IL PIANETA NANO PLUTONE . by Andreotti Roberto - INSA .

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Aggiornato al 30/03/2022

PLUTONE

                                                 

Plutone e Caronte fotografati dalla sonda New Horizons
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Plutone

Dati fisici ed orbitali:
(39,7672 UA) è un pianeta nano, ed è il più grande oggetto conosciuto della fascia di Kuiper (2376,6 ± 3,2 km.), ha una massa di 0,00218 Mt ed una densità di 1,854 kg/dm3, con una gravità di 0,61 m/s2 ed una velocità di fuga di 1,230 km/s.
Il suo asse di rotazione è inclinato di 57,5° rispetto al suo piano orbitale, quindi per lunghi periodi, durante il suo percorso orbitale, Plutone volge al Sole lo stesso emisfero così come avviene nel caso di Urano.
Come dimensioni è fino ad oggi l'oggetto più grande degli oggetti transnettuniani, ma è il secondo per massa superato da Eris di circa il 27%.
Plutone ha un'orbita relativamente eccentrica, inclinata di 17 gradi rispetto al piano dell'eclittica, e il suo perielio si trova a 29,7 UA dal Sole, all'interno dell'orbita di Nettuno, mentre l'afelio è situato a 49,5 UA dal Sole.
Ricevendo dal Sole rispettivamente da 1,54 a 0,55 W/m2 di energia.

Baricentro:
Il baricentro del sistema dei due pianeti non si trova in nessuno dei due corpi (vedi scheda sotto su Caronte), ma cade nello spazio, e per questo Plutone-Caronte è ritenuto un sistema binario, inoltre Plutone e Caronte si rivolgono entrambi sempre la solita faccia in rotazione sincrona, pari a 6,38723 giorni.
Attorno al loro baricentro orbitano anche altre quattro piccole lune : Stige, Notte, Cerbero e Idra.

Orbita risonante:

Plutone è un corpo classificato come oggetto risonante della fascia di Kuiper, e ha una risonanza orbitale di 2:3 con Nettuno, ovvero Plutone orbita due volte intorno al Sole ogni tre orbite di Nettuno. Gli oggetti della fascia di Kuiper che condividono questo rapporto di risonanza sono chiamati plutini.
La risonanza delle orbite è stabile per periodi di di milioni di anni, e Plutone non si avvicina mai a Nettuno a meno di 17 UA, al contrario è possibile che si avvicini maggiormente a Urano (11 UA).
Nel lungo periodo, in realtà, l'orbita di Plutone potrebbe risultare caotica. Le varie simulazioni al computer possono essere utilizzate per prevedere la sua posizione solo per alcuni milioni di anni (sia in avanti che indietro nel tempo), tuttavia su scale temporali superiori ai 20 milioni di anni, i calcoli diventano speculativi.

Scoperta e classificazione:
Quando venne scoperto, nel 1930, da Clyde Tombaugh, fu ritenuto il nono pianeta del sistema solare, ma nel 2006, in seguito alla scoperta di altri corpi simili, è stato riclassificato in pianeta nano, dopo l'adozione, da parte della IAU, di una definizione formale di pianeta.
Non è ancora chiaro se Caronte, la luna più grande di Plutone, continuerà a essere classificato come tale o verrà riclassificato come pianeta nano.

( Le foto che nel 1930 portarono alla scoperta di Plutone ).

( Plutone osservato da HUBBLE, le migliori immagini prima dell'arrivo della New Horizon, nei fotogrammi dei 150° e 180° si può notare ciò che nelle immagini odierne è la Sputnik Planitia, cioè il ''cuore'' di Plutone ).

Struttura:
Formazione:
Plutone potrebbe essere considerato uno dei tanti corpi formatesi nel disco protoplanetario , ma il suo accrescimento non fu sufficiente perché divenisse un vero e proprio pianeta. Come altri oggetti della fascia di Kuiper sarebbe stato allontanato dal Sole oltre l'orbita di Nettuno per l'influenza gravitazionale dei pianeti giganti che migravano verso l'esterno, e mentre alcuni di questi corpi furono espulsi nel sistema solare esterno altri come Plutone risentirono meno degli effetti gravitazionali e formarono la fascia di Kuiper. Caronte potrebbe essersi invece formato a causa di una collisione tra Plutone ed uno dei tanti planetesimi di quella affollata proto-fascia di Kuiper, i resti del cataclisma possono essere identificati nelle lune minori Notte, Idra, Cerbero e Stige, che sarebbero in pratica membri di una famiglia collisionale.
È possibile che Plutone avesse un'orbita quasi circolare, intorno ai 33 UA dal Sole, prima che la migrazione di Nettuno la perturbasse. Il modello di Nizza richiede che ci fossero circa un migliaio di corpi delle dimensioni di Plutone, in origine, nel disco di planetesimi, tra cui Tritone ed Eris.

Interno:
La sua densità suggerisce che la sua composizione interna sia circa il 50-70% di roccia e da circa il 30-50% di ghiacci, d'acqua e di altri elementi. La struttura interna di Plutone è probabilmente differenziata, con il materiale roccioso depositato in un nucleo denso circondato da un mantello di ghiaccio. Il diametro del nucleo è ipotizzato essere di circa 1700 km, ossia il 70% del diametro di Plutone.
Se il nucleo roccioso contiene almeno 75 parti per miliardo di potassio radioattivo, il calore prodotto sarebbe sufficiente a mantenere dell'acqua liquida sotto la superficie e se tale riscaldamento continua oggi, potrebbe creare un oceano sub-superficiale di acqua liquida 100 a 180 km di spessore tra il bordo del nucleo ed il confine del mantello. Nel settembre del 2016, gli scienziati della Brown University simularono l'impatto pensato per aver formato lo Sputnik Planitia, e dimostrarono che avrebbe potuto essere il risultato di una fuoriuscita di acqua liquida da sotto la crosta dopo la collisione, il che implicava l'esistenza di un oceano sub-superficiale almeno 100 km di profondità.
(alcune ipotesi per Plutone e Caronte).

