URANO(4)

Campo magnetico

La complessità del campo magnetico di Urano, causata dalla forte inclinazione dei suoi poli magnetici rispetto all'asse di rotazione.

Prima dell'arrivo della Voyager 2 nel 1986, non era stata effettuata nessuna misurazione della magnetosfera di Urano, quindi la sua natura rimaneva misteriosa, anche se si riteneva che il campo magnetico fosse allineato ai venti solari. Gli astronomi, dopo i dati della Voyager si trovarono di fronte ad un campo magnetico particolare, non previsto precedentemente, in quanto inclinato di 59° rispetto all'asse di rotazione del pianeta, con i poli magnetici che si trovano in pratica all'equatore e non nei pressi dei poli. Inoltre il campo magnetico non si origina dal centro del pianeta, in quanto il suodipolo magnetico è spostato verso l'emisfero sud di circa un terzo del raggio del pianeta. La magnetosfera di Urano risulta pertanto fortemente asimmetrica, con l'intensità del campo magnetico sulla superficie che va da 0,1 gauss (10 microtesla) dell'emisfero meridionale e può arrivare a 1,1 gauss (110 microtesla) nell'emisfero nord, ed una media in superficie di 0,23 gauss.

Il momento del dipolo di Urano è 50 volte quello della Terra, e come Nettuno il suo campo magnetico risulta fortemente inclinato, al contrario di quello terrestre e degli altri giganti gassosi, suggerendo che questa caratteristica potrebbe essere comune nei giganti di ghiaccio. La spiegazione per tale ipotesi è che, a differenza dei campi magnetici della Terra e degli altri pianeti, che hanno campi magnetici generati nel loro nucleo, i campi magnetici dei giganti di ghiaccio sono generati dal movimento di materia a profondità relativamente basse, come ad esempio un oceano di acqua e ammoniaca.

Nonostante lo strano allineamento, per altri versi la magnetosfera di Urano è come quella degli altri pianeti, con un limite esterno che si trova a circa 23 raggi in direzione del Sole, una magnetopausa a 18 raggi di Urano. La struttura della magnetosfera uraniana è diversa da quella di Giove e più simile a quella di Saturno. La "coda" della magnetosfera di Urano si estende dietro il pianeta, in direzione opposta al Sole, fino ad una decina di milioni di chilometri, prendendo una forma a spirale a causa della rotazione del pianeta. Il flusso di particelle è abbastanza alto da causare un'erosione dei satelliti in un intervallo di tempo molto rapido in termini astronomici, di 100.000 anni. Questa potrebbe essere la causa della colorazione uniformemente scura dei satelliti e degli anelli. Il fascio di particelle del campo magnetico sviluppa aurore visibili come archi luminosi attorno ai due poli magnetici, anche se, a differenza di Giove, le aurore di Urano sono poco significative, brevi e dall'aspetto puntiforme.

Anelli

Urano possiede un sistema di anelli appena percettibile, composto da materia scura e polverizzata fino a 10 km di diametro. Il sistema di anelli fu scoperto il 10 marzo 1977 da James L. Elliot, Edward W. Dunham e Douglas J. Mink grazie all'osservatorio volante Kuiper Airborne Observatory. La scoperta fu inaspettata: gli astronomi avevano predisposto l'aereo appositamente per studiare un fenomeno molto raro: l'occultazione di una stella (SAO 158687) da parte di Urano, con l'intento di poter studiare la sua atmosfera, che avrebbe filtrato i raggi della stella, prima che questa scomparisse dietro il pianeta. Il C141 trasportava un telescopio di 90 cm e un fotometro fotoelettrico molto sensibile, capace di misurare le più piccole variazioni di luminosità. Quando i ricercatori analizzarono le loro osservazioni scoprirono che la stella era scomparsa brevemente dalla vista cinque volte prima e dopo l'occultamento da parte del pianeta. Dopo ripetuti controlli, nel dubbio di un difetto nello strumento, conclusero che intorno ad Urano doveva esserci un sistema di anelli analoghi a quelli di Saturno, almeno cinque. Successivamente vennero scoperti quattro ulteriori anelli.^[ Tale sistema venne rilevato direttamente quando la sonda spaziale Voyager 2 passò nei pressi di Urano nel 1986. La Voyager scoprì anche altri due anelli, portando il numero totale degli anelli a undici.

Schema degli anelli di Urano; sono mostrati alcuni satelliti e le loro orbite.

