Voyager 2 ha catturato questa immagine mentre si avvicinava al pianeta Urano il 14 gennaio 1986. Il nebuloso colore bluastro del pianeta è dovuto al metano nella sua atmosfera, che assorbe le lunghezze d'onda rosse della luce. Credits: NASA / JPL-Caltech

Intro: un nuovo segreto

A otto anni e mezzo dal suo grande tour del sistema solare, la Voyager 2 della NASA era pronta per un altro incontro. Era il 24 gennaio 1986 e presto avrebbe incontrato il misterioso settimo pianeta: un gelido Urano. Nelle ore successive Voyager 2 volò a circa 50.600 miglia (81.433 chilometri) dalle nuvole di Urano, raccogliendo dati che rivelavano due nuovi anelli, 11 nuove lune e temperature inferiori a meno 353 gradi Fahrenheit (meno 214 gradi Celsius). Il set di dati è ancora l’unica misura da vicino che abbiamo mai fatto sul pianeta.

Tre decenni dopo, gli scienziati hanno riesaminato i dati hanno e trovato un altro segreto.

All’insaputa dell’intera comunità di fisica spaziale, 34 anni fa Voyager 2 ha volato attraverso un plasmoide, una gigantesca bolla magnetica che potrebbe aver causato la perdita di atmosfera di Urano nello spazio. La scoperta, riportata in Geophysical Research Letters, solleva nuove domande sull’ambiente magnetico del pianeta unico nel suo genere.

Una strana sfera magnetica

Le atmosfere planetarie in tutto il sistema solare si disperdono nello spazio. L’idrogeno sgorga da Venere unendosi al vento solare, il flusso continuo di particelle che fuoriesce dal Sole. Giove e Saturno espellono globi della loro aria carica elettricamente. Vi sono Persino le perdite di atmosfera terrestre. (Non preoccuparti, rimarrà per circa un altro miliardo di anni).

Gli effetti sono minuscoli sulle scale temporali umane, ma se lasciati abbastanza a lungo, la fuga atmosferica può sostanzialmente alterare il destino di un pianeta. Un caso emblematico: Marte.

Marte era un pianeta umido con una fitta atmosfera“, ha detto Gina Di Braccio, fisico spaziale presso il Goddard Space Flight Center della NASA e scienziata per il progetto per Mars Atmosphere and Volatile Evolution, o missione MAVEN. “Si è evoluto nel tempo” – 4 miliardi di anni di perdite nello spazio – “per diventare il pianeta arido che vediamo oggi“.

La fuga atmosferica è guidata dal campo magnetico di un pianeta, che può sia aiutare che ostacolare il processo. Gli scienziati ritengono che i campi magnetici possano proteggere un pianeta dal vento solare che colpisce l’atmosfera. Ma possono anche creare opportunità di fuga, come i giganteschi globs liberati da Saturno e Giove quando le linee del campo magnetico si aggrovigliano. Ad ogni modo, per capire come cambiano le atmosfere, gli scienziati prestano molta attenzione al magnetismo. 

Questa è un’altra ragione per cui Urano è un tale mistero. Il flyby della Voyager 2 del 1986 ha rivelato quanto sia magneticamente strano il pianeta. “La struttura, il modo in cui si muove …“, ha detto la Di Braccio, “Urano è davvero unico“.

A differenza di qualsiasi altro pianeta del nostro sistema solare, Urano gira quasi perfettamente sul lato, completando un giro una volta ogni 17 ore. Il suo asse del campo magnetico punta a 60 gradi di distanza dall’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“.

Animazione del campo magnetico e rotazione di Urano
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 scura segna l’asse di rotazione di Urano.Credits: NASA / Scientific Visualization Studio / Tom Bridgman

Lo squiggle

Questa stranezza ha attratto Di Braccio e il suo coautore Dan Gershman, collega fisico spaziale di Goddard, al progetto. Entrambi facevano parte di una squadra che elaborava piani per una nuova missione per i “giganti di ghiaccio” – Urano e Nettuno – e stavano cercando 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 hanno monitorato la forza e la direzione dei campi magnetici vicino a Urano mentre il veicolo spaziale volava. Senza avere idea di cosa avrebbero trovato, hanno approfondito gli studi precedenti, fissando dei nuovi data-point ogni 1,92 secondi. Le linee morbide hanno lasciato il posto a punte frastagliate ed avvallamenti. E fu allora che lo videro: un piccolo zigzag con una grande storia.

Pensi che potrebbe essere … un plasmoide?” Gershman chiese a DiBraccio, osservando lo squiggle (scarabocchio).

Letture del magnetometro che mostrano il plasmoide
Dati del magnetometro ottenuti dal sorvolo di Urano della Voyager 2 del 1986. La linea rossa mostra i dati mediati su periodi di 8 minuti, una cadenza temporale utilizzata da numerosi studi precedenti di Voyager 2. In nero, gli stessi dati vengono tracciati con una risoluzione temporale superiore di 1,92 secondi, rivelando la firma a zigzag di un plasmoide. Credits: NASA / Dan Gershman

Poco conosciuti al tempo del sorvolo della Voyager 2, i plasmoidi sono ormai riconosciuti come un modo importante in cui i pianeti perdono massa. Queste gigantesche bolle di plasma, o gas elettrificato, si staccano dall’estremità del magnetotail di un pianeta – la parte del suo campo magnetico 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.

Di Braccio ha gestito i dati attraverso la sua pipeline di elaborazione e i risultati sono tornati puliti. “Penso che lo sia sicuramente“, ha detto.

La bolla fugge

Il plasmoide trovato da Di Braccio e Gershman occupava solo 60 secondi del volo di 45 ore della Voyager 2 su di Urano. Sembrava un rapido capovolgimento nei dati del magnetometro. “Ma se lo tracciassimo in 3D, sembrerebbe un cilindro“, ha detto Gershman.

Confrontando i loro risultati con i plasmoidi osservati su Giove, Saturno e Mercurio, hanno stimato una forma cilindrica lunga almeno 127.000 miglia (204.000 chilometri) e larga fino a circa 250.000 miglia (400.000 chilometri). Come tutti i plasmoidi planetari, era pieno di particelle cariche – principalmente idrogeno ionizzato, ritengono gli autori.

Le letture dall’interno del plasmoide – mentre Voyager 2 lo attraversava – lasciavano intendere le sue origini. Mentre alcuni plasmoidi hanno un campo magnetico interno contorto, Di Braccio e Gershman hanno osservato anelli magnetici lisci e chiusi. Tali plasmoidi a forma di cappio si formano tipicamente quando un pianeta che gira lancia nello spazio frammenti della sua atmosfera. “Le forze centrifughe prendono il sopravvento e il plasmoide pizzica“, ha detto Gershman. Secondo le loro stime, i plasmoidi come quello potrebbero rappresentare tra il 15 e il 55% della perdita di massa atmosferica a Urano, una percentuale maggiore rispetto a Giove o Saturno. Potrebbe essere il modo dominante in cui Urano diffonde la sua atmosfera nello spazio.

In che modo il plasmoide ha cambiato Urano nel tempo? Con una sola serie di osservazioni, è difficile da dire. “Immagina se un veicolo spaziale fosse appena volato attraverso questa stanza e avesse cercato di caratterizzare l’intera Terra“, ha detto Di Braccio. “Ovviamente non ti mostrerà nulla di come sia il Sahara o l’Antartide“.

Ma i risultati aiutano a focalizzare nuove domande sul pianeta. “È per questo che amo della scienza planetaria“, ha detto DiBraccio. “Vai sempre in un posto che non conosci per davvero“.

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