Secondo uno studio pubblicato sulla rivista Nature Geoscience, al di sotto della superficie ghiacciata di Plutone potrebbe trovarsi un oceano allo stato liquido. Questo sembra possibile grazie alla presenza di uno strato di gas isolante che, in base alle simulazioni presentate nello studio, potrebbe impedirne il congelamento.
Gli studiosi hanno cercato di capire se ci potrebbe essere qualcosa che tiene al caldo questo oceano, evitando che congeli, pur mantenendo la superficie interna del guscio che ricopre Plutone ghiacciata. Il team ha ipotizzato che al di sotto della superficie ghiacciata della Sputnik Planitia esista uno strato isolante di gas idrati.
Questi gas idrati sono composti solidi (clatrati) formati da acqua e gas naturali di basso peso molecolare (generalmente metano), che si formano in ambienti caratterizzati da bassa temperatura, alta pressione e sufficiente concentrazione di gas. Sono altamente viscosi, hanno una bassa conduttività termica e potrebbero quindi avere proprietà isolanti.

Le simulazioni hanno dimostrato, che senza uno strato isolante di gas idrati, l’oceano si sarebbe congelato completamente centinaia di milioni di anni fa; ma in presenza dello strato di gas idrati non congela per nulla. Inoltre, hanno verificato che ci vorrebbe circa un milione di anni perché una crosta di ghiaccio uniformemente densa si formi sull’oceano, ma con uno strato isolante di gas idrati ci vuole più di un miliardo di anni. I risultati della simulazione supportano quindi la presenza di un oceano liquido molto vecchio al di sotto della crosta ghiacciata della Sputnik Planitia.
Gli scienziati ritiengono che il gas più probabile, presente all’interno dello strato isolante, sia il metano, originario del nucleo roccioso di Plutone. Questa teoria, in cui il metano è intrappolato come gas idrato, è coerente con l’insolita composizione dell’atmosfera di Plutone, povera di metano e ricca di azoto.

LINK (EN) : https://phys.org/news/2019-05-gas-insulation-ocean-pluto.html

Atmosfera:

Plutone possiede una debole atmosfera, composta prevalentemente da metano, azoto e monossido di carbonio, la cui pressione varia da 6,5 a 24 microbar, a causa dell'eccentricità della sua orbita che ha un importante effetto sulla pressione che varia sensibilmente al variare della distanza del corpo dal Sole e con il ciclo delle stagioni, difatti quando Plutone si allontana dal Sole, la sua atmosfera gradualmente si congela e cade sulla superficie, mentre quando si avvicina al perielio, la temperatura aumenta e i ghiacci sublimano in gas. Alan Stern, del SwRI e direttore del gruppo di ricerca della New Horizons, ha sostenuto che anche un piccolo aumento della temperatura superficiale di Plutone può portare ad aumenti esponenziali della densità atmosferica, da 18 mBar fino anche a 280 mBar, (da tre volte quella di Marte a un quarto di quella della Terra). A tali pressioni, l'azoto potrebbe scorrere sulla superficie in forma liquida, l'azoto ha il punto triplo a ( -210°c / 126 mBar ).

Questo provoca un effetto serra al contrario, poiché la sublimazione dei ghiacci di Azoto in primis, sulla superficie di Plutone abbassa ulteriormente la temperatura.
Nel 2006, le osservazioni compiute con il Submillimeter Array hanno permesso di scoprire che la temperatura di Plutone risulta essere di circa −230 °C, vale a dire 10°C più fredda di quanto ci si aspetterebbe per un corpo posto a quella distanza dal Sole e con quelle caratteristiche fisiche, di contro, invece, la presenza di metano, seppur in tracce, costituisce un potente gas serra nell'atmosfera di Plutone e porta ad un'inversione termica con temperature medie di 36°C più calde, a circa 10 km sopra la superficie.

Molti costituenti dell'atmosfera, seppur in tracce, possono raggiungere la pressione di vapore di saturazione nell'atmosfera attuale di Plutone. Come tale, descriviamo una ricerca di caratteristiche nuvole nell'atmosfera di Plutone utilizzando i dati ottenuti il 14 – 15 luglio 2015, durante l'avvicinamento di Plutone. Segnaliamo che il panorama è almeno in gran parte (> 99% dall'area di superficie) esente dalle nubi, ma segnaliamo anche alcune caratteristiche che possono plausibilmente essere nubi, che sono state rilevate in obliquo e ad alta fase d'angolo. Non sono stati identificati le candidate nubi lontano dai terminatori o nelle immagini in bassa fase d'angolo.

La sua atmosfera è molto rarefatta, ma a causa della bassa gravità è anche molto più estesa, vedi sotto il confronto con il limite dell'atmosfera terrestre.
leggi anche :
(https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019103517302609?via%3Dihub in Inglese)

Interazione dell'atmosfera di Plutone con il vento solare, il fronte d'onda si trova a circa 5 raggi planetari da Plutone (5.900 km), per estendersi con una coda dietro al pianeta nano.

Nebbia su Plutone:
Osservazioni del pianeta nano condotte con il telescopio aereo Sofia della Nasa, combinate con i dati di New Horizons, hanno mostrato che il sottile strato di vapore costituente l’atmosfera di Plutone è formato da particelle molto piccole che rimangono nell’atmosfera più a lungo del previsto, anziché collassare verso la superficie man mano che il corpo si allontana dal Sole.

Con l'osservatorio volante a bordo di un Boeing 747 sono andati alla ricerca della posizione perfetta per osservare l’allineamento di Plutone con una stella.
L’evento, reso piuttosto raro dalla magnitudine particolarmente brillante della stella coinvolta, avrebbe messo in risalto l’atmosfera del pianeta nano, consentendone uno studio dettagliato.
Quello che gli scienziati a bordo di Sofia e anche dagli osservatori terrestri dell’Australia e della Nuova Zelanda, hanno scoperto è che l’atmosfera di Plutone è rimasta essenzialmente invariata fra il 2011 e il 2013, contrariamente a quel che ci si aspettava con il progressivo allontanamento dal Sole del pianeta nano.
Un fenomeno legato, a quanto dicono gli scienziati, alla composizione chimica dell’atmosfera e alla sua interazione con la superficie del corpo.

