Gli astronomi che utilizzano l'Osservatorio Gemini esplorano Tritone, la luna più grande di Nettuno, e osservano, per la prima volta oltre il laboratorio, una straordinaria unione tra monossido di carbonio e ghiacci di azoto. La scoperta offre spunti su come questa miscela volatile può trasportare materiale attraverso la superficie lunare tramite geyser, innescare i cambiamenti atmosferici stagionali, e fornire un contesto per le condizioni su altri distanti, mondi ghiacciati.

Condizioni estreme possono produrre risultati estremi. In questo caso, è l'insolito accoppiamento di due molecole comuni, monossido di carbonio (CO) e azoto (N2), congelate come ghiacci solidi sulla gelida luna di Nettuno, Tritone.

In laboratorio, un team internazionale di scienziati ha individuato una lunghezza d'onda molto specifica della luce infrarossa assorbita quando le molecole di monossido di carbonio e azoto si uniscono e vibrano all'unisono. Individualmente, monossido di carbonio e ghiaccio di azoto assorbono ciascuno le proprie distinte lunghezze d'onda della luce infrarossa, ma la vibrazione tandem di una miscela di ghiaccio assorbe ad un ulteriore, lunghezza d'onda distinta identificata in questo studio.

Usando il telescopio Gemini Sud di 8 metri in Cile, il team ha registrato questa stessa firma a infrarossi unica su Tritone. La chiave della scoperta è stato lo spettrografo ad alta risoluzione chiamato IGRINS (Immersion Grating Infrared Spectrometer) che è stato costruito in collaborazione tra l'Università del Texas ad Austin e il Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Sia l'Osservatorio Gemini che l'IGRINS ricevono finanziamenti dalla National Science Foundation (NSF) degli Stati Uniti e da KASI.

"Mentre l'impronta digitale spettrale che abbiamo scoperto era del tutto ragionevole, soprattutto perché questa combinazione di ghiaccio può essere creata in laboratorio, individuare questa specifica lunghezza d'onda della luce infrarossa su un altro mondo è senza precedenti, " ha affermato Stephen C. Tegler dell'Astrophysical Materials Laboratory della Northern Arizona University che ha guidato lo studio internazionale. I risultati della ricerca sono stati accettati per la pubblicazione nel Giornale Astronomico .

Nell'atmosfera terrestre le molecole di monossido di carbonio e di azoto esistono come gas, avvisi. Infatti, l'azoto molecolare è il gas dominante nell'aria che respiriamo, e il monossido di carbonio è un contaminante raro che può essere letale.

Sul lontano Tritone, però, monossido di carbonio e azoto si congelano come ghiacci solidi. Possono formare i propri ghiacci indipendenti, oppure possono condensarsi insieme nella miscela ghiacciata rilevata nei dati Gemini. Questo mix ghiacciato potrebbe essere coinvolto negli iconici geyser di Tritone visti per la prima volta nelle immagini della navicella spaziale Voyager 2 come scuri, striature portate dal vento sulla superficie del lontano, luna ghiacciata.

La sonda Voyager 2 ha catturato per la prima volta i geyser di Tritone in azione nella regione polare sud della luna nel 1989. Da allora, le teorie si sono concentrate su un oceano interno come una possibile fonte di materiale eruttato. O, i geyser possono eruttare quando il sole estivo riscalda questo sottile strato di ghiaccio volatile sulla superficie di Tritone, potenzialmente coinvolgendo il monossido di carbonio misto e il ghiaccio di azoto rivelato dall'osservazione Gemini. Quella miscela di ghiaccio potrebbe anche migrare intorno alla superficie di Tritone in risposta a modelli di luce solare che variano stagionalmente.

"Nonostante la distanza di Tritone dal Sole e le basse temperature, la debole luce solare è sufficiente per guidare forti cambiamenti stagionali sulla superficie e sull'atmosfera di Tritone, "aggiunge Henry Roe, Vicedirettore di Gemini e membro del gruppo di ricerca. "Questo lavoro dimostra il potere di combinare studi di laboratorio con osservazioni di telescopi per comprendere processi planetari complessi in ambienti alieni così diversi da quelli che incontriamo ogni giorno qui sulla Terra".

Le stagioni avanzano lentamente su Tritone, poiché Nettuno impiega 165 anni terrestri per orbitare attorno al Sole. Una stagione su Tritone dura poco più di 40 anni; Tritone ha superato il solstizio d'estate del sud nel 2000, lasciando circa 20 anni in più per condurre ulteriori ricerche prima che inizi il suo autunno.

Guardando avanti, i ricercatori si aspettano che questi risultati gettino luce sulla composizione dei ghiacci e sulle variazioni stagionali dell'atmosfera su altri mondi lontani oltre Nettuno. Gli astronomi hanno sospettato che la miscelazione di monossido di carbonio e ghiaccio di azoto non esiste solo su Tritone, ma anche su Plutone, dove la navicella spaziale New Horizons ha scoperto che i due ghiacci coesistevano. Questa scoperta dei Gemelli è la prima prova spettroscopica diretta di questi ghiacci che mescolano e assorbono questo tipo di luce su entrambi i mondi.

Sfondo

Tritone orbita Nettuno, l'ottavo pianeta dal Sole, a circa 2,7 miliardi di miglia dalla Terra, al freddo margine esterno della principale zona planetaria del nostro Sistema Solare. È l'unica grande luna del Sistema Solare che orbita "all'indietro" o nella direzione opposta alla rotazione del suo pianeta. Il movimento peculiare suggerisce che Tritone sia un oggetto transnettuniano catturato dalla fascia di Kuiper, una regione di avanzi della prima storia del Sistema Solare, motivo per cui condivide diverse caratteristiche con il pianeta nano Plutone ed Eris:dimensioni (circa due terzi di quelle della nostra Luna), e temperature superficiali che si aggirano intorno allo zero assoluto; così basso che i composti comuni che conosciamo come gas sulla Terra si congelano in ghiaccio.

Anche l'atmosfera di Tritone è 70, 000 volte meno denso di quello terrestre ed è composto da azoto, metano, e monossido di carbonio. La sua superficie sembra costituita da due diversi terreni, una composta dai ghiacci volatili e la seconda formata da ghiaccio d'acqua e anidride carbonica.

Si pensa che l'azoto molecolare fosse il tipo più comune di azoto disponibile quando si stava formando il Sistema Solare. La sua abbondanza nel sistema solare esterno è una chiave importante per le origini della vita, in quanto è una parte importante degli elementi costitutivi della vita.