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livello elementare
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ARGOMENTO: ASTRONOMIA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: Nettuno
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Proseguiamo il nostro fantastico viaggio nel sistema solare e da Urano ci avviciniamo a Nettuno, l’ottavo e più lontano pianeta dal Sole.
Nel Sistema Solare, è il quarto pianeta più grande per diametro e il pianeta gigante più denso (Nettuno ha 17 volte la massa della Terra). Anche lui, vista la distanza dal Sole, impiega molti anni per percorrere la sua orbita che conclude ogni 164,8 anni, mantenendosi ad una distanza media di 4,5 miliardi di km.
Spesso associate alle macchie scure si osservano nuvole di metano più luminose e persistenti intorno allo strato di tropopausa – photo credit NASA
Troppo lontano … ci vollero degli occhi più potenti
Alcune delle prime osservazioni registrate si ritrovano nei disegni di Galileo Galilei del 28 Dicembre 1612 e 27 gennaio 1613 che contengono dei punti che corrispondono a quella che oggi è nota per essere la posizione di Nettuno. In realtà, in entrambe le occasioni, Galileo lo confuse con una stella fissa in quanto apparso in congiunzione con Giove nel cielo notturno. Nel 1821, Alexis Bouvard pubblicò le tavole astronomiche dell’orbita di Urano. Osservazioni successive rivelarono delle sostanziali deviazioni dalle tabelle, per cui Bouvard ipotizzò che doveva esserci un corpo sconosciuto che poteva aver perturbato l’orbita a causa della loro interazione gravitazionale. Si trattava di Nettuno.
Per poterlo osservare con un telescopio bisogna arrivare al settembre del 1846 quando fu osservato da Johann Galle. Nello stesso periodo anche gli astronomi inglesi ne vantarono la scoperta e Nettuno fu chiamato semplicemente “il pianeta esterno a Urano”. Il primo suggerimento per un nome venne proprio dall’astronomo tedesco Johann Galle, che propose il nome Janus ma, in Inghilterra, l’astronomo Challis propose il nome di Oceanus.
Il 29 dicembre 1846, all’Accademia delle Scienze di San Pietroburgo, continuando i nomi della mitologia latina, venne proposto il nome Nettuno che venne poi accettato a livello internazionale. Per poterlo vedere da vicino si dovette aspettare la missione del Voyager 2. L’avvento del telescopio spaziale Hubble e dei grandi telescopi terrestri con ottica adattiva ha recentemente consentito ulteriori osservazioni dettagliate da lontano di Nettuno, in attesa di una prossima missione.
Nettuno, e non poteva essere più blu … peccato che i suoi mari sono di diamanti – credit NASA
Conosciamolo meglio
Nettuno, come Urano, è un gigante di ghiaccio. La sua massa è 17 volte maggiore di quella della Terra ma solo 1/19 quella di Giove. La sua gravità è 1,14 volte la gravità superficiale della Terra, superata solo da Giove. Il raggio equatoriale di Nettuno di 24.764 km, quasi quattro volte quello della Terra. Nettuno ha un sistema ad anelli che fu scoperto nel 1984 e poi confermato visivamente dalla Voyager 2.
Come si formò
La formazione dei pianeti giganti di ghiaccio si è rivelata difficile da modellare con precisione. Alcuni scienziati ritengono che la densità della materia nelle regioni esterne del Sistema Solare era troppo bassa per spiegare la formazione di corpi così grandi secondo il metodo di accrescimento del nucleo tradizionalmente accettato. Vi sono due ipotesi: la prima è che non furono formati dall’accrescimento del nucleo ma dall’instabilità all’interno del disco protoplanetario originale, l’altra, che trova maggior consenso, è che sia Urano che Nettuno si formarono più vicino al Sole, dove la densità della materia era più alta, e successivamente migrarono verso le orbite attuali dopo la rimozione del disco.
L’atmosfera nettuniana
A causa della grande distanza dal Sole, l’atmosfera esterna di Nettuno è uno dei luoghi più freddi del Sistema Solare, con temperature che si avvicinano a -218 ° C. Contrariamente all’atmosfera nebulosa e relativamente informe di Urano, quella di Nettuno ha mostrato alla sonda Voyager fenomeni meteorologici attivi e visibili, come una grande macchia paragonabile alla Grande Macchia Rossa di Giove.