Appena due settimane più tardi, dopo 9 anni 5 mesi e 25 giorni di viaggio, la sonda New Horizons avrebbe raggiunto il punto più vicino del suo flyby di Plutone. Tempismo perfetto. Sofia ha osservato gli strati intermedi dell’atmosfera di Plutone, alle lunghezze d’onda dell’infrarosso e del visibile, e subito dopo la sonda New Horizons ha campionato gli strati più alti e più bassi nel radio e nell’ultravioletto.
La combinazione dei dati ha fornito l’immagine più completa dell’atmosfera di Plutone mai ottenuta prima. Le curve di luce analizzate hanno portato gli scienziati a concludere che l’atmosfera di Plutone sia dotata di uno strato di vapore, con serie implicazioni sui processi fotochimici innescati dall’illuminazione solare.

Vicino alla superficie ghiacciata, la pressione di vapore mantiene l’atmosfera in equilibrio con i ghiacci; salendo un po’, il metano agisce come un termostato e regola la temperatura attorno ai 170 gradi sottozero. L’atmosfera però è solo debolmente legata alla superficie, e viene spazzata via dal vento solare, proprio come accade alle comete quando si avvicinano alla nostra stella. Il continuo rifornimento di materiale proveniente dai ghiacci superficiali mantiene vivo il processo, ma si stima che abbia causato a Plutone una perdita da 0.5 fino a 3 km di spessore in 4.5 miliardi di anni. Infine, particelle di vapore si formano negli strati più alti dell’atmosfera, a più di trenta chilometri dalla superficie, dall’interazione del metano e altri gas con la luce solare, per poi lentamente piovere giù verso la superficie ghiacciata.

Man mano che il pianeta si muove lungo la sua orbita di 248 anni nello spazio progressivamente più freddo, e l’insolazione decresce, la pressione atmosferica diminuisce e l’atmosfera subisce, secondo i modelli, un vero e proprio collasso verso la superficie.
Gli scienziati a bordo di Sofia hanno sfruttato l’occultazione di una stella brillante da parte di Plutone per osservare l’atmosfera retroilluminata del pianeta nano, riuscendo, con un dettaglio di 2 km, a campionare fittamente i 60 km di altezza dell’atmosfera. La tecnica usata si basa sul fatto che il flusso in arrivo dalla stella decresce, durante la fase di occultazione, in modo dipendente dalla temperatura e dal peso molecolare degli elementi chimici presenti.
I dati raccolti da Sofia hanno mostrato che le particelle componenti il vapore atmosferico di Plutone sono estremamente piccole, solamente 0.06-0.1 micron di spessore, circa mille volte più sottili di un capello. A causa delle loro dimensioni, esse riflettono e diffondono maggiormente la luce a lunghezze d’onda blu, creando il colore osservato.

LINK : “Haze in Pluto’s atmosphere: Results from SOFIA and ground- based observations of the 2015 June 29 Pluto occultation” 

Venti e circolazione atmosferica:
Un “cuore pulsante” di azoto ghiacciato sarebbe alla base dell’origine della circolazione dei venti che soffiano sul pianeta nano, dai quali dipendono anche alcune caratteristiche che si osservano sulla sua sua superficie.
Lo svela l’analisi delle immagini catturate dalla sonda New Horizons della Nasa.
L'atmosfera di Plutone è principalmente azoto ed è in equilibrio di gas solido con il ghiaccio di azoto superficiale.
Il meccanismo proposto dai ricercatori è questo: durante il giorno, un sottile strato di questo ghiaccio d’azoto si riscalda e si trasforma in vapore. Di notte, al contrario, il vapore si condensa e forma nuovamente ghiaccio. Si crea così un vero e proprio ciclo dell’azoto che funge da motore dei venti che sferzano sul pianeta nano, spingendo l’atmosfera a circolare.
Di conseguenza, la distribuzione globale del ghiaccio di azoto e i flussi di condensazione-sublimazione di azoto indotti controllano fortemente la circolazione atmosferica.
È quindi essenziale che i modelli climatici globali (GCM) tengano conto in modo accurato della distribuzione globale del ghiaccio di azoto per simulare realisticamente l'atmosfera di Plutone.
Qui presentiamo una serie di nuove simulazioni numeriche dell'atmosfera di Plutone del 2015 eseguite con un GCM usando una risoluzione orizzontale di 50 km (3,75° × 2,5°) e prendendo in considerazione i dati più recenti della topografia e della distribuzione del ghiaccio, osservati dalla New Horizons. Al fine di analizzare l'evoluzione stagionale della dinamica dell'atmosfera di Plutone, abbiamo anche eseguito simulazioni a una risoluzione più grossolana (11,25° × 7,5°) ma copre tre anni di Plutone.

Il modello prevede una corrente di confine occidentale quasi superficiale all'interno del bacino di Sputnik Planitia, che è coerente con le strisce di vento scure osservate in questa regione. Scopriamo che questa corrente atmosferica potrebbe spiegare le differenze nella composizione e nel colore del ghiaccio osservate nelle regioni nord-occidentali dello Sputnik Planitia, influenzando in modo significativo il tasso di sublimazione del ghiaccio di azoto in queste regioni attraverso processi che potrebbero comportare un flusso di calore conduttivo dall'atmosfera, il trasporto di materiali scuri dai venti e aumenti dell'albedo di superficie.
Inoltre, troviamo che questa corrente controlla la circolazione atmosferica generale di Plutone, che è dominata da una retro-rotazione, indipendentemente dalla distribuzione del ghiaccio di azoto al di fuori dello Sputnik Planitia.

Il gruppo di ricercatori ha scoperto che i venti di Plutone sopra i quattro km soffiano da est verso ovest, e questo durante la maggior parte dell’anno: una direzione opposta rispetto alla rotazione verso oriente del pianeta nano. Un fenomeno unico chiamato retro-rotazione. Ciò è dovuto al fatto che l’azoto all’interno della regione Tombaugh Regio vaporizza a nord e diventa ghiaccio a sud. È questo movimento di masse d’aria a innescare i venti occidentali.
Una circolazione dei venti che secondo i ricercatori ne determina sia il clima che la morfologia. Infatti, mentre l’aria si muove vicino alla superficie, essa trasporta calore, granelli di ghiaccio e foschia, creando pianure lungo le regioni nord e nord-ovest del corpo celeste. Se i venti sul pianeta nano ruotassero in direzione diversa, i suoi paesaggi potrebbero apparire completamente diversi.

