Quando Voyager 2 raggiunse Nettuno nel 1989, a soli 12 anni dopo aver intrapreso il suo viaggio storico attraverso il sistema solare, ha scoperto sei nuove lune, ha scattato le prime immagini degli anelli del pianeta e ha notato una tempesta particolarmente violenta.

la tempesta è stata una sorpresa. Nell’emisfero meridionale c’era un vento vorticoso in senso antiorario fino a 1.500 mph (2.414 km / h), il più forte mai registrato. Gli astronomi lo chiamarono la Grande Macchia Oscura e, sebbene cinque anni dopo il telescopio spaziale Hubble fosse scomparso, erano ansiosi di scoprire perché i venti erano così estremi.

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Erano perplessi anche da un altro problema: Voyager 2 ha rivelato che Nettuno è più caldo di Urano, nonostante sia più lontano dal sole. Come ha discusso il fisico Brian Cox nel suo documentario della BBC, The Planets: “La fonte di questo calore extra rimane un mistero”. Ma questo significa che abbiamo un doppio rompicapo tra le mani e che un mistero può aiutare a spiegare l’altro in qualche modo?

Prima di iniziare ad affrontare i due problemi in questione, dobbiamo prima guardare a cosa si intende effettivamente per “più caldo”. Poiché Nettuno è un gigante gassoso, non possiamo testare la temperatura media globale a livello del suolo nel modo in cui potremmo fare sulla superficie solida della Terra. Invece, con il nucleo di Nettuno probabilmente piccolo, le misurazioni della temperatura devono essere effettuate ad altitudine . Il problema è, quale?

Il problema della temperatura

“Possiamo misurare solo le temperature negli strati più esterni”, ha detto via e-mail Michael Wong, scienziato planetario presso l’Università della California, Berkeley. In questo modo scopriamo che Nettuno non è realmente più caldo di Urano in termini reali – sono essenzialmente alla stessa temperatura. Ma poiché Nettuno riceve meno illuminazione solare perché è più lontano dal sole, non dovrebbe essere così.

Ciò che suggerisce questa somiglianza di temperatura è che Nettuno è più caldo in termini di quanto calore emette rispetto alla quantità di calore che assorbe dal sole. Le misurazioni di “Voyager” mostrano che Nettuno emette più del doppio del calore che assorbe dal sole, mentre Urano no “, ha detto ad All About Space Anthony Del Genio del Goddard Institute for Space Studies (GISS) della NASA. E qui è dove le cose diventano piuttosto intriganti.

Questo perché Nettuno non è insolito in questo caso. “Giove e Saturno emettono anche quasi il doppio del calore che assorbono, ma Urano no”, ha detto Del Genio. “Urano è lo stravagante.”

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“L’andamento della temperatura man mano che ci si allontana dal sole mostra che Giove è il gigante gassoso più caldo, Saturno successivo, poi Nettuno. Urano è quello fuori posto “disse Del Genio. “Eppure quel risultato insolito è associato al fatto che Urano non ha una significativa fonte di calore interna”. Nettuno sta trovando un modo per riscaldarsi al livello di Urano, mentre quest’ultimo non è in grado di generare alcun calore aggiuntivo oltre a quello raccolto dal sole.

Ma cos’è una fonte di calore interna? In termini semplici è il calore rimasto dalla nascita del sistema solare quando si sono formati questi pianeti. Il calore si contrae fuori dalla primitiva nebulosa solare, un effetto noto come contrazione di Kelvin-Helmholtz.

“La fonte di calore extra su Nettuno è in gran parte dovuta alla contrazione gravitazionale”, ha detto Joshua Tollefson, anche lui dell’Università della California, Berkeley. “Mentre il pianeta si contrae lentamente gravitazionalmente, il materiale che cade verso l’interno cambia la sua energia potenziale in energia termica, che viene quindi rilasciata verso l’alto fuori dal pianeta.”

Eppure non c’è una ragione chiara per cui Urano non ha molto di una fonte di calore interna – o qualsiasi altra cosa. “Qualcosa deve aver bloccato questo processo su Urano, forse a causa di una collisione nella sua storia iniziale che ha sbattuto il pianeta su un lato”, ha detto Tollefson. “La domanda diventa, perché Nettuno ha una fonte di calore interna ma Urano no?”

Pianeti congelati che amano ruttare

Esiste la possibilità che il calore non venga rilasciato dall’interno a un tasso, ma invece arriva in “rutti”. “Potremmo vedere Urano in un periodo di quiescenza, mentre Nettuno ha ruttato più recentemente”, ha detto Tollefson. “I rutti sono convezione, che può accadere in episodi discreti separati da lunghi periodi di tempo, ma potremmo non sapere se funziona in questo modo di sicuro a meno che non vediamo uno di questi episodi convettivi accadere. “

Potrebbe anche essere un problema che Urano sia un veterano e Nettuno un cucciolo più giovane. “Quanto calore irradia un pianeta dipende principalmente da quanti anni ha e quanto velocemente o lentamente rilascia quel calore”, ha detto Amy Simon, uno scienziato senior della NASA per Planetary Atmosphere Research presso il NASA Goddard Space Flight Center. “Un pianeta più vecchio lo farebbe. essere più freddo. La velocità con cui si liberano dipende dalla struttura interna e dalla composizione, dagli strati di nubi, dalla convezione e così via e ciò può essere piuttosto complicato. “

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” giganti del gas potrebbero esserci quantità significative di pioggia di elio, modificando la quantità di calore rilasciato. Per Urano e Nettuno è possibile che siano età diverse o, più probabilmente, l’evento che ha girato Urano su un lato potrebbe aver confuso la sua struttura interna e / o rilasciato calore più velocemente “, ha detto Simon.