Nel dicembre 2005 il telescopio spaziale Hubble fotografò due nuovi anelli, il più largo dei quali ha un diametro due volte più grande degli anelli precedentemente conosciuti. Data la lontananza da Urano, i nuovi anelli sono stati definiti "sistema di anelli esterno". I due anelli sono così lontani dal pianeta che sono stati chiamati il "secondo sistema di anelli" di Urano. Gli scienziati che hanno effettuato lo studio ipotizzano che l'anello più esterno venga continuamente alimentato dal satellite Mab, scoperto nel 2005 e dal diametro di circa 20 km, che orbita all'interno di tale anello.

Nell'aprile del 2006, le immagini dei nuovi anelli dell'Osservatorio Keck hanno rivelato i colori degli anelli esterni: il più esterno è blu mentre l'altro è rosso. Una ipotesi che spiegherebbe il colore blu dell'anello esterno è che esso sia composto da minuscole particelle di ghiaccio d'acqua rilasciato dalla superficie di Mab, sufficientemente piccole da diffondere la luce blu.

Satelliti naturali

I satelliti naturali di Urano conosciuti sono 27, e tra questi i 5 principali sono: Ariel, Umbriel, Titania, Oberon, Miranda. I nomi dei satelliti derivano da personaggi delle opere di Shakespeare eAlexander Pope. I primi ad essere scoperti, da parte di William Herschel nel 1787, furono Titania e Oberon, mentre nel 1840 William Lassell scoprì Ariel e Umbriel. Passò poi quasi un secolo senza nessuna scoperta, fino a quando, nel 1948, Gerard Kuiper scoprì Miranda, il più piccolo dei satelliti principali di Urano. Il sistema satellitare di Urano è il meno massiccio tra quelli dei pianeti giganti; infatti, la massa combinata dei cinque maggiori satelliti è meno della metà di quella del solo Tritone, la maggiore delle lune di Nettuno. Il più grande dei satelliti di Urano, Titania, ha un diametro di 1578 km, meno della metà della Luna della Terra, ma poco più grande di Rea, la seconda più grande luna di Saturno, il che rende Titania l'ottavo satellite più grande del Sistema Solare.

I 5 satelliti principali di Urano in un fotomontaggio, in ordine crescente di distanza dal pianeta (da sinistra a destra): Miranda, Ariel, Umbriel, Titania e Oberon.

Tra i satelliti di Urano, Ariel sembra avere la superficie più giovane con il minor numero di crateri da impatto, mentre la superficie di Umbriel appare la più antica. La superficie di Miranda appare caotica e pare sia stata interessata in passato da un'intensa attività geologica. Sono evidenti vari strati sovrapposti, alcuni recenti ed altri più antichi, solcati dai canyon più profondi del Sistema solare, che raggiungono anche i 20 km di profondità. Si pensa che la sua superficie abbia sofferto intense forze mareali nel passato, in un momento in cui la sua orbita era più eccentrica di quella odierna.

Almeno un oggetto è legato a Urano in un'orbita a ferro di cavallo, che occupa il punto lagrangiano Sole-Urano L₃, 83982 Crantor, che si muove in un'orbita temporanea all'interno della regione orbitale di Urano. Un altro candidato oggetto in orbita a ferro di cavallo è 2010 EU₆₅.

Possibilità i sostenere la vita

È altamente improbabile che su Urano ci possa essere qualcosa da poter chiamare vita. Urano è un gigante gassoso, e non possiede quindi una superficie solida definita. Anche l'atmosfera è inadatta: al di là della composizione (idrogeno, metano e ammoniacasono composti troppo semplici per generare vita) possiede pressioni e temperature proibitive. In superficie le temperature sono bassissime, intorno ai 50 K (−223 °C), e dove queste potrebbero essere accettabili, è la pressione insieme alla mancanza di luce solare, e quindi di una fonte di energia, a impedire processi chimici avanzati che sono alla base di qualsiasi forma di vita.

Sui satelliti la questione è diversa: se i maggiori possedessero oceani di acqua liquida sotto la crosta ghiacciata, come Europa, Ganimede o Titano, allora potrebbero formarsi colonie di organismi molto semplici nei pressi degli hotspot termali sui fondali.

La tempestosa atmosfera di Urano

Urano è il settimo pianeta del Sistema Solare, dista dal Sole 19,218 Unità Astronomiche, è il terzo per diametro, pari a poco più di 51.100 km...

Urano è il settimo pianeta del Sistema Solare, dista dal Sole 19,218 Unità Astronomiche, è il terzo per diametro, pari a poco più di 51.100 km all'equatore, e il quarto per massa. Possiede un'orbita quasi circolare, che percorre in 84,07 anni terrestri, mentre il periodo di rotazione è di 17 ore 14 minuti e 24 secondi. Una delle caratteristiche più insolite del pianeta è l'orientamento del suo asse di rotazione. Tutti gli altri 7 pianeti hanno il proprio asse quasi perpendicolare al piano orbitale, mentre quello di Urano è quasi parallelo. Ruota quindi mantenendo uno dei suoi poli verso il Sole per metà del periodo di rivoluzione con conseguente estremizzazione delle fasi stagionali.

