In una giornata tranquilla, una leggera brezza potrebbe appena increspare la superficie di un lago terrestre. Ma su Titano, la luna più grande di Saturno, un vento altrettanto leggero genererebbe onde alte tre metri. Questo comportamento fuori dal comune è tra le previsioni di un nuovo modello ondoso sviluppato dagli scienziati del Massachusetts Institute of Technology (Mit), il primo a cogliere la dinamica delle onde e i fattori necessari per generarle in diverse condizioni planetarie.
Il modello, chiamato PlanetWaves, è stato appena pubblicato sul Journal of Geophysical Research: Planets, dove gli scienziati ne mostrano applicazioni per prevedere il comportamento delle onde su corpi planetari che potrebbero ospitare laghi e oceani liquidi, tra cui Titano, l’antico Marte e tre pianeti al di fuori del Sistema solare.
Lo stesso vento leggero che creerebbe piccole increspature su un lago della Terra (a destra) genererebbe onde alte diversi metri sulla luna più grande di Saturno, Titano (a sinistra). In queste rappresentazioni, la scala è espressa in metri. Crediti: per gentile concessione dei ricercatori
«Ovunque ci sia una superficie liquida su cui soffia il vento, c’è il potenziale per la formazione di onde», afferma Taylor Perron del Mit. «Per quanto riguarda Titano, la cosa intrigante è che non abbiamo alcuna osservazione diretta di come siano questi laghi. Quindi non sappiamo con certezza che tipo di onde potrebbero esserci. Ora questo modello ci dà un’idea».
Ma c’e anche un aspetto pratico: se un giorno gli esseri umani dovessero inviare una sonda sui laghi di Titano, il modello potrebbe fornire informazioni utili per la progettazione di veicoli resistenti alle onde. «Si vorrebbe costruire qualcosa in grado di resistere all’energia delle onde», afferma la prima autrice Una Schneck, dottoranda presso il Dipartimento di Scienze della Terra, dell’Atmosfera e Planetarie (Eaps) del Mit. «È quindi importante sapere a quale tipo di onde questi strumenti dovrebbero far fronte».
Il modello tiene conto non solo della gravità di un pianeta, ma anche delle proprietà del suo liquido superficiale, come la densità, la viscosità e la tensione superficiale, ossia la tendenza della superficie del liquido a comportarsi come una membrana elastica. Il team ha anche incorporato l’effetto della pressione atmosferica del pianeta. Con questo modello, hanno cercato di prevedere come la superficie liquida di un pianeta si sarebbe evoluta in risposta a venti di una data velocità.
Inizialmente è stato testato utilizzando dati sulle onde terrestri. In particolare, sono state impiegate misurazioni raccolte da boe sul Lago Superiore, nell’arco di vent’anni. È emerso che il modello è in grado di prevedere con precisione la velocità del vento necessaria a generare onde sul lago e l’altezza che queste raggiungono a una data intensità del vento.
I ricercatori lo hanno poi applicato per prevedere come si sarebbero comportate le onde su altri corpi planetari noti per ospitare liquidi sulla loro superficie. Hanno esaminato innanzitutto Titano, dove la missione Cassini della Nasa aveva precedentemente catturato immagini radar di formazioni lacustri, che gli scienziati sospettano siano attualmente piene di metano ed etano liquidi. Hanno calcolato la dinamica delle onde della luna, tenendo conto della sua gravità, della pressione atmosferica e della composizione del liquido, scoprendo così che su Titano è sorprendentemente facile generare onde.
Il liquido relativamente leggero, combinato con la bassa gravità e la bassa pressione atmosferica, fa sì che anche un vento leggero possa sollevare onde enormi. «Sembra quasi come se fossero onde altissime che si muovono al rallentatore», dice Schneck. «Se ci si trovasse sulla riva di questo lago, si avvertirebbe forse solo una leggera brezza, ma si vedrebbero queste onde enormi che si avvicinano, cosa che non ci aspetteremmo sulla Terra».
I ricercatori hanno preso in esame anche l’attività ondosa dell’antico Marte. Il Pianeta rosso ospita molti bacini da impatto che un tempo potrebbero essere stati pieni d’acqua, prima che l’atmosfera del pianeta si dissipasse e l’acqua evaporasse. Uno di questi bacini è il cratere Jezero, attualmente esplorato dal rover Perseverance della Nasa. Con il nuovo modello, il team ha dimostrato che, man mano che l’atmosfera di Marte scompariva gradualmente riducendo la sua pressione nel tempo, sarebbero stati necessari venti più forti per generare le stesse onde.
Al di là del Sistema solare, i ricercatori hanno applicato il modello a tre diversi esopianeti. Il primo, Lhs 1140 b, è una super-Terra fredda, cioè più fredda e più grande della Terra. Il pianeta ospita acqua liquida, ma poiché è così grande, ha una gravità più forte. Il modello ha mostrato che lo stesso vento sulla Terra genererebbe onde d’acqua molto più piccole sulla super-Terra, a causa della differenza di gravità.
Kepler 1649 b, un pianeta simile a Venere, ha una gravità simile a quella terrestre e laghi di acido solforico, che è circa due volte più denso dell’acqua. In queste condizioni, i ricercatori hanno scoperto che, rispetto alla Terra, ci vorrebbero venti molto forti per provocare anche solo un’increspatura su questa “esovenere”.
Questo effetto è ancora più evidente per il terzo pianeta, 55 Cancri e, un mondo di lava che ha sia una gravità maggiore rispetto alla Terra sia un liquido superficiale molto più denso e viscoso. Gli scienziati sospettano che il pianeta ospiti oceani di roccia liquefatta. In questo ambiente, il modello prevede che venti con la forza di un uragano sulla Terra, di circa 80 miglia all’ora, genererebbero solo piccole onde di pochi centimetri di altezza sul mondo di lava.
Oltre a far luce su nuovi modi in cui le onde possono comportarsi su altri pianeti, Perron spera che il modello risponda a domande di lunga data sulla formazione del paesaggio planetario. «A differenza della Terra, dove spesso c’è un delta dove un fiume incontra la costa, su Titano ci sono pochissime cose che assomigliano a dei delta, anche se ci sono molti fiumi e coste. Potrebbero essere le onde la causa di questo?», si chiede Perron. «Questi sono i misteri che questo modello ci aiuterà a risolvere».
Per saperne di più:
- Leggi su Journal of Geophysical Research: Planets l’articolo “Modeling Wind-Driven Waves on Other Planets: Applications to Mars, Titan, and Exoplanets” di Una G. Schneck, Charlene E. Detelich, Milan Curcic, Andrew D. Ashton, Alexander G. Hayes e J. Taylor Perron