Il collasso dell'atmosfera:
La strana atmosfera di Plutone è appena collassata.
Il drammatico calo della pressione atmosferica su Plutone è molto più grande di quanto si aspettassero gli astronomi.
L'atmosfera di Plutone è difficile da osservare dalla Terra e può essere studiata solo quando Plutone passa davanti a una stella lontana, permettendo agli astronomi di vedere l'effetto che l'atmosfera ha sulla luce delle stelle. Quando ciò è accaduto nel 2016, ha confermato che l'atmosfera di Plutone stava crescendo, una tendenza che gli astronomi avevano osservato dal 1988, quando l'hanno notato per la prima volta.
Ora tutto è cambiato e l'atmosfera di Plutone sembra essere crollata. L'ultima occultazione nel luglio dello scorso anno è stata osservata da Ko Arimatsu all'Università di Kyoto in Giappone e colleghi. Dicono che la pressione atmosferica sembra essere diminuita di oltre il 20 percento dal 2016. Innanzitutto, alcuni retroscena. Gli astronomi sanno da tempo che l'atmosfera di Plutone si espande mentre si avvicina al sole e si contrae mentre si allontana. Quando il sole riscalda la sua superficie ghiacciata, sublima, rilasciando azoto, metano e anidride carbonica nell'atmosfera. Quando si allontana, si pensa che l'atmosfera si congeli e cada dal cielo in quella che deve essere una delle più spettacolari tempeste di ghiaccio nel sistema solare.
Plutone ha raggiunto il suo punto più vicino al sole nel 1989, e da allora è stato allontanarsi.
Ma la sua atmosfera ha continuato ad aumentare a un livello pari a circa 1/100.000 di quello terrestre. Gli astronomi pensano di sapere perché, grazie alle immagini inviate dalla navicella spaziale New Horizons che ha sorvolato Plutone nel 2015. Queste immagini hanno rivelato una superficie inaspettatamente complessa con colori molto diversi. Un misterioso cappuccio rossastro sul polo nord si rivelò colorato da molecole organiche.
E un grande bacino bianco coperto di ghiaccio chiamato Sputnik Planitia si estendeva su gran parte di un emisfero. I geologi planetari ritengono che lo Sputnik Planitia svolga un ruolo importante nella regolazione dell'atmosfera di Plutone. Questo perché, quando si affaccia sul sole, rilascia gas nell'atmosfera. Le simulazioni suggeriscono che questo è il motivo per cui l'atmosfera di Plutone ha continuato a crescere, anche se ha iniziato ad allontanarsi dal sole. Le simulazioni sono complicate dal colore di Sputnik Planitia, che determina la quantità di luce che assorbe, e questo a sua volta è influenzato dalla formazione di ghiaccio in modi difficili da prevedere.
Tuttavia, queste stesse simulazioni suggeriscono che, dal 2015, Sputnik Planitia avrebbe dovuto iniziare a raffreddarsi, facendo condensare l'atmosfera nel ghiaccio. Arimatsu e colleghi affermano che è probabilmente ciò che sta dietro la loro nuova osservazione. Tuttavia, c'è un problema. I modelli suggeriscono che l'atmosfera di Plutone avrebbe dovuto ridursi di meno dell'1% dal 2016, non del 20% osservato dal team giapponese. Quindi potrebbero esserci altri fattori all'opera che stanno accelerando il collasso atmosferico di Plutone.
Il risultato deve essere trattato con cautela.
L'effetto dell'atmosfera di Plutone sulla luce stellare distante è piccolo e difficile da osservare con il telescopio riflettore da 60 centimetri che il team ha usato. Dicono che le varie fonti di errore nella loro misurazione lo rendono solo marginalmente significativo. Sono assolutamente necessarie osservazioni migliori da telescopi più grandi. Ma è improbabile che ciò accada presto. Oltre ad allontanarsi dal sole, Plutone si sta allontanando dal piano galattico, rendendo le occultazioni stellari molto più rare e con stelle meno luminose.

Composizione superficiale:
La composizione superficiale è composta per quasi il 98% da azoto ghiacciato, con altri ghiacci le cui concentrazioni sono riportate negli schemi qua sotto:

Nello schema sotto in falsi colori la concentrazione del ghiaccio d'acqua sulla superficie di Plutone:

La concentrazione del ghiaccio di Metano in superficie:

La concentrazione superficiale del monossido di carbonio su Plutone:

Il ciclo dell'Azoto:
Il paesaggio di Plutone è plasmato dagli infiniti cicli di condensazione e sublimazione dei ghiacci volatili che ne coprono la superficie. In particolare, la lastra di ghiaccio di Sputnik Planitia, che si ritiene essere il principale serbatoio di ghiaccio di azoto, Mostra una grande diversità di terreni, con pianure luminose e scure, piccoli pozzi e fosse, depressioni topografiche e testimonianze del recente passaggio glaciale Flussi. Al di fuori dello Sputnik Planitia, la New Horizons ha anche rivelato numerosi giacimenti di ghiaccio di azoto, nella parte orientale del Tombaugh Regio e alle latitudini medio settentrionali.

