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Lunedì, Novembre 20, 2017
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L'acqua di Marte, il passaggio dai raggi x alle onde radio di una Pulsar e la prima mappa delle nuvole di un esopianeta


Cento giorni a scavare, spazzare, annusare e scrutare un piccolo fazzoletto di suolo marziano. Questo è stato l’inizio della missione di Curiosity, il rover della NASA, subito dopo il suo arrivo sul pianeta rosso, nell’agosto del 2012. I risultati di quei cento giorni, serviti in parte anche a verificare il corretto funzionamento degli strumenti di Curiosity, sono ora pubblicati su Science in una serie di cinque articoli che descrivono mineralogia e chimica di due punti vicini al luogo di atterraggio di Curiosity: una roccia ribattezza Jake_M e una massa di sabbia e sedimenti poco distanti, chiamata Rocknest.

Jake_M (il team di Curiosity ha preso fin dall’inizio l’abitudine di dare nomi “umani” alle rocce) è stata la prima struttura incontrata da Curiosity ed è la protagonista del primo studio, firmato da E.M. Stolper e colleghi e basato su dati dell’Alpha Particle X-ray Spectrometer. Si è rivelata una roccia ignea di un tipo finora mai osservato su Marte, con una composizione chimica molto simile alle rocce che si trovano sulla Terra su isole e zone di faglia.

Gli altri quattro studi si concentrano sui sedimenti di Rocknest, incontrati subito dopo dal rover durante il suo viaggio, analizzati con il laser del ChemCam Remote Micro-Imager, con lo strumento a raggi X CheMin e con il Sample Analysis at Mars (SAM), uno strumento che consente di riscaldare campioni di materiale in assenza di ossigeno e analizzare i gas che rilasciano. Proprio quest’ultimo studio, firmato da Laurie Leshin e colleghi del Rensselaer Polytechnic Institute attirerà probabilmente più attenzione. L’analisi dei composti volatili liberati dal riscaldamento dei campioni marziani rivela infatti una considerevole (2 per cento) concentrazione di acqua, insieme a parti significative di anidride carbonica, ossigeno e composti dello zolfo. Tutti, va da sé, composti molto interessanti visto che l’obiettivo principale di Curiosity è studiare se l’ambiente marziano sia mai stato adatto alla vita.

Lo strumento SAM ha anche analizzato la distribuzione di isotopi di carbonio e idrogeno, confermando che è estremamente simile a quella osservata nell’atmosfera: una prova che il suolo di questa zona ha interagito intensamente con l’atmosfera. La presenza di acqua fa dire un po’ enfaticamente e Leshin che “ora sappiamo che c’è molta acqua facilmente accessibile su Marte, e che quando manderemo lì degli astronauti potranno raccogliere un po’ di sabbia, riscaldarla e ottenere acqua.

Secondo Roberto Orosei dell’Istituto di Radioastronomia dell’INAF di Bologna, Deputy Principal Investigator del radar MARSIS sulla sonda Mars Express, quel dato non è però particolarmente sorprendente “anzi era completamente prevedibile. L’acqua trovata non ha nulla a che fare con il ghiaccio scoperto da Phoenix scavando sotto la superficie, o con le misure orbitali di Odyssey sull’abbondanza di idrogeno nel primo metro del suolo marziano. Si tratta di molecole d’acqua presenti nell’atmosfera che hanno in qualche modo aderito ai grani di polvere nel corso del tempo”.

Orosei spiega che  “questo articolo sembra una prova generale per dimostrare la capacità di Curiosity di compiere analisi di complessità e sensibilità senza precedenti, e fornire un riferimento per interpretare le misure future. Il materiale scelto, la polvere trasportata dal vento, è quanto di meno promettente esista per cercare tracce di vita su Marte, ed i composti in essa contenuti sono quasi certamente di origine inorganica. Il vero obiettivo di Curiosity è qualche deposito di minerali formatisi in presenza di acqua, come i carbonati già identificati in orbita da Mars Express. A quel punto sapremo se esistono composti chimici che indichino la presenza di vita passata o presente. La superficie di Marte oggi è sterile, bombardata da luce ultravioletta e raggi cosmici, ed arida più di un deserto terrestre. Le tracce di organismi viventi estinti, o che magari sopravvivono ancora nel sottosuolo, sono estremamente difficili da trovare e identificare correttamente, sia per la loro scarsa quantità, sia per la sottigliezza delle differenze tra le forme dello stessa molecola prodotte da reazioni inorganiche e dal metabolismo di un essere vivente”. Insomma, conclude Orosei, “Curiosity ha solo scaldato i muscoli, non ha ancora cominciato il vero lavoro. Ci sono tutte le ragioni per continuare a sperare di ricevere notizie eclatanti da Marte, anche se ci potrà volere del tempo prima di trovare la roccia giusta da studiare. Insomma, il meglio deve ancora venire”.

Curiosity è attualmente in viaggio verso il cratere Gale, nei cui pressi farà le sue analisi scientificamente più significative.

