Le sorprendenti lune di Urano

Utilizzando Hubble per studiare le quattro lune più grandi di Urano, un team di astronomi ha cercato segni di interazioni tra l’ambiente magnetico di Urano e le superfici delle lune. Sono entrati nello studio alla ricerca di prove di un’ipotesi, ma analizzando i loro dati, ne hanno trovata una completamente diversa. Solo con le capacità uniche di Hubble il team è stato in grado di scoprire la sorprendente scoperta.

Gli scienziati che utilizzano il telescopio spaziale Hubble della NASA sono andati alla ricerca di prove di un fenomeno e ne hanno trovato un altro.

Il team di ricerca ha studiato le quattro lune più grandi del gigante di ghiaccio Urano, il settimo pianeta dal nostro Sole, alla ricerca di segni di interazioni tra Urano e magnetosfera e le superfici delle lune.

(Una magnetosfera è una regione che circonda un corpo celeste in cui le particelle con una carica elettrica sono influenzate dal campo magnetico dell’oggetto astronomico.)

In particolare, il team ha previsto che, in base alle interazioni con la magnetosfera di Urano, i lati “principali” di queste lune bloccate dalle maree, che sono sempre rivolte nella stessa direzione in cui orbitano attorno al pianeta, sarebbero più luminosi dei lati “posteriori”, sempre rivolti verso l’esterno.

Ciò sarebbe dovuto all’oscuramento delle radiazioni dei loro lati posteriori da parte di particelle cariche come gli elettroni intrappolati nella magnetosfera di Urano.

Invece, non hanno trovato prove di oscuramento sui lati posteriori delle lune, e prove evidenti di oscuramento dei lati anteriori delle lune esterne. Questo ha sorpreso il team e indica che la magnetosfera di Urano potrebbe non interagire molto con le sue grandi lune, contraddicendo i dati esistenti raccolti sulle lunghezze d’onda del vicino infrarosso.

La nitida visione ultravioletta di Hubble e spettroscopico. Le capacità sono state fondamentali per consentire al team di studiare le condizioni della superficie di queste lune e scoprire la sorprendente scoperta.

Il complicato ambiente magnetico dello “strano” Urano

Le quattro lune in questo studio – Ariel, Umbriel, Titania e Oberon – sono in rotazione sincrona rispetto a Urano, in modo che mostrino sempre lo stesso lato del pianeta. Il lato della luna rivolto verso la direzione di marcia è chiamato emisfero anteriore, mentre il lato rivolto all’indietro è chiamato emisfero posteriore.

L’idea era che le particelle cariche intrappolate lungo le linee del campo magnetico colpissero principalmente il lato posteriore di ciascuna luna, il che avrebbe oscurato quell’emisfero.

“Urano è strano, quindi è sempre stato incerto quanto il campo magnetico interagisca effettivamente con i suoi satelliti”, ha spiegato il ricercatore principale Richard Cartwright del Laboratorio di Fisica Applicata della Johns Hopkins University.

” Per cominciare, è inclinato di 98 gradi rispetto al eclittica. Ciò significa che Urano è drammaticamente inclinato rispetto al piano orbitale dei pianeti. Rotola molto lentamente attorno al Sole su un lato mentre completa la sua orbita di 84 anni terrestri.

Al momento del sorvolo della Voyager 2, la magnetosfera di Urano era inclinata di circa 59 gradi rispetto al piano orbitale dei satelliti. Quindi, c’è un’ulteriore inclinazione del campo magnetico”, ha spiegato Cartwright.

Poiché Urano e le sue linee del campo magnetico ruotano più velocemente di quanto le sue lune orbitino attorno al pianeta, le linee del campo magnetico passano costantemente oltre le lune. Se la magnetosfera di Urano interagisce con le sue lune, le particelle cariche dovrebbero colpire preferenzialmente la superficie dei lati posteriori.

Queste particelle cariche, così come i raggi cosmici della nostra galassia, dovrebbero oscurare gli emisferi posteriori di Ariel, Umbriel, Titania e Oberon e possibilmente generare l’anidride carbonica rilevata su queste lune.

