Un'impressione artistica della vista della luna Caronte attraverso gli strati di foschia atmosferici di Plutone sopra il paesaggio montano di ghiaccio d'acqua di roccia fresca parzialmente coperto da deposizione di oscurità, particelle di foschia rossastra. Credito:X. Liu
La composizione del gas dell'atmosfera di un pianeta generalmente determina la quantità di calore che rimane intrappolata nell'atmosfera. Per il pianeta nano Plutone, però, la temperatura prevista in base alla composizione della sua atmosfera era molto più alta delle misurazioni effettive effettuate dalla navicella spaziale New Horizons della NASA nel 2015.
Un nuovo studio pubblicato il 16 novembre in Natura propone un nuovo meccanismo di raffreddamento controllato da particelle di foschia per tenere conto dell'atmosfera gelida di Plutone.
"È stato un mistero da quando abbiamo ottenuto per la prima volta i dati sulla temperatura da New Horizons, " ha detto il primo autore Xi Zhang, assistente professore di scienze della Terra e planetarie presso la UC Santa Cruz. "Plutone è il primo corpo planetario che conosciamo in cui il bilancio energetico atmosferico è dominato da particelle di foschia in fase solida anziché dai gas".
Il meccanismo di raffreddamento prevede l'assorbimento di calore da parte delle particelle di foschia, che poi emettono radiazioni infrarosse, raffreddare l'atmosfera irradiando energia nello spazio. Il risultato è una temperatura atmosferica di circa 70 Kelvin (meno 203 gradi Celsius, o meno 333 gradi Fahrenheit), invece dei previsti 100 Kelvin (meno 173 Celsius, o meno 280 gradi Fahrenheit).
Secondo Zhang, l'eccesso di radiazione infrarossa dalle particelle di foschia nell'atmosfera di Plutone dovrebbe essere rilevabile dal James Webb Space Telescope, consentendo la conferma dell'ipotesi del suo team dopo il lancio previsto del telescopio nel 2019.
Gli strati di foschia di Plutone sono visibili in questa immagine presa dalla New Horizons Ralph/Multispectral Visible Imaging Camera e generata al computer per replicare il vero colore. La foschia è prodotta da reazioni chimiche di azoto e metano avviate dalla luce solare, portando a piccole particelle che crescono e si depositano verso la superficie. Credito:NASA/JHUAPL/SwRI
Estesi strati di foschia atmosferica possono essere visti nelle immagini di Plutone scattate da New Horizons. La foschia deriva da reazioni chimiche nell'alta atmosfera, dove la radiazione ultravioletta del sole ionizza azoto e metano, che reagiscono per formare minuscole particelle di idrocarburi di decine di nanometri di diametro. Mentre queste minuscole particelle affondano nell'atmosfera, si uniscono per formare aggregati che si ingrandiscono man mano che scendono, eventualmente depositarsi in superficie.
"Crediamo che queste particelle di idrocarburi siano correlate alla sostanza rossastra e brunastra vista nelle immagini della superficie di Plutone, " disse Zhang.
I ricercatori sono interessati a studiare gli effetti delle particelle di foschia sul bilancio energetico atmosferico di altri corpi planetari, come la luna di Nettuno Tritone e la luna di Saturno Titano. Le loro scoperte potrebbero anche essere rilevanti per le indagini sugli esopianeti con atmosfere nebbiose.
I coautori di Zhang sono Darrell Strobel, uno scienziato planetario della Johns Hopkins University e co-investigatore della missione New Horizons, e Hiroshi Imanaka, uno scienziato dell'Ames Research Center della NASA a Mountain View, che studia la chimica delle particelle di foschia nelle atmosfere planetarie. Questa ricerca è stata finanziata dalla NASA.