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Una pulsar dalla doppia personalità


“È l’anello mancante che gli astronomi hanno cercato per decenni; un sistema che mostra le proprietà di due classi di stelle, e ne dimostra il profondo legame evolutivo”. È davvero entusiasta Alessandro Papitto, dell’Istituto di Scienze Spaziali (CSIC-IEEC) di Barcellona e ha ben ragione di esserlo. Insieme a colleghi italiani e dell’INAF è infatti riuscito a osservare e studiare per la prima volta una pulsar, ovvero una stella di neutroni in rapida rotazione, nel suo passaggio dalla fase di emissione intermittente di raggi X a quella di onde radio e viceversa.

Le pulsar sono ciò che rimane dopo l’esplosione come supernovae di stelle di grande massa giunte al termine del loro ciclo evolutivo, con una massa di poco superiore a quella del Sole ma tutta confinata in una sfera di una decina di chilometri di raggio che ruota a un ritmo frenetico, anche molte centinaia di volte ogni secondo, generando degli impulsi luminosi periodici simili a quelli di un faro. La loro classificazione si fonda sul tipo di radiazione che emettono e sul meccanismo energetico che permette l’emissione stessa: le pulsar radio sono alimentate dalla rotazione della stella di neutroni col suo campo magnetico, mentre le pulsar a raggi X vengono ‘accese’ dal materiale strappato da una stella compagna che impatta sulla superficie laddove il campo magnetico è più intenso, e si surriscalda a tal punto da emettere un notevole flusso di raggi X.

“Da oltre 30 anni la teoria prevede che le pulsar radio più rapidamente rotanti che osserviamo, fossero un tempo delle pulsar a raggi X che, catturando materiale da un disco di gas circostante prodotto dalla stella compagna, sono state portate a ruotare sempre più velocemente” spiega Luigi Stella, dell’Osservatorio Astronomico INAF di Roma. “Dopo un intervallo di tempo di centinaia di milioni di anni, la materia proveniente dal disco si riduce fino a cessare completamente e la stella di neutroni diventa una pulsar radio in rapidissima rotazione”.

Mancava tuttavia evidenza diretta del legame tra queste due fasi della vita delle pulsar. Fu così ipotizzato da un gruppo di ricercatori italiani che potesse esservi uno stadio intermedio in cui la pulsar oscilla tra le due fasi, emettendo talvolta raggi X e talvolta onde radio. “La scoperta di questa fase di transizione era cruciale per comprendere come si formano le stelle più rapidamente rotanti dell’universo” aggiunge Sergio Campana, dell’Osservatorio Astronomico INAF di Brera.

Sotto il cielo di Kepler-7b


Non si può certo rimproverare a Kevin Heng di avere costantemente la testa fra le nuvole. Questo ragazzo dai tratti orientali è un astrofisico di origine statunitense da qualche anno approdato in Svizzera, dove ora dirige un gruppo di studio sugli esopianeti ed esoclimi al Center for Space and Habitability dell’Università di Berna. E il suo pallino è proprio lo studio del clima sui mondi alieni, attraverso la comprensione delle dinamiche atmosferiche.

Assieme a colleghi dell’Osservatorio di Ginevra, del Massachusetts Institute of Technology (MIT) e dell’Università di Oxford, Hang si è recentemente interessato a un esopianeta di tipo gioviano caldo alquanto bizzarro: Kepler-7b, uno dei primi ad essere scoperti dalla sonda NASA Kepler nel 2010. Grande una volta e mezzo Giove ma decisamente più rarefatto, Kepler-7b riflette circa il 50% della luce visibile incidente sulla sua atmosfera, un valore ben più alto di quello che gli astrofisici si aspettano per un pianeta di questo tipo.

La spiegazione più semplice dell’alta riflettività di Kepler-7b è la presenza di nuvole che lo circondino. Per dimostralo, il team internazionale a cui collabora Hang ha misurato con il satellite Kepler la luce riflessa dal pianeta durante un’intera orbita attorno alla sua stella, compiuta in meno di 5 giorni. Il gruppo di ricerca ha quindi prodotto quella che viene definita una “curva di fase”, che può essere direttamente trasformata in una mappa grezza, la prima nel suo genere. Naturalmente non una rappresentazione artistica di cumulonembi, ma un insieme di puntini volteggianti nel piano cartesiano da cui i ricercatori hanno ricavato due informazioni principali. Una è, appunto, la necessaria presenza di nuvole. L’altra è la dimensione approssimativa delle particelle che compongono le nubi.

Assieme allo studio del “pianeta blu” HD 189733b del luglio scorso, a cui Heng ha collaborato, queste sono le prime ricerche empiriche che indagano in dettaglio le eso-nuvole. Ma perché tanto interesse? “Le nuvole sono per noi un disturbo”, risponde Hang, “dal momento che ci impediscono di dare un’interpretazione univoca all’atmosfera di un esopianeta. Il timore è che le nuvole confondano la nostra capacità di identificare chiaramente i segni distintivi della vita quando analizziamo gli spettri di un’atmosfera esoplanetaria per determinare l’abbondanza degli elementi chimici. Questo è il motivo per cui stiamo investendo tempo ed energie per comprendere gli effetti delle nuvole.”


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