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Il lungo periodo orbitale di Nettuno si traduce in stagioni che durano quarant’anni. A causa dei cambiamenti stagionali, è stato osservato che le fasce nuvolose nell’emisfero meridionale di Nettuno aumentano di dimensioni e di albedo. Gli astro-meteorologi ritengono che su Nettuno si generino i venti più forti di qualsiasi pianeta del Sistema Solare, con velocità del vento fino a 1.300 nodi.
la Great Dark Spot
Ad alta quota, l’atmosfera di Nettuno è composta per l’80% da idrogeno e il 19% da elio con tracce di metano. Come su Urano, l’assorbimento di luce rossa da parte del metano atmosferico dà a Nettuno una colorazione con tonalità blu di un azzurro vivido che differisce da quella color ciano di Urano. La sua atmosfera forma circa il 5% -10% della sua massa e si estende forse dal 10% al 20% verso il nucleo, dove raggiunge pressioni circa 100.000 volte quella dell’atmosfera terrestre. Nelle regioni più basse dell’atmosfera, nel mantello, si hanno concentrazioni crescenti di metano, ammoniaca e acqua, una miscela definita ghiacciata anche se in realtà si tratta di un fluido caldo e denso. L’atmosfera di Nettuno è suddivisa in due regioni principali: la troposfera inferiore, dove la temperatura diminuisce con l’altitudine, e la stratosfera, dove la temperatura aumenta con l’altitudine. Il confine tra i due, la tropopausa, si trova ad una pressione di 0,1 bar.
Gli scienziati ritengono che la troposfera di Nettuno sia composta da nuvole di varie composizioni a seconda dell’altitudine e delle pressioni esistenti dove si verificano fenomeni meteorologici. Nel 1989, fu scoperto dal veicolo spaziale Voyager 2 il Great Dark Spot, un sistema di tempesta anticiclonica che si estende per 13.000 × 6.600 km, simile alla Grande Macchia Rossa di Giove. Circa cinque anni dopo, il 2 novembre 1994, il telescopio spaziale Hubble scoprì che macchia era scomparsa ma si era formata una nuova tempesta simile nell’emisfero settentrionale di Nettuno. Il clima più vario di Nettuno rispetto a Urano è in parte dovuto al suo più alto riscaldamento interno. Come per Urano, la fonte di questo riscaldamento è sconosciuta, ma mentre Urano irradia solo 1,1 volte l’energia che riceve dal Sole, per Nettuno è circa 2,61 volte.
Ad una profondità di 7.000 km, come su Urano le condizioni possono essere tali che il metano si decompone in cristalli di diamante che piovono verso il basso come chicchi di grandine. Secondo il Lawrence Livermore National Laboratory la parte superiore del mantello potrebbe essere un oceano di carbonio liquido con “diamanti” solidi galleggianti. Ipotesi decisamente suggestiva. Andando in profondità, troviamo il nucleo di Nettuno che è probabilmente composto da ferro, nichel e silicati.
Magnetosfera
Nettuno ricorda Urano nella sua magnetosfera, con un campo magnetico fortemente inclinato rispetto al suo asse di rotazione a 47° e spostato di circa 13.500 km dal centro fisico del pianeta, una caratteristica dei flussi all’interno dei due pianeti. Questo campo può essere generato da movimenti di fluido convettivo in un sottile guscio sferico di liquidi elettricamente conduttori (probabilmente una combinazione di ammoniaca, metano e acqua) con conseguente azione della dinamo. La magnetosfera nettuniana inizia a rallentare il vento solare, ad una distanza di 34,9 volte il raggio del pianeta. La magnetopausa, dove la pressione della magnetosfera controbilancia il vento solare, si trova a circa 24 volte il raggio di Nettuno. La coda della magnetosfera si estende per almeno 72 volte il raggio di Nettuno.
Le lune di Nettuno
Nettuno ha 14 lune conosciute. Iniziamo con Tritone, la più grande luna nettuniana, che comprende oltre il 99,5% della massa in orbita attorno a Nettuno.
Tritone ripreso da Voyager 2 – credit NASA
Tritone
A differenza di tutte le altre grandi lune planetarie del Sistema Solare, Tritone ha un’orbita retrograda, indicando che fu catturata nella fascia di Kuiper. È abbastanza vicino a Nettuno per essere bloccato in una rotazione sincrona, ed ha una traiettoria a spirale verso l’interno a causa dell’accelerazione delle maree planetarie. Questo comporta che fra circa 3,6 miliardi di anni, si disintegrerà. Nel 1989, Tritone era l’oggetto più freddo mai misurato nel Sistema Solare, con temperature stimate di -235 ° C. In realtà non ci dobbiamo meravigliare visto che ha una superficie di azoto prevalentemente ghiacciato, una crosta prevalentemente di ghiaccio d’acqua, un mantello ghiacciato e un nucleo di roccia e metallo che costituisce i due terzi della sua massa totale. La sua densità media dimostra che ha una composizione di circa il 15–35% di ghiaccio d’acqua. Ma c’è un aspetto molto interessante: Tritone è una delle poche lune del Sistema Solare note per essere geologicamente attive (le altre ricorderete sono Io ed Europa di Giove, Encelado e Titano di Saturno). Di conseguenza, la sua superficie è relativamente giovane, con pochi crateri a impatto evidente. Intricati terreni crio-vulcanici e tettonici suggeriscono una complessa storia geologica, con la presenza di geyser che emettono azoto sublimato, contribuendo a una tenue atmosfera.
Nereide
Nereide
Il secondo satellite noto di Nettuno (per ordine di scoperta), è la luna irregolare Nereide, che ha una delle orbite più eccentriche di qualsiasi satellite del Sistema Solare. Nereide appare di colore neutro e una superficie composta da una miscela di ghiaccio d’acqua e materiale neutro. L’analisi spettrale mostra che è nettamente diverso dai pianeti minori del sistema solare esterno, suggerendo che forse si formò attorno a Nettuno piuttosto che essere un corpo catturato.
