GRAZIE ALLE OSSERVAZIONI NELL’ULTRAVIOLETTO DI HST

C’è vapore acqueo nell’atmosfera di Ganimede

Per la prima volta, gli astronomi hanno trovato le prove dell’esistenza di vapore acqueo nell'atmosfera di una luna di Giove, Ganimede. Questo vapore acqueo si forma quando il ghiaccio della superficie lunare sublima. Per scoprirlo, gli scienziati hanno utilizzato sia nuovi dati del telescopio spaziale Hubble della Nasa, sia dati d'archivio. La scoperta è stata pubblicata sulla rivista Nature Astronomy

     27/07/2021
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Questa immagine presenta la luna di Giove, Ganimede, vista dal telescopio spaziale Hubble della Nasa nel 1996. Situata a oltre 600 milioni di chilometri, Hubble può seguirne i cambiamenti e rivelare altre sue caratteristiche alle lunghezze d’onda dell’ultravioletto e del vicino infrarosso. Gli astronomi hanno utilizzato un nuovo set di dati di Hubble, oltre a quelli d’archivio, per rivelare per la prima volta le prove di vapore acqueo nell’atmosfera della luna. Crediti: Nasa, Esa, John Spencer (SwRI Boulder)

Anche se è più grande di Mercurio, la luna gioviana Ganimede – la più grande del Sistema solare – non è sicuramente un buon posto dove andare a prendere il Sole. Situata a oltre 800 milioni di chilometri dalla nostra stella, il ghiaccio d’acqua sulla sua superficie è congelato a temperature che arrivano fino a meno 150 gradi. Queste temperature estreme lo rendono duro come la roccia. Tuttavia, in pieno giorno, la pioggia di particelle cariche emesse dal Sole è sufficiente a trasformare il ghiaccio in vapore acqueo. Ora, per la prima volta, grazie alle osservazioni spettroscopiche delle aurore di Ganimede effettuate dal Telescopio spaziale Hubble, sono state trovate le prove di questo cambiamento di stato (chiamato sublimazione).

Ganimede contiene più acqua di tutti gli oceani della Terra. Tuttavia, le temperature sono così fredde che l’acqua sulla superficie è congelata. L’oceano di Ganimede si pensa risieda a circa 160 chilometri sotto la crosta ghiacciata. Quindi, il vapore acqueo rilevato non può essere riconducibile all’evaporazione di questo oceano.

Per trovare le prove dell’esistenza del vapore acqueo, gli astronomi hanno riesaminato le osservazioni di Hubble degli ultimi due decenni. Nel 1998, lo Space Telescope Imaging Spectrograph (Stis) di Hubble riprese le prime immagini ultraviolette (Uv) di Ganimede, che rivelarono le cosiddette bande aurorali e fornirono ulteriori prove del fatto che Ganimede presenta un debole campo magnetico. Le somiglianze riscontrate in queste osservazioni furono spiegate dalla presenza di ossigeno molecolare. Ma alcune caratteristiche osservate non corrispondevano alle emissioni previste da un’atmosfera di ossigeno molecolare puro. Gli scienziati conclusero che questa discrepanza era probabilmente correlata a concentrazioni più elevate di ossigeno atomico.

Nel 2018, nell’ambito di un programma osservativo a supporto della missione Juno della Nasa, Lorenz Roth del Kth Royal Institute of Technology di Stoccolma, in Svezia, guidò un team che si proponeva di misurare la quantità di ossigeno atomico con Hubble. L’analisi del team combinò i dati di due strumenti: il Cosmic Origins Spectrograph (Cos) di Hubble del 2018 e le immagini d’archivio dello Stis dal 1998 al 2010. Con loro sorpresa, e contrariamente alle interpretazioni originali dei dati del 1998, scoprirono che nell’atmosfera di Ganimede l’ossigeno atomico non era quasi presente. Fu chiaro quindi che la spiegazione per le apparenti differenze nelle immagini ultraviolette delle aurore di Ganimede doveva essere un’altra.

Recentemente, Roth e il suo team hanno esaminato più da vicino la distribuzione relativa dell’aurora nelle immagini Uv. La temperatura della superficie di Ganimede varia fortemente durante il giorno, e intorno a mezzogiorno vicino all’equatore può diventare sufficientemente calda da far sì che la superficie del ghiaccio rilasci (o sublimi) piccole quantità di molecole d’acqua. In effetti, le differenze percepite nelle immagini Uv sono direttamente correlate al punto in cui ci si aspetterebbe acqua nell’atmosfera lunare.

Nel 1998, lo Space Telescope Imaging Spectrograph (Stis) di Hubble ha preso queste prime immagini ultraviolette di Ganimede, che hanno rivelato uno schema particolare nelle emissioni osservate dall’atmosfera lunare. La luna mostra bande aurorali che sono in qualche modo simili agli ovali dell’aurora osservati sulla Terra e su altri pianeti con campi magnetici. Questa ha rappresentato una prova del fatto che Ganimede ha un campo magnetico permanente. Le somiglianze nelle osservazioni ultraviolette sono state spiegate dalla presenza di ossigeno molecolare. All’epoca, le differenze vennero imputate alla presenza di ossigeno atomico, che produce un segnale che influenza un colore Uv più dell’altro. Crediti: Nasa, Esa, Lorenz Roth (Kth)

Questa scoperta aumenta l’attesa per la missione Juice (JUpiter ICy moons Explorer), la prima di classe L nel programma Cosmic Vision 2015-2025 dell’Esa, il cui lancio è previsto nel 2022 e l’arrivo su Giove nel 2029. Juice impiegherà almeno tre anni a fare osservazioni dettagliate di Giove e di tre delle sue lune più grandi, con particolare enfasi a Ganimede, che fornisce un laboratorio naturale per l’analisi della natura, dell’evoluzione e della potenziale abitabilità dei mondi ghiacciati, del ruolo che svolge all’interno del sistema dei satelliti galileiani e delle sue interazioni magnetiche e del plasma con Giove e il suo ambiente. «I nostri risultati possono fornire ai team dello strumento Juice informazioni preziose che possono essere utilizzate per perfezionare i loro piani di osservazione, per ottimizzare l’uso del veicolo spaziale», ha aggiunto Roth.

La missione Juno della Nasa – che studia Giove e il suo ambiente, noto come sistema gioviano, dal 2016 – ha recentemente rilasciato nuove immagini della luna ghiacciata. Comprendere il sistema gioviano e svelare la sua storia, dalla sua origine al possibile emergere di ambienti abitabili, fornirà una migliore comprensione di come si formano ed evolvono i pianeti giganti gassosi e i loro satelliti. Inoltre, si spera che si possano trovare nuovi indizi sull’abitabilità dei sistemi esoplanetari simili a quello di Giove.

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