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Le bizzarrie magnetiche di Urano


Giovedý 7, Giugno 2012
in  Stella Stellina



Il campo magnetico di Urano è proprio in perfetto stile 'Uranium'; mai visto un campo di polare tanto obliquo rispetto all'asse di rotazione né una coda magnetosferica così ritorta. Ma è ancora il caso di meravigliarsi parlando di Urano?


Naturalmente, questa strana dislocazione dei poli magnetici non era prevedibile e di fatto non fu prevista da nessuno.


Prima delle misure del Voyager II lo spettro dei valori pronosticati per un possibile campo magnetico uraniano spaziava per ben sei ordini di grandezza. Il sospetto che esistesse un campo planetario molto forte aveva preso consistenza nel 1982 dopo che tre gruppi di ricercatori avevano osservato, indipendentemente l'uno dall'altro, forti emissioni ultraviolette con i rilevatori a bordo dell'International Ultraviolet Explorex.


Sempre nel 1982, anche J.T. Clarake dell'Università di California sbalordiva di fronte alla sensibile luminosità di Urano vicino alla stella Lyman-Alfa, ed inoltre aveva la fortuna di assistere ad un improvviso aumento dell'emissione circa il raddoppio, nel corso di due osservazioni a distanza di 48 ore. La circostanza faceva decisamente propendere verso l'idea che sul pianeta avessi avuto luogo un'aurora del tutto simile a quelle che si sviluppano nell'alta atmosfera terrestre o a quelle osservate dai Voyager negli altri pianeti magnetici, Giove e Saturno.


In un'aurora, la causa scatenante è l'impatto del vento solare sulla magnetosfera che avvolge il pianeta. Gli elettroni che ristagnano nelle cosiddette fasce di radiazione, li intrappolati dal campo magnetico, vengono accelerati da queste perturbazioni e convogliati lungo le linee magnetiche verso i poli. Precipitando verso il pianeta, eccitano le molecole dell'atmosfera che rispondono emettendo luce, disegnando in cielo quei fantastici 'drappeggi', tenualmente colorati che rischiarano le notti polari.


Qui sulla terra i colori delle aurore sono i più vari e quasi sempre è presente una riga verde dell'ossigeno. Su Uranio e sugli altri pianeti giganti, ove l'atmosfera è ricca di idrogeno, non fa meraviglia che la riga Lyman-Alfa sia tanto intensa.


Peró, questa che ho appena descritta non è la sola possibile causa capace di accendere di ultravioletto un pianeta come Urano. Un'altra è semplicemente la diffusione all'indietro della radiazione ultravioletta solare da parte degli atomi di idrogeno che ne vengono eccitati: la differenza è che in questo caso, non occorre postulare la presenza di un serbatoio di particelle cariche eccitatrici: cioè di fasce di radiazione; cioè, in ultima analisi, di un campo magnetico planetario.


Charke, in ogni caso, mostró di non aver dubbi; il fenomeno di cui era stato testimone era sicuramente un'aurora perché altrimenti l'intenso flusso osservato avrebbe richiesto una abbondanza enorme di idrogeno atomico in atmosfera, quando invece si sa che in condizioni normali è la forma molecolare quella che prevale.


Vero è che, bombardata dalla radiazione solare, la molecola si scinde dei suoi componenti atomici, ma non si puó pretendere che questo processo sia molto efficiente alla distanza di Urano, dove la radiazione solare giunge molto 'diluita' senza contare che l'idrogeno atomico tende continuamente a ricombinarsi nella sua molecola. In secondo luogo, nell'emissione per diffusione, la brusca variazione osservata doveva essere ascritta a due eventi ugualmente improbabili; o ad una improvvisa accresciuta abbondanza dell'idrogeno atmosferico, oppure ad una sorta di brillamento ultravioletto solare.


D'altra parte Charke trovava conferma alle sue tesi nel lavoro di un gruppo di astronomi francesi e americani che avevano misurato anch'essi un'intensa emissione ultravioletta, ma dovuta all'idrogeno molecolare. In questo caso il flusso non poteva certamente essere d'origine diffusa poiché quelle strutture spettrali non si trovano nella radiazione solare. Allora dovevano prodursi in loco, come effetto delle collisioni di particelle cariche di fasce di radiazione con l'idrogeno molecolare dell'atmosfera uraniana.


Ecco dunque, come nacque la convinzione che Urano dovesse possedere un campo magnetico.


Ma quanto intenso? Come minimo, stando ai modelli costruiti per i pianeti giganti e alla luminosità ultravioletta, tra dieci e trenta volte più di quello terrestre all'equatore. Per averne conferma pazientare fino all'estate 1985, quando si calcolava che il Voyager avrebbe dovuto incominciare a rivelare i tipici radio rumori che le magnetosfere emanano quando sono investite dal vento solare. Naturalmente, tanto per non smentirsi, Urano si ne guardó bene dal rispettare la scadenza e l'estate e trascorsa, e così l'autunno senza che il Voyager avvertisse alcun segnale.


L'universale certezza che Urano possedesse un forte campo magnetico cominció a traballare verso Natale e già ai primi di gennaio 1986 la rivista Geophysical Letters ospitava una nota in cui si affacciava l'ipotesi che ne fosse privo del tutto, o quasi; quanto all'emissione ultravioletta, non è forse vero che i Voyager già avevano rivelato qualcosa di simile sull'emisfero illuminato di Giove e Saturno, d'origine sconosciuta ma certamente non aurorale? Ebbene su Urano avrebbe potuto operare un analogo misterioso meccanismo. La stessa rivista poco tempo prima aveva pubblicato un articolo in cui il colore scuro dei corpi del sistema iraniano veniva interpretato come effetto della rimozione di materiale ghiacciato chiaro e riflettente dalla superficie per il bombardamento di particelle cariche, evidentemente queste non trovavano alcun freno al loro selvaggio scorazzare nei dintorni del pianeta per l'assenza di un campo magnetico sufficientemente intenso ed esteso da deviarne la traiettoria verso l'esterno. Rimossi i ghiacci, vengono in superficie i composti di carbonio che danno la patina scura osservata. La stima che ne veniva era che il campo magnetico all'altezza delle nubi doveva toccare al massimo un valore pari a un decimillimetro di quelle terrestre.


Il dibattito è venuto crescendo di tono nelle ultime settimane prima dell'incontro, con gli strumenti del Voyager che continuavano a restare sordi e i planetologi che si chiedevano il perché. Gli ultimi stralipolemici venivano lanciati dalle pagine di 'Nature' sul fascicolo del 23 gennaio, cioè il giorno prima del massimo avvicinamento al pianeta.


Il Voyager peró, il suo dovere l'ha fatto benché, come sempre, per un problema che si chiude dieci altri se ne aprono. Fra questi, con priorità assoluta, si impone l'esigenza di spiegare in corsi disallineamento tra asse magnetico e asse polare, un'eventualità ipotizzata per spiegare l'emissione delle stelle pulsar ma certamente non prevista per un campo planetario.


Ecco i dati di Urano: distanza dal Sole media 2869 milioni di km; massima 3007milioni di km; minima 2740 milioni di km. Periodo orbitale 84 anni terrestri; diametro e equatoriale km 52300; periodo rotazionale 23 ore. Temperatura -215 gradi.


Umberto Paoli

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