Il team si aspettava che, specialmente per le lune interne Ariel e Umbriel, gli emisferi posteriori sarebbero stati più scuri dei lati anteriori nelle lunghezze d’onda ultraviolette e visibili.

Ma non è quello che hanno trovato. Invece, gli emisferi anteriore e posteriore di Ariel e Umbriel sono in realtà molto simili in luminosità.

Tuttavia, i ricercatori hanno visto una differenza tra gli emisferi delle due lune esterne, Titania e Oberon, non le lune che si aspettavano.

Come insetti su un parabrezza

Ancora più strano, la differenza di luminosità era l’opposto di quello che si aspettavano.

Le due lune esterne hanno emisferi anteriori più scuri e più rossi rispetto ai loro emisferi posteriori.

Il team pensa che la polvere proveniente da alcuni dei satelliti irregolari di Urano stia ricoprendo i lati anteriori di Titania e Oberon.

I satelliti irregolari sono corpi naturali che hanno orbite grandi, eccentriche e inclinate rispetto al piano equatoriale del loro pianeta genitore.

I micrometeoriti colpiscono costantemente le superfici dei satelliti irregolari di Urano, espellendo piccoli frammenti di materiale in orbita attorno al pianeta.

Nel corso di milioni di anni, questo materiale polveroso si sposta verso l’interno verso Urano e alla fine attraversa le orbite di Titania e Oberon.

Queste lune esterne spazzano la polvere e la raccolgono principalmente nei loro emisferi anteriori, che sono rivolti in avanti.

È molto simile agli insetti che colpiscono il parabrezza della tua auto mentre guidi lungo un’autostrada.

Questo materiale fa sì che Titania e Oberon abbiano emisferi anteriori più scuri e più rossi.

Queste lune esterne proteggono efficacemente le lune interne Ariel e Umbriel dalla polvere, motivo per cui gli emisferi delle lune interne non mostrano una differenza di luminosità.

“Vediamo la stessa cosa accadere nel sistema di Saturno e probabilmente anche nel sistema di Giove”, ha detto il co-investigatore Bryan Holler dello Space Telescope Science Institute.

“Questa è una delle prime prove che stiamo vedendo di un simile scambio di materiale tra i satelliti di Urano”.

“Quindi questo supporta una spiegazione diversa”, ha detto Cartwright. “Questa è la raccolta della polvere. Non mi aspettavo nemmeno di entrare in questa ipotesi, ma sai, i dati ti sorprendono sempre”.

Sulla base di questi risultati, Cartwright e il suo team sospettano che la magnetosfera di Urano possa essere abbastanza quiescente, o potrebbe essere più complicata di quanto si pensasse in precedenza.

Forse le interazioni tra le lune di Urano e la magnetosfera stanno avvenendo, ma per qualche ragione, non stanno causando asimmetria negli emisferi anteriore e posteriore come sospettavano i ricercatori.

La risposta richiederà ulteriori indagini sull’enigmatico Urano, la sua magnetosfera e le sue lune.

L’esclusiva visione ultravioletta di Hubble

Per osservare la luminosità delle quattro più grandi lune di Urano, i ricercatori hanno richiesto le capacità ultraviolette uniche di Hubble.

L’osservazione di bersagli in luce ultravioletta non è possibile da terra a causa degli effetti di filtraggio dell’atmosfera protettiva della Terra

. Nessun altro telescopio spaziale odierno ha una visione ultravioletta e una nitidezza paragonabili.

“Hubble, con le sue capacità ultraviolette, è l’unica struttura che potrebbe testare la nostra ipotesi”, ha detto Christian Soto dello Space Telescope Science Institute, che ha condotto gran parte dell’estrazione e dell’analisi dei dati.

Soto ha presentato i risultati di questo studio il 10 giugno al 246° Meeting dell’American Astronomical Society ad Anchorage, in Alaska.

I dati complementari del telescopio spaziale James Webb della NASA aiuteranno a fornire una comprensione più completa del sistema satellitare di Urano e delle sue interazioni con la magnetosfera del pianeta.

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