Ippocampo, una luna di soli 33 km che potrebbe essere derivata dallo spezzettamento di Proteus
Ippocampo
Un’altra luna, Ippocampo, scoperta da Hubble, assomiglia agli altri satelliti interni di Nettuno con una superficie scura come “asfalto”. Osservazioni più recenti hanno dimostrato che è quasi due volte più grande di quanto si pensasse in precedenza, dandogli un diametro di 34,8 km.
Tritone e altre lune
Altre sei lune furono scoperte da Voyager 2 tra queste Proteus, di forma irregolare che ha solo il 0,25% della massa di Tritone. Proteus è la seconda luna più grande di Nettuno ed è la più grande delle normali lune prograde di Nettuno. Ha un diametro di circa 420 km. Non fu scoperto dai telescopi terrestri perché Proteus orbita così vicino a Nettuno che si perde nel bagliore della luce solare riflessa.
Proteus
La superficie di Proteus è scura in quanto riflette solo il 10 percento della luce del Sole. Nell’intervallo vicino all’infrarosso intorno alla lunghezza d’onda di 2 μm, la superficie di Proteus diventa meno riflettente, indicando una possibile presenza di composti organici come idrocarburi o cianuri. Sebbene si pensi che Proteus contenga quantità significative di ghiaccio d’acqua, non è stato ancora rilevato spettroscopicamente sulla sua superficie. Le quattro lune più interne di Nettuno, Naiade, Thalassa, Despina e Galatea, orbitano abbastanza vicine da trovarsi all’interno degli anelli di Nettuno. La più lontana, Larissa, fu scoperta nel 1981. Nel 2004 sono state annunciate cinque nuove lune irregolari scoperte tra il 2002 e il 2003 tra cui Lamoidea.
Gli anelli di Nettuno
Nettuno ha un sistema ad anello planetario, sebbene molto meno sostanziale di quello di Saturno i cui anelli potrebbero essere costituiti da particelle di ghiaccio ricoperte di silicati o materiale a base di carbonio, cosa che molto probabilmente conferisce loro la tonalità rossastra.
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I tre anelli principali sono l’anello di Adams, a 63.000 km dal centro di Nettuno, l’anello Le Verrier, a 53.000 km, e il più ampio, più debole, chiamato anello di Galle Ring, a 42.000 km. Alcuni anelli mostrano un decadimento che potrebbe portarli a dissolversi fra un secolo.
L’esplorazione di Nettuno
Voyager 2 è l’unica sonda ad aver raggiunto Nettuno, il 25 agosto 1989 La sonda eseguì un incontro ravvicinato con la luna Nereide prima di arrivare a 4.400 km dall’atmosfera di Nettuno il 25 agosto, quindi si avvicinò alla luna Tritone. Una curiosità, durante l’incontro, i segnali del veicolo spaziale richiesero 246 minuti per raggiungere la Terra.
Voyager 2 verificò l’esistenza del campo magnetico nettuniano e scoprì che il campo era spostato dal centro e inclinato in modo simile a quello di Urano. Dopo la missione di sorvolo di Voyager 2, il prossimo passo nell’esplorazione scientifica del sistema nettuniano potrebbe iniziare alla fine del 2020 o all’inizio del 2030. Un’altra proposta è il lancio della sonda Argo, un veicolo spaziale flyby che potrebbe essere lanciato nel 2020, che potrebbe visitare Nettuno e Tritone intorno al 2029. E’ tutto molto nebuloso e … decisamente costoso.
Potremo mai sfruttarlo come colonia avanzata?
Le condizioni su Nettuno, come su Urano, non sono favorevoli alla colonizzazione ma uno dei satelliti di Nettuno, Tritone, mostra segni di una vasta attività geologica che implica la possibilità di un oceano sotterraneo, forse composto da ammoniaca/acqua. Se fosse possibile attingere a tale energia geotermica, sarebbe possibile rendere colonizzabile anche un mondo criogenico come Tritone, integrato dalla potenza della fusione nucleare. Ma le distanze sono lontanissime e dovremo inventare qualcosa di più rapido per raggiungere i limiti del sistema solare.
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ammiraglio della Marina Militare Italiana (riserva), è laureato in Scienze Marittime della Difesa presso l’Università di Pisa ed in Scienze Politiche cum laude all’Università di Trieste. Analista di Maritime Security, collabora con numerosi Centri di studi e analisi geopolitici italiani ed internazionali. È docente di cartografia e geodesia applicata ai rilievi in mare presso l’I.S.S.D.. Nel 2019, ha ricevuto il Tridente d’oro dell’Accademia delle Scienze e Tecniche Subacquee per la divulgazione della cultura del mare. Fa parte del Comitato scientifico della Fondazione Atlantide e della Scuola internazionale Subacquei scientifici (ISSD – AIOSS).