Queste osservazioni suggeriscono una storia complessa che coinvolge processi volatili e glaciali che si verificano su diverse scale temporali. Utilizzando simulazioni numeriche di trasporto volatile su Plutone eseguita con un modello progettato per simulare il ciclo di azoto nel corso di milioni di anni, tenendo conto dei cambiamenti di obliquità, longitudine solare di perielio e eccentricità come sperimentato da Plutone, esploriamo in primo luogo come l'attività volatile e glaciale dell'azoto all'interno dello Sputnik Planitia è stata influenzata dai cicli diurni, stagionali e astronomici di Plutone.
I risultati mostrano che l'obliquità domina il ciclo dell'Azoto e che durante un ciclo, alle latitudini dello Sputnik Planitia tra 25 ° S e 30 ° N sono dominate dalla condensazione di Azoto, mentre le regioni settentrionali tra 30 ° N e 50 ° N sono dominate dalla sua sublimazione. Si è scoperto che un importo netto di 1 km di ghiaccio è sublimato al margine settentrionale dello Sputnik Planitia durante gli ultimi 2 milioni di anni e deve essere stato compensato da un flusso viscoso della lastra di ghiaccio spessa. Confrontando questi risultati con la geologia osservata dello Sputnik Planitia, possiamo mettere in relazione la formazione dei piccoli pozzi e la luminosità del ghiaccio al centro dello Sputnik Planitia, con la sublimazione e ricondensazione di ghiaccio che si verificano alla scala cronologica annuale, mentre i flussi glaciali al suo bordo orientale e l'erosione delle montagne di ghiaccio d'acqua, sono invece legati alla scala temporale astronomica. Eseguendo anche altre simulazioni , tra cui un sistema di flusso glaciale, possiamo dimostrare che la lastra di ghiaccio di Sputnik Planitia è attualmente nella sua misura minima ai bordi nord e sud.
Osservando anche la stabilità dei depositi di ghiaccio di Azoto al di fuori delle latitudini e delle longitudini del bacino Sputnik Planitia, i risultati mostrano che il tale ghiaccio, non è stabile ai poli, ma piuttosto nelle regioni equatoriali, in particolare nelle depressioni, dove i depositi spessi possono persistere per decine di milioni di anni, prima di essere intrappolati nello Sputnik Planitia. Infine, un altro risultato fondamentale è che le pressioni superficiali minime e massime ottenute nel corso dei milioni di anni simulati rimangono nella gamma di Milli-Pascal e Pascal, rispettivamente. Ciò suggerisce che Plutone non ha mai incontrato condizioni che permettono all'azoto liquido di fluire direttamente sulla sua superficie. Invece, suggeriscono che le numerose evidenze geomorfologiche del passaggio di un flusso liquido osservato sulla superficie di Plutone sono il risultato di azoto liquido che scorreva sotto la base di grossi ghiacciai di azoto, che da allora sono scomparsi.

Topografia:

Superficie:
Le prime immagini della New Horizon, rivelano una brillante e vasta regione la Tombaugh Regio, di forma simile ad un cuore, e nell'area equatoriale una grande catena montuosa relativamente giovane (epoche geologiche), con cime di circa 3.500 m. Da un primo riscontro risulta che siano formate da acqua ghiacciata, che alle temperature del pianeta nano è resistente come la roccia sulla Terra.
Analisi spettroscopiche hanno rivelato che la superficie di Plutone risulta composta per il 98% da ghiaccio d'azoto, con tracce di metano e monossido di carbonio sempre ghiacciati.

(risultato dell'analisi spettrale della superficie, albedo geometrica i funzione delle varie lunghezze d'onda).

Criovulcanismo:
Su Plutone, ci sono numerose indicazioni che una sorta di criolava fredda e fangosa si è riversata sulla superficie in vari punti.

Wright Mons e Piccard Mons, sono due grandi montagne a sud dello Sputnik Planitia, ognuna reca una profonda fossa centrale che gli scienziati ritengono possano essere le bocche dei criovulcani differenti da qualsiasi altre trovate nel sistema solare.

( A lato immagine sovraesposta per mettere in evidenza le zone in ombra della fossa centrale del monte Wright ).

A ovest di Sputnik si trova Viking Terra, con le sue lunghe fratture e graben che mostrano tracce di criolava che un tempo fluiva su tutta la superficie.
E più a ovest dello Sputnik Planitia si trova la regione di Virgil Fossae, dove la criolava ricca di ammoniaca sembra essere esplosa in superficie ed ha rivestito un'area di diverse migliaia di chilometri quadrati con molecole organiche di colore rosso non più di 1 miliardo di anni fa, se non addirittura più recentemente.

( In evidenza nel riquadro il monte Wright, un possibile criovulcano ).

I CRIO-VULCANI DI PLUTONE

I giganteschi vulcani di ghiaccio di Plutone potrebbero essersi formati da molteplici eventi di eruzione.

Gli scienziati del team della missione New Horizons della NASA hanno determinato che più episodi di criovulcanismo potrebbero aver creato alcuni tipi di strutture di superficie su Plutone, dissimili da quelle che si vedono da altre parti nel sistema solare. 

Il materiale espulso da sotto la superficie di questo pianeta distante e ghiacciato potrebbe aver creato una regione di grandi cupole e alture fiancheggiate da colline, tumuli e depressioni. 

( La superficie e le foschie atmosferiche di Plutone sono mostrate qui in scala di grigi, con un'interpretazione artistica di come i processi vulcanici passati potrebbero aver operato sovrapposta in blu. Credito: NASA/Laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins University/SwRI/Isaac Herrera/Kelsi Singer ).

"Le particolari strutture che abbiamo studiato sono uniche per Plutone, almeno finora", ha affermato Kelsi Singer, vice scienziato del progetto New Horizons del Southwest Research Institute, Boulder, Colorado, e autore principale dell'articolo pubblicato su Nature Communications. "Invece dell'erosione o di altri processi geologici, l'attività criovulcanica sembra aver estruso grandi quantità di materiale sull'esterno di Plutone e fatto riemergere un'intera regione nell'emisfero che New Horizons ha visto da vicino".

Il team di Singer ha analizzato la geomorfologia e la composizione di un'area situata a sud-ovest del luminoso e ghiacciato "cuore" di Plutone, lo Sputnik Planitia. La regione criovulcanica contiene più grandi cupole, che vanno da 1 a 7 chilometri di altezza e da 30 a 100 o più chilometri di larghezza, che a volte si fondono per formare strutture più complesse (vedi sotto). Colline, tumuli e depressioni interconnessi irregolari, chiamati terreno collinare, coprono i lati e le sommità di molte delle strutture più grandi. Pochi o nessun cratere esistono in quest'area, indicando che è geologicamente giovane. 

Le strutture più grandi della regione rivaleggiano con il vulcano Mauna Loa alle Hawaii.

