MISURATA LA TEMPERATURA DEGLI ANELLI

Chi ha spolverato i freschi anelli di Urano?

Alma e Vlt hanno osservato gli anelli di Urano nella banda millimetrica e nel medio infrarosso, ricavandone una temperatura pari a circa -196 gradi Celsius. Le osservazioni confermando inoltre l'ipotesi che la polvere di dimensioni dell’ordine del micron non sia presente nel sistema ad anelli. Tutti i dettagli dello studio sono stati pubblicati su Astronomical Journal

Immagine nel vicino infrarosso del sistema degli anelli di Urano, scattata con il sistema di ottica adattiva al telescopio Keck da 10 m nel luglio 2004. Questa immagine, presa a 2.2 micron di lunghezza d’onda, mostra il sistema principale di anelli, in luce solare riflessa. È stata scelta questa particolare lunghezza d’onda poiché Urano è scuro, poiché il gas metano nella sua atmosfera assorbe la maggior parte della luce solare in arrivo, e gli anelli relativamente deboli risaltano. Tra gli anelli principali, che sono composti da particelle le cui dimensioni sono dell’ordine di cm o più grandi, si possono scorgere fogli di polvere. Crediti: Imke de Pater, Seran Gibbard and Heidi Hammel, Icarus 180, 186-200 (2006)

Dalla Terra, gli anelli di Urano sono invisibili a tutti tranne che ai più grandi telescopi. Fino al 1977 non si sapeva nemmeno che esistessero: vennero scoperti in modo fortuito studiando l’occultazione di una stella da parte del pianeta, quando la stella scomparve dalla vista molto prima del previsto, proprio a causa degli anelli.

Recentemente, Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e Vlt (Very Large Telescope) li hanno osservati all’interno della banda millimetrica (1.3 – 3.1 mm) e nel medio infrarosso (18.7 μm), rispettivamente, studiando per la prima volta la loro componente termica.

Imke de Pater ed Edward Molter hanno guidato le osservazioni con Alma, mentre Michael Roman e Leigh Fletcher dell’università di Leicester, nel Regno Unito, hanno coordinato le osservazioni al Vlt. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Astronomical Journal.

Il bagliore termico offre agli astronomi un’altra finestra osservativa sugli anelli, che sono stati visti perché riflettono la luce nell’intervallo spettrale del visibile e del vicino infrarosso. Le nuove immagini scattate dai due grandi telescopi in Cile hanno permesso al team di misurare per la prima volta la temperatura degli anelli: un fresco 77 Kelvin (circa -196 gradi Celsius), corrispondente alla temperatura di ebollizione dell’azoto liquido. La temperatura osservata è più elevata del previsto per le particelle osservate, disposte su un anello in rapida rotazione, il che significa che i dati favoriscono un modello nel quale l’inerzia termica delle particelle dell’anello è bassa e/o la loro velocità di rotazione è lenta. Queste osservazioni sono coerenti con le osservazioni ottiche e nel vicino infrarosso, confermando l’ipotesi che la polvere di dimensioni dell’ordine del micron non sia presente nel sistema ad anelli.

Le osservazioni confermano che l’anello più luminoso e denso di Urano, chiamato anello epsilon, è diverso dagli altri anelli conosciuti all’interno del nostro Sistema solare: in particolare, è diverso dagli anelli spettacolari di Saturno. «Gli anelli prevalentemente ghiacciati di Saturno sono ampi, luminosi e le particelle di cui sono costituiti vanno dalla polvere di dimensioni di qualche micron nell’anello D più interno, a decine di metri negli anelli principali», riferisce de Pater, professore di astronomia presso la UC Berkeley. «L’anello più luminoso, l’anello epsilon, è composto da rocce le cui dimensioni vanno da una palla da golf a dimensioni maggiori».

Immagine composita dell’atmosfera e degli anelli di Urano alle lunghezze d’onda radio, scattata con Alma nel dicembre 2017. L’immagine mostra per la prima volta l’emissione termica, o calore, dagli anelli di Urano, consentendo agli scienziati di determinare la loro temperatura. Le bande scure nell’atmosfera di Urano a queste lunghezze d’onda mostrano la presenza di molecole che assorbono i raggi X, in particolare il gas idrogeno solforato (H2S), mentre le regioni luminose come il polo nord contengono pochissime di queste molecole. Crediti: Edward M. Molter and Imke de Pater, UC Berkeley.

Per confronto, gli anelli di Giove contengono particelle di piccole dimensioni, di qualche micron. Gli anelli di Nettuno sono per lo più costituiti da polvere, e anche Urano ha grandi strati di polvere tra i suoi stretti anelli principali. La mancanza di particelle di dimensioni della polvere negli anelli principali di Urano fu notata per la prima volta dal Voyager 2, quando si avvicinò al pianeta nel 1986 e li fotografò. Tuttavia, la sonda spaziale non fu in grado di misurare la temperatura degli anelli.

«Che l’anello epsilon fosse un po’ strano già lo sapevamo, perché in esso non si vedono componenti più piccoli», dice Molter. «Qualcosa sta spazzando via i corpi più piccoli, oppure si sono compattati tra loro. Non lo sappiamo ancora. Questo è un passo verso la comprensione della loro composizione e provenienza, ossia se tutti gli anelli provengono dallo stesso materiale, oppure sono diversi per ogni anello».

«Gli anelli di Urano hanno una composizione diversa dall’anello principale di Saturno, nel senso che nell’ottico e nell’infrarosso l’albedo è molto più basso: sono davvero scuri come il carbone», spiega Molter. «Sono anche estremamente stretti rispetto agli anelli di Saturno: il più largo, l’anello epsilon, varia da 20 a 100 chilometri di larghezza, mentre quelli di Saturno sono 100 o decine di migliaia di chilometri di larghezza».

Gli anelli potrebbero essere ex asteroidi catturati dalla gravità del pianeta, resti di lune che si schiantarono l’una contro l’altra e si frantumarono, resti di lune distrutte quando si sono avvicinate troppo a Urano, o detriti rimasti da 4.5 miliardi di anni fa, quando il Sistema solare si è formato.

Entrambe le osservazioni condotte con Vlt e Alma sono state progettate per studiare l’andamento della temperatura dell’atmosfera di Urano, con Vlt che lavora a lunghezze d’onda più corte di Alma. «Quando abbiamo ridotto i dati per la prima volta, siamo rimasti stupiti nel vedere gli anelli apparire così chiaramente», ha detto Fletcher. L’osservazione degli anelli di Urano sarà un’opportunità entusiasmante anche per il James Webb Space Telescope, che nel prossimo decennio sarà in grado di fornire limiti spettroscopici notevolmente migliori sugli anelli di Urano.

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