Molto è cambiato tecnologicamente da quando la missione Galileo della NASA ha lanciato una sonda nell'atmosfera di Giove per indagare, tra l'altro, il motore termico che guida la circolazione atmosferica del gigante gassoso.

Uno scienziato della NASA e il suo team al Goddard Space Flight Center di Greenbelt, Maryland, stanno approfittando di quei progressi per maturare un più piccolo, radiometro a flusso netto più capace. Questo tipo di strumento indica agli scienziati dove si verificano il riscaldamento e il raffreddamento nell'atmosfera di un pianeta e definisce i ruoli delle fonti di calore solare e interne che contribuiscono ai movimenti atmosferici. Il radiometro di nuova generazione è stato sviluppato specificamente per studiare le atmosfere di Urano o Nettuno, ma potrebbe essere utilizzato su qualsiasi obiettivo con un'atmosfera.

Di tutti i pianeti del sistema solare, solo Urano e Nettuno, chiamati i giganti del ghiaccio perché composti principalmente da ghiacci, rimangono relativamente inesplorati. Mentre la Voyager 2 scattava foto del settimo e dell'ottavo pianeta, non ha ottenuto i dettagli mozzafiato che le missioni Galileo e Cassini hanno raccolto su Giove e Saturno. Anche il lontano Plutone ha ottenuto uno sguardo ravvicinato con la missione New Horizons nel 2015.

Resta molto da scoprire, disse Shahid Aslam, chi guida il team che sviluppa lo strumento di nuova generazione, uno sforzo finanziato dai concetti planetari della NASA per l'avanzamento delle osservazioni del sistema solare, o PICASSO, programma.

Gli scienziati sanno che sia Urano che Nettuno ospitano un manto fangoso d'acqua, ammoniaca, e ghiaccio di metano, mentre le loro atmosfere sono costituite da idrogeno molecolare, elio, e gas metano. Però, esistono differenze in questi freddi mondi gioviani esterni.

Quando le temperature scendono al di sotto di -333,7 gradi Fahrenheit, l'ammoniaca si congela in cristalli di ghiaccio e fuoriesce dalle atmosfere di entrambi i pianeti. Il metano, un gas di colore blu, diventa dominante. Mentre il contenuto di metano atmosferico è simile in entrambi i pianeti, hanno un aspetto diverso. Urano appare come un nebbioso blu-verde, mentre Nettuno assume un colore blu molto più profondo. Si pensa che alcuni costituenti atmosferici sconosciuti contribuiscano al colore blu più profondo di Nettuno, ha detto Aslam.

Anche, Urano manca di calore interno. Di conseguenza, le sue nuvole sono fredde e non si gonfiano sopra lo strato di foschia superiore. Nettuno, d'altra parte, irradia tanta energia quanta ne riceve dal Sole. Questa energia interna dà a Nettuno un attivo, atmosfera dinamica, contraddistinto da cinture scure e nubi luminose di ghiaccio metano e tempeste cicloniche.

Perché la NASA non ha mai volato una missione dedicata ai giganti di ghiaccio, i dettagli della fisica che guidano queste condizioni atmosferiche rimangono sfuggenti, ha detto Aslam.

Ritiene che il nuovo strumento possa fornire risposte.

È il successore di uno strumento di tipo simile che raccoglieva dati sulle condizioni atmosferiche di Giove prima di essere schiacciato dalla pressione atmosferica di Giove nel dicembre 1995. Durante quel pericoloso, Viaggio di 58 minuti in profondità nell'atmosfera del pianeta, Il radiometro a flusso netto di Galileo, uno dei tanti montati all'interno della sonda, misurava la radiazione che raggiungeva il pianeta dal Sole in alto e la radiazione termica o il calore generato dal pianeta stesso al di sotto. Queste misurazioni superiori e inferiori hanno aiutato gli scienziati a calcolare la differenza tra i due, una misurazione chiamata flusso netto.

Oltre a fornire dettagli sul riscaldamento e raffreddamento atmosferico, i dati di flusso netto rivelano informazioni sugli strati di nubi e sulla loro composizione chimica. "In realtà, puoi imparare molto dai dati di flusso netto, soprattutto sorgenti e pozzi di radiazione planetaria, "Ha detto Aslam.

Come il suo predecessore, Lo strumento di Aslam farebbe un tuffo suicida attraverso le atmosfere di Urano o Nettuno. Ma come ha fatto la sua discesa, raccoglierebbe informazioni su queste regioni poco conosciute con maggiore precisione ed efficienza, ha detto Aslam. "Materiali disponibili, filtri, rilevatori elettronici, calcolo del volo, e la gestione e l'elaborazione dei dati sono migliorate. Francamente, abbiamo una tecnologia migliore in tutto e per tutto. È chiaro che ora è il momento di sviluppare la prossima generazione di questo strumento per le future sonde di ingresso atmosferiche, " Egli ha detto.

Invece di usare rivelatori piroelettrici impiegati su Galileo, Per esempio, Aslam punta all'uso di sensori a termopila, che convertono il calore o le lunghezze d'onda infrarosse o il calore in segnali elettrici. Il vantaggio è che il circuito della termopila è meno suscettibile ai disturbi e al rumore elettrico.

Il team di Aslam sta anche aggiungendo altri due canali a infrarossi per misurare il calore, portando il totale a sette, e due angoli di visualizzazione aggiuntivi con cui raccogliere queste lunghezze d'onda e aiutare a modellare la diffusione della luce. Quando la luce si disperde in un campo visivo a causa delle interazioni con aerosol e particelle di ghiaccio, la dispersione può contaminare le misurazioni in un altro campo visivo. Questo fornisce agli scienziati un'immagine distorta di ciò che sta accadendo quando analizzano i dati.

Per di più, il campo visivo più ristretto dello strumento rivelerà maggiori dettagli sui ponti di nuvole del pianeta e sugli strati atmosferici mentre lo strumento scende. Altrettanto importante, lo strumento è più piccolo e i suoi sensori impiegano moderni circuiti integrati specifici per l'applicazione che supportano il campionamento rapido dei dati, ha detto Aslam.