Quindi Che dire di quei venti? Sono innegabilmente violenti e questo potrebbe avere qualcosa a che fare con la temperatura.

“Abbiamo” ipotizzato a lungo che il freddo di Nettuno e Urano potesse portare a condizioni quasi prive di attrito e quindi consentire venti più veloci “, ha detto Heidi Hammel, un’astronoma planetaria che ha studiato a fondo entrambi i pianeti e che faceva parte del team che ha fotografato Nettuno dalla Voyager 2.

Con questo significa che non ci sono montagne, colline o altre forme attraverso il paesaggio nettuniano che rallentano i venti. Ma c’è qualche relazione tra le tempeste e la fonte di calore interna? “Probabilmente”, ha detto Hammel, “ma c’è anche un delicato equilibrio tra il calore interno e la luce solare in arrivo.”

È difficile quantificare questi effetti a causa dei lunghi tempi necessari. “Un anno su Nettuno corrisponde a 165 anni terrestri, quindi non abbiamo avuto la possibilità di studiare il pianeta con strumenti moderni per gran parte del suo ciclo stagionale”, ha detto Hammel. “Serve molta pazienza e fiducia nelle generazioni passate e future di scienziati planetari per studiare le atmosfere dei pianeti esterni.”

“Immagino che la teoria avrebbe dovuto essere la maggiore quantità di energia solare , maggiore è l’energia eolica, ma sulla Terra “sappiamo da molto tempo che la quantità di energia ricevuta dal sole e convertita in energia cinetica nell’atmosfera – cioè il vento – è una piccola frazione”, ha detto Del Genio.

La Terra è un motore termico molto inefficiente e non ti dà un sacco di soldi. Uno dei motivi è che ha una superficie solida che dissipa l’energia eolica per attrito, mentre i giganti del gas no , quindi questa è una delle ragioni per cui tutti i pianeti giganti hanno venti molto più forti della Terra.

Perché sono i venti di Nettuno o forte?

“I venti sono probabilmente generati più in profondità di quanto la luce solare possa penetrare, quindi una combinazione di calore interno e rotazione probabilmente li produce”, ha detto Simon, sollevando la questione del perché i venti di Urano e Nettuno “donano” t corrispondono, dato che hanno velocità di rotazione simili. “Ci dice che qualcosa è diverso tra loro: calore parzialmente interno o qualcos’altro”, ha detto Simon.

I venti di Urano “possono soffiare fino a 560 mph e quelli di Nettuno a 1.500 mph. “Sono entrambi estremamente veloci e raggiungono il picco a velocità superiori a Giove”, ha detto Tollefson. La NASA afferma che la Grande Macchia Rossa di Giove può soffiare a 384 mph. Ma anche lui dice che il calore interno da solo non può spiegare le velocità, dato che Urano non genera calore extra.

La struttura interna dei pianeti – le loro masse, dimensioni del nucleo e profili di densità radiale – è estremamente importante per comprendere il venti come li vediamo. Come si formano i venti e quanto sono profondi sono attualmente le domande a cui è stata data risposta per Giove e Saturno grazie alle navicelle Juno e Cassini della NASA. Ciò è dovuto ai dati gravitazionali estremamente buoni che hanno ottenuto, il che significa che è possibile realizzare buoni modelli per la struttura interna.

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Le simulazioni al computer suggeriscono che i venti dei giganti di ghiaccio sono limitati a basse profondità negli strati superiori della loro atmosfera. Ciò potrebbe suggerire che i venti veloci che vediamo su Urano e Nettuno siano almeno in parte dovuti al rilascio di calore latente di condensa per materiali come l’acqua.

Anche Del Genio mette in dubbio i dati disponibili.Spiega che quando misuriamo i venti su Nettuno, guardiamo a un’altitudine specifica. “I venti ad altre altitudini possono essere più lenti o più veloci”, ha detto Del Genio. “Non lo sappiamo perché non abbiamo mai lanciato sonde nelle atmosfere della maggior parte dei pianeti esterni.”

Ciò che Nettuno e Urano mostrano è che i pianeti che si formano in condizioni simili possono fornire due estremi. Simon dice questo ci aiuta a limitare i modelli di come si formano questi pianeti e fornisce indizi sulla formazione complessiva del sistema solare. “Dovrebbero anche aiutarci a capire meglio la circolazione più profonda, dato che sono così lontani dal sole.”

“Si aggiunge alla nostra conoscenza della fisica e della chimica nelle atmosfere planetarie e ci aiuta a capire la nostra Terra a un po ‘meglio, dal momento che la fisica e la chimica funzionano allo stesso modo sia qui sulla Terra che sul lontano Nettuno “, ha detto Hammel.