Nuove immagini infrarosse di Urano che mostrano dettagli dell'atmosfera del pianeta che non avevamo mai visto prima. Il polo nord (a destra) è caratterizzato dalla presenza di uno sciame di quelle che sembrano essere delle cellule convettive, mentre una treccia di nubi avvolge l’equatore. (L. Sromovsky/P. Fry/H. Hammel/I. de Pater)

La sua atmosfera, spessa circa 7.600 km, è formata dal 83% di idrogeno molecolare, dal 15% di elio, dal 2% di metano e presenta tracce di acqua e ammoniaca; tale composizione rispecchia quella della nebulosa solare primordiale. All'interno dell'atmosfera si formano nubi di metano, ammoniaca ed acqua, che sono state identificate per la prima volta nelle immagini riprese dalla sonda Voyager 2 durante il sorvolo del pianeta effettuato il 24 gennaio 1986. Recenti osservazioni effettuate dal telescopio Hubble hanno mostrato diverse formazioni nuvolose, le più luminose del Sistema Solare esterno. Queste nubi vengono trasportate da venti che soffiano in direzione dei paralleli con una velocità variabile con la latitudine: a latitudini medie possono raggiungere velocità di 900 km/h nella direzione di rotazione del pianeta, a latitudini inferiori 100 km/h in senso opposto. A causa della sua grande distanza dal Sole la temperatura di Urano non varia quasi tra estate ed inverno, la temperatura media degli strati esterni dell'atmosfera risulta essere di circa -220 °C. Ma, nonostante temperature così basse, l’atmosfera di Urano è tutt’altro che tranquilla, attraversata da venti fortissimi e incessanti e da tempeste di dimensioni paragonabili ai nostri continenti. Adesso, nuove immagini infrarosse ad altissima risoluzione ottenute con il telescopio da 10 metri di aperturaKeck dell’osservatorio di Mauna Kea (Hawaii), hanno evidenziato con un incredibile dettaglio la sorprendente ed intensissima attività meteorologica di questo pianeta ancora tutto da scoprire, rivelando la straordinaria complessità della sua atmosfera.

Immagine di Urano ottenuta qualche anno fa nel vicino-infrarosso con il telescopio Keck, in cui sono chiaramente visibili gli suoi anelli che circondano il pianeta. (L. Sromovsky/Keck Observatory)

Con la sua bellissima atmosfera bluastra, Urano appare a prima vista come un pianeta tranquillo, ma ciò che è stato evidenziato dalle nuove osservazioni è un sistema di tempeste globali complesso, da cui si deduce che il clima su Urano è davvero molto bizzarro. Alcuni di questi sistemi meteorologici rimangono fissi alle stesse latitudini e lì subiscono grandi variazioni nell'attività. Altri invece si spostano verso l'equatore cambiando sia in grandezza sia in forma. Una migliore misurazione dei campi di vento che circondano questi massicci sistemi di tempeste saranno sicuramente la chiave per risolvere questi misteri. I nuovi eccezionali risultati sono stati ottenuti utilizzando innovative tecniche infrarosse che hanno permesso di ottenere le più dettagliate immagini di Urano mai ottenute finora. Nessun altro telescopio è mai riuscito a produrre un risultato simile. In particolare, è stato scoperto un vasto sistema di piccole tempeste mai osservate in precedenza e distribuite su tutto il pianeta. Ma l’attenzione degli astronomi che hanno condotto lo studio si è concentrata su una banda di nuvole poco a sud dell'equatore di Urano e di un piccolo gruppo di strutture convettive che si trovano vicino alle regioni del polo nord del pianeta. Strutture queste ultime che non sembrano esistere nell'emisfero meridionale, ma sono simili alle nuvole di tipo "popcorn" che si notano occasionalmente su Saturno. L’energia che alimenta queste strutture deve essere quella solare in quanto non è stata rilevata nessuna fonte di energia interna. Ma il problema è che la luce del Sole alla distanza a cui si trova Urano è circa 400 volte più debole rispetto alla Terra. Quindi l’intensità dell’energia solare non sarebbe sufficiente ad alimentare questi sistemi. L'atmosfera di Urano deve perciò operare come una macchina estremamente efficiente, con pochissima dissipazione di energia. Eppure le variazioni meteorologiche che vediamo sembrano sfidare questo requisito. Per risolvere questo mistero sono necessarie molte altre informazioni prima di poter mettere a punto un chiaro modello che rappresenti in maniera corretta l’andamento delle stagioni ed il comportamento dei venti su Urano.