lo attraversava, suggerivano le sue origini. Considerando che alcuni plasmoidi hanno un campo magnetico interno distorto, DiBraccio e Gershman hanno osservato liscio, circuiti magnetici chiusi. Tali plasmoidi a forma di anello si formano tipicamente quando un pianeta rotante lancia frammenti della sua atmosfera nello spazio. "Le forze centrifughe prendono il sopravvento, e il plasmoide si stacca, " disse Gershman. Secondo le loro stime, plasmoidi come quello potrebbero rappresentare tra il 15 e il 55% della perdita di massa atmosferica a Urano, una proporzione maggiore di Giove o Saturno. Potrebbe essere il modo dominante in cui Urano diffonde la sua atmosfera nello spazio.
In che modo la fuga del plasmoide ha cambiato Urano nel tempo? Con una sola serie di osservazioni, è difficile da dire.
"Immagina se una navicella spaziale volasse attraverso questa stanza e cercasse di caratterizzare l'intera Terra, " DiBraccio ha detto. "Ovviamente non ti mostrerà nulla di com'è il Sahara o l'Antartide".
Ma i risultati aiutano a focalizzare nuove domande sul pianeta. Il restante mistero fa parte del sorteggio. "Ecco perché amo la scienza planetaria, " DiBraccio ha detto. "Vai sempre da qualche parte che non conosci davvero."