Anche con l'aggiunta di ammoniaca e altri componenti antigelo per abbassare la temperatura di fusione dei ghiacci d'acqua le temperature estremamente basse e le pressioni atmosferiche su Plutone congelano rapidamente l'acqua liquida sulla sua superficie.

Poiché si tratta di terreni geologici giovani, e per crearli erano necessarie grandi quantità di materiale, è possibile che la struttura interna di Plutone abbia mantenuto il suo calore in un passato relativamente recente, consentendo il deposito sulla superficie di materiali ricchi di acqua e ghiaccio. 

Flussi criovulcanici in grado di creare le grandi strutture potrebbero essersi verificati se il materiale avesse una consistenza simile a un dentifricio, si fosse comportato in qualche modo come i ghiacciai di ghiaccio solido scorrono sulla Terra o avesse un guscio o una calotta congelata con materiale che era ancora in grado di scorrere al di sotto.

Secondo il team, sono improbabili altri processi geologici considerati per creare le caratteristiche. 

Ad esempio, l'area presenta variazioni significative negli alti e bassi del terreno che non potrebbero essere state create dall'erosione. 

Il team di Singer, inoltre, non ha visto prove di un'estesa erosione glaciale o di sublimazione nel terreno collinare che circonda le strutture più grandi.

"Uno dei vantaggi dell'esplorazione di nuovi posti nel sistema solare è che troviamo cose che non ci aspettavamo", ha affermato Singer. "Questi giganteschi criovulcani dall'aspetto strano osservati da New Horizons sono un ottimo esempio di come stiamo ampliando la nostra conoscenza dei processi vulcanici e dell'attività geologica sui mondi ghiacciati".

( Coleman Mons è stata la chiave per comprendere questa regione perché potrebbe essere una delle cupole vulcaniche formate più di recente. Ride Rupes è una delle scogliere più alte e lunghe di Plutone e indica che potrebbero esserci profonde faglie nell'area che potrebbero consentire alla criolava di risalire dal sottosuolo ).

Le immagini ottenute nel 2015 dalla navicella spaziale New Horizons hanno rivelato diverse caratteristiche geologiche che popolano Plutone, comprese montagne, valli, pianure e ghiacciai. 

Erano particolarmente intriganti perché ci si aspettava che le temperature gelide alla distanza di Plutone avrebbero prodotto un mondo ghiacciato e geologicamente inattivo.

"Questo lavoro appena pubblicato è davvero una pietra miliare, mostrando ancora una volta quanta personalità geologica abbia Plutone per un pianeta così piccolo e come sia stato incredibilmente attivo per lunghi periodi", ha affermato il ricercatore principale di New Horizons Alan Stern, del Southwest Research Institute. "Anche anni dopo il sorvolo, questi nuovi risultati di Singer e colleghi mostrano che c'è molto di più da imparare sulle meraviglie di Plutone di quanto immaginassimo prima che fosse esplorato da vicino".

Grande varietà di terreni:
Una nuova e dettagliata serie di immagini in mosaico di Plutone, divisa in sette pezzi, ognuno dei quali rappresenta un campione di un terreno diverso, è stato rilasciato dalla NASA.
Include tutte le immagini ad alta risoluzione prese dalla sonda New Horizons della NASA mentre sorvolava Plutone.
Si estende attraverso l'emisfero che ha affrontato la navicella spaziale New Horizons durante il flyby e risolve le caratteristiche fino a soli 80 metri per pixel, ed include tutte le immagini ad alta risoluzione prese dalla sonda NASA.

La vista si estende dalla zona di Plutone nella parte superiore della striscia, quasi fino alla linea giorno/notte, chiamata terminatore, nel sud-est dell'emisfero dell'incontro, nella parte inferiore della striscia. La larghezza della striscia va da più di 90 chilometri alla sua estremità settentrionale a circa 75 chilometri alla sua estremità meridionale.
La prospettiva cambia notevolmente lungo la striscia: alla sua estremità settentrionale, la vista si affaccia orizzontalmente su tutta la superficie, mentre alla sua estremità meridionale, la vista si affaccia direttamente sulla superficie.

Nel film, la telecamera esegue una panoramica del mosaico dall'alto verso il basso, offrendo nuove vedute di molti paesaggi distinti di Plutone lungo la strada.
Le foto nel mosaico sono state scattate a circa 15.850 chilometri da Plutone, circa 23 minuti prima dell'avvicinamento massimo di New Horizons.


L'estremo primo piano di New Horizons sulla superficie di Plutone

Al di la del ''Cuore'':

( Segni allettanti della geologia su Plutone sono rivelati in questa immagine da New Horizons, presa il 9 luglio 2015 da 5,4 milioni di chilometri di distanza. Le caratteristiche descritte nel testo includono un globo di riferimento che mostra l'orientamento di Plutone nell'immagine, con l'equatore e il meridiano centrale in grassetto. A questo intervallo, Plutone inizia a rivelare i primi segni di discrete caratteristiche geologiche. Questa immagine mostra il lato di Plutone che è di fronte sempre alla sua luna più grande, Caronte, e include la cosiddetta "coda" della caratteristica a forma di balena scura lungo il suo equatore. (L'immensa, brillante caratteristica a forma di cuore era ruotata alla vista quando questa immagine è stata catturata. Tra le strutture provvisoriamente identificate in questa nuova immagine ci sono quelle che sembrano essere fratture poligonali; una complessa fascia di terreno che si estende da est a nord-est del pianeta, lunga circa 1.600 km; e una regione complessa in cui terreni luminosi incontrano i terreni scuri della ''balena'' - Credito: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute ).

( L'11 luglio 2015, New Horizons ha osservato un mondo che sta diventando sempre più affascinante di giorno in giorno. Per la prima volta su Plutone, questa vista rivela caratteristiche lineari che potrebbero essere scogliere, nonché una caratteristica circolare che potrebbe essere un cratere da impatto. Ruotando in vista è la caratteristica brillante a forma di cuore che sarà vista più in dettaglio durante l'approccio più vicino a New Horizons il 14 luglio. La versione annotata include un diagramma che indica il polo nord, l'equatore e il meridiano centrale di Plutone - Credito: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute ).

I terreni opposti alla Sputnik Planitia sembrano presentare i caratteristici segni di terreni caotici e fratturati, testimonianza del forte impatto che ha causato la formazione della stessa, un enorme cratere che poi si è riempito di volatili congelati che ha dato origine alla caratteristica forma di cuore.

Dettagli della superficie:

Pozzi di Sublimazione:

Campi di pozzi, sia grandi che piccoli, li troviamo in Tombaugh Regio (Sputnik Planitia, e le Uplands che degradano a est), ed anche lungo la scarpata di Piri Rupes, questi sono tipi di paesaggi su Plutone dove concludiamo che è la sublimazione che guida la loro formazione ed evoluzione. I modelli euristici hanno imitato molto la reale forma, la spaziatura e la disposizione di una varietà di pozzi che si trovano in Tombaugh Regio, oltretutto nei vari modelli, l'evoluzione temporale delle superfici è tale che inizialmente passa un sacco di tempo dove accade ben poco, mentre alla fine, lo sviluppo è più veloce con una sublimazione molto rapida.

I piccoli pozzi su Sputnik Planitia sono coerenti con una formazione da materiali Azoto-dominati. Come il ghiaccio d'Azoto sublima, prontamente, qualche altro composto ghiacciato più rigido volatile può svolgere un ruolo di sostegno del rilievo che resta dopo la sublimazione ed un candidato forte è il Metano, che è anche stato spettroscopicamente osservato in loco, ma lo stato attuale delle conoscenze reologiche per questo tipo di ghiaccio nelle circostanze ambientali di Plutone è insufficiente per una valutazione esaustiva.

(vedi foto sotto).

Colline galleggianti:
Sulla superficie ghiacciata di Plutone ci sono delle colline fluttuanti. E’ quanto scoperto dalla sonda spaziale statunitense New Horizons che ha mandato sulla Terra una imponente quantità di immagini che hanno lasciato gli astronomi della Nasa senza parole. Dall’agenzia spaziale spiegano si tratti di rilievi composti di ghiaccio d'acqua che scivolano quasi per magia sullo strato sottostante composto di ghiaccio di azoto, più denso.
Queste colline, che gli scienziati stimano possano misurare ciascuna svariati chilometri, si trovano nell’area nota come “Sputnik Planum”. La Nasa ritiene che, proprio come gli iceberg dalle calotte artiche terrestri, le colline di Plutone si siano staccate dalle catene montuose situate nelle vicinanze.

La Sputnik Planitia:
La Sputnik Planitia, è situata nel lobo occidentale del ''Cuore'' (Tombaugh Regio), è un bacino di circa 1.000 chilometri composto da azoto e monossido di carbonio ghiacciati, suddiviso in cellule poligonali del diametro di circa 33 km, che presenta segni evidenti di flussi glaciali sia dentro che fuori dal bacino.

La Sputnik Planitia è stata probabilmente creata circa 4 miliardi di anni fa dall'impatto di un oggetto della Cintura di Kuiper da 50 a 100 chilometri, che ha scavato una grossa fetta della crosta ghiacciata di Plutone e ha lasciato solo uno strato sottile e debole sul pavimento del bacino.

La sonda New Horizons in questa area non ha trovato crateri, il che fa ipotizzare che la sua superficie abbia meno di 10 milioni di anni, difatti gli ultimi studi geologici suggeriscono che la superficie abbia un'età di solo 180.000 anni circa, con un incertezza tra +90.000 e -40.000 anni.
Nella zona occidentale della Sputnik Planitia ci sono aree con dune trasversali formate da venti che soffiano dal centro del bacino in direzione delle montagne di ghiaccio circostanti. La lunghezza delle dune è compresa tra 0,4-1 km e sono probabilmente costituite da particelle di metano della dimensione di 200-300 μm.

( Mappa geologica della Sputnik Planitia ).

Secondo i due team di scienziati che hanno firmato gli articoli, guidati uno da James Keane dell’Università dell’Arizona l’altro da Francis Nimmo dell’Università della California a Santa Cruz, il riempirsi di ghiaccio del bacino, nel corso del tempo, ha ri-orientato Plutone rispetto ai suoi assi di rotazione e orbitale (vedi animazione qua sotto). Un riposizionamento dovuto alle forze di marea fra il pianeta nano e la sua luna Caronte, e che sarebbe all’origine, combinato con la presenza di un oceano sotterraneo, delle varie fratture che si osservano sulla crosta.
Mano a mano che il bacino intrappolava ghiacci volatili (ghiacci di azoto, metano e monossido di carbonio), ipotizzano gli autori dell’articolo, le interazioni mareali facevano sì che Plutone ruotasse su se stesso di circa 60 gradi, riposizionando Sputnik Planitia in direzione sudest e dando origine – a causa degli stress generati sulla litosfera del pianeta dal dislocamento – alle faglie che hanno poi prodotto i canyon e le montagne fotografate da New Horizons.

( Animazione di James Tuttle Keane - NASA/JHUAPL/SwRI ).

Questa animazione mostra come Plutone si sia riorientato a seguito del riempimento di Sputnik Planitia (il lobo sinistro del “cuore” di Plutone) con ghiacci volatili. Sputnik Planitia in origine era spostato a nord ovest rispetto alla sua posizione attuale di circa 60°. Riempendosi di ghiaccio, la forza mareale esercitata da Caronte (la più grande luna di Plutone) ha prodotto un riorientamento dell’intero pianeta nano, fino ad allinearlo Sputnik Planitia con l’asse di marea di Plutone

Il ''ragno'' della Sleipnir fossa:
Collegate a questa fossa, se ne trovano altre messe a ''ragno'' , l'insolita caratteristica è costituita da almeno sei fratture estensionali che convergono in un punto. L'anomalia lasciato sconcertati gli scienziati che ad ora non ha spiegazioni plausibili.
La caratteristica è costituita da diverse fratture in superficie – le immagini attuali ne mostrano almeno sei. La lunghezza varia tra le diverse fratture. Il più lungo, informalmente chiamato Sleipnir fossa, è di +580 km di lunghezza, mentre il più breve corre per circa 95 km.

( In foto la Sleipnir fossa ed le altre che formano il ''ragno'' ).

Nomenclature IAU di Plutone:

( Questa mappa, compilata da immagini e dati raccolti dal veicolo spaziale New Horizons della NASA durante il suo volo attraverso il sistema Pluto nel 2015, contiene nomi di caratteristiche Pluto approvati dall'Unione Astronomica Internazionale. I nomi delle ultime nomination sono in giallo. (Crediti: NASA / JHUAPL / SwRI / Ross Beyer) ).

8 agosto 2019L'Unione Astronomica Internazionale approva il secondo set di nomi per le caratteristiche di Plutone

Le designazioni sono state proposte dal New Horizons Mission Team della NASA.

Diverse persone e missioni che hanno spianato la strada all'esplorazione storica di Plutone e della Cintura di Kuiper - i mondi più lontani mai esplorati - sono stati onorati nella seconda serie di nomi ufficiali di Plutone approvati dall'Unione Astronomica Internazionale (IAU), l'autorità internazionale riconosciuta che nomina i corpi celesti e le loro caratteristiche superficiali.

I nuovi nomi sono stati proposti dal team New Horizons della NASA, che ha effettuato la prima ricognizione di Plutone e delle sue lune con la navicella spaziale New Horizons nel 2015. Insieme a un breve elenco di nomi ufficiali che la IAU aveva già approvato (in bianco), il team aveva usato questi e anche altri nomi di luoghi in modo informale per descrivere le numerose regioni, catene montuose, pianure, vallate e crateri scoperti durante il primo sguardo ravvicinato alla superficie di Plutone.

L'IAU ha approvato il primo set di 14 nomi di funzionalità per Plutone nel 2017, nonché un set di nomi per la luna più grande di Plutone, Caronte, nel 2018. Il team ha raccolto molte delle idee di denominazione durante una campagna online nel 2015.

I 14 nomi delle nuove funzionalità di Plutone sono elencati in ordine alfabetico di seguito qua sotto. I nomi rendono omaggio alla mitologia degli inferi, alle pionieristiche missioni spaziali che hanno portato alla capacità di condurre a nuovi orizzonti, ad esploratori storici che hanno attraversato nuovi orizzonti nell'esplorazione della Terra e scienziati e ingegneri associati allo studio e all'esplorazione di Plutone e della Cintura di Kuiper.

ELENCO:

• Alcyonia Lacus , un possibile lago di azoto ghiacciato sulla superficie di Plutone, prende il nome dal lago senza fondo nella o nelle vicinanze di Lerna, una regione della Grecia nota per sorgenti e paludi; il lago Alcyonia era uno degli ingressi agli inferi nella mitologia greca.
• Elcano Montes è una catena montuosa in onore di Juan Sebastián Elcano (1476–1526), ​​l'esploratore spagnolo che nel 1522 completò la prima circumnavigazione della Terra (un viaggio iniziato nel 1519 da Magellano).
• Hunahpu Valles è un sistema di canyon chiamato in onore di uno dei gemelli eroi nella mitologia Maya, che ha sconfitto i signori degli inferi in una partita a baseball.
• Il cratere Khare onora lo scienziato planetario Bishun Khare (1933–2013), un esperto di chimica delle atmosfere planetarie che ha svolto un lavoro di laboratorio portando a diversi documenti di studio sulle tholine - le molecole organiche che probabilmente rappresentano le regioni più scure e più rosse di Plutone.
• Il cratere Kiladze rende omaggio a Rolan Kiladze (1931–2010), l'astronomo georgiano (Caucaso) che fece le pionieristiche prime ricerche sulle dinamiche, l'astrometria e la fotometria di Plutone.
• Lowell Regio è una grande regione in onore di Percival Lowell (1855–1916), l'astronomo americano che ha fondato l'Osservatorio Lowell e organizzato una ricerca sistematica di un pianeta oltre Nettuno.
• Mwindo Fossae è una rete di lunghe e strette depressioni che prendono il nome dall'eroe epico di Nyanga (Est Dem. Rep. Congo / Zaire) che viaggiò negli inferi e dopo il ritorno a casa divenne un re saggio e potente.
• Piccard Mons è una montagna e un sospetto crio-vulcano che onora Auguste Piccard (1884–1962), un inventore e fisico del XX° secolo noto per i suoi voli in mongolfiera pionieristici nell'atmosfera superiore della Terra.

• Pigafetta Montes onora Antonio Pigafetta ( ITALIA - 1491 ca.-1531 ca.), studioso ed esploratore italiano che ha raccontato le scoperte fatte durante la prima circumnavigazione della Terra, a bordo delle navi di Magellano.
• Piri Rupes è una lunga scogliera in onore di Ahmed Muhiddin Piri (1470-1553 circa), noto anche come Piri Rais, navigatore e cartografo ottomano noto per la sua mappa del mondo. Ha anche disegnato alcune delle prime mappe esistenti del Nord e Centro America.
• Il cratere Simonelli onora l'astronomo Damon Simonelli (1959–2004), le cui ricerche ad ampio raggio includevano la storia della formazione di Plutone.
• Wright Mons onora i fratelli Wright, Orville (1871–1948) e Wilbur (1867–1912), pionieri dell'aviazione americana accreditati per aver costruito e pilotato il primo aereo di successo del mondo.
• Vega Terra è una grande massa terrestre chiamata in onore delle missioni sovietiche Vega 1 e 2, il primo veicolo spaziale che sorvola e lancia piccole mongolfiere su un altro pianeta (Venere) e fotografa il nucleo di una cometa (1P / Halley).
• Venera Terra prende il nome dalle missioni Venera inviate su Venere dall'Unione Sovietica dal 1961 al 1984; includevano il primo dispositivo creato dall'uomo per entrare nell'atmosfera di un altro pianeta, fare un atterraggio morbido su un altro pianeta e restituire immagini da un'altra superficie planetaria.

SCHEDA RIASSUNTIVA DELLA SUPERFICIE DI PLUTONE:

SCHEDA RIASSUNTIVA DI PLUTONE, CARONTE e LUNE MINORI:

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A cura di Andreotti Roberto.