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Un diario di cose celesti

Chi siamo? Perché?

Cieli extraterrestri

06 Aug 2013 12:05 AM – Michele Diodati

Il Sole è sempre sul punto di sorgere. Mercurio ruota così piano che puoi camminare abbastanza velocemente sulla sua superficie rocciosa da precedere l’alba. E molte persone lo fanno. Molti ne hanno fatto uno stile di vita. Camminano grosso modo verso occidente, stando sempre davanti al prodigioso giorno. Alcuni si affrettano da un posto all’altro, fermandosi a guardare nei crepacci che in precedenza hanno inoculato di metallofiti biopercolanti, e raschiano via rapidamente ogni residuo accumulato di oro o tungsteno o uranio. Ma la maggior parte di loro sono lì per catturare i bagliori del Sole.

Comincia così “2312”, l’ultimo romanzo di Kim Stanley Robinson, prolifico e pluri-premiato scrittore di fantascienza americano. Come è tipico del genere, l’incipit sovrappone una realtà futura non (ancora) esistente a dati scientifici acquisiti. Non vi sono abitanti né turisti su Mercurio, se si eccettua la sonda MESSENGER della NASA, che però si limita a osservare tutto dall’alto. Ma è vero che su Mercurio si potrebbe passeggiare a passo neppure tanto svelto, mantenendo sempre la stessa distanza dalla linea del terminatore, che divide il giorno dalla notte.

In questo articolo proveremo a fare un esercizio tipico della fantascienza: ci sforzeremo di vedere paesaggi e cieli visibili da mondi diversi dalla Terra, basandoci su ciò che la scienza conosce di quei pianeti e di quelle lune e dello spazio che li circonda.

L'esplorazione è organizzata a partire dall'interno del sistema solare verso l'esterno, quindi dal cielo di Mercurio verso quelli di Plutone e Caronte. Ma se volete leggere subito del pianeta o della luna che vi interessa di più, ecco un elenco di link per saltare direttamente ai singoli paragrafi:

•  Mercurio  •  Venere  •  ​Luna  •  Marte  •  Giove  •  Io  •  Saturno  •  Titano  •  Encelado  •  Urano  •  Nettuno  •  Tritone  •  Plutone e Caronte

Le dimensioni apparenti del Sole osservate dai pianeti del sistema solare, in un'illustrazione tratta da un libro del russo Yakov Perelman (Plutone non era ancora stato retrocesso al rango minore di pianeta nano). <span class="di">Cortesia: Y. Perelman, Astronomy for Entertainment (Mosca, 1958)</span>

Le dimensioni apparenti del Sole osservate dai pianeti del sistema solare, in un'illustrazione tratta da un libro del russo Yakov Perelman (Plutone non era ancora stato retrocesso al rango minore di pianeta nano). <span class="di">Cortesia: Y. Perelman, Astronomy for Entertainment (Mosca, 1958)</span>

Mercurio

Cominciamo dunque da Mercurio o meglio dal cielo osservabile dalla sua superficie.

Il pianeta più interno del sistema solare possiede una sottilissima esosfera, completamente trasparente ai raggi solari. Perciò un ipotetico esploratore terrestre vedrebbe il cielo nero anche di giorno, così come appare dalla Luna. Ma con la differenza che il disco del Sole visto da Mercurio è molto più grande e la radiazione solare più potente. Il nostro viaggiatore spaziale vedrebbe un Sole dal diametro angolare di 1,14 gradi all’afelio e di 1,73 gradi al perielio: rispettivamente 2,1 e 3,2 volte il diametro angolare medio del Sole osservato dalla Terra. Tanta variazione è dovuta all’orbita di Mercurio, molto più ellittica di quella terrestre.

Ma questi sono particolari che il nostro ipotetico viaggiatore potrebbe apprezzare solo avendo un equipaggiamento davvero resistente: innanzitutto una protezione adeguata per gli occhi e la pelle, dato che il Sole vicinissimo e la mancanza di filtro atmosferico renderebbero il bombardamento dei raggi ultravioletti semplicemente letale (il flusso solare è 11 volte quello terrestre quando Mercurio è al perielio e “solo” 4,6 volte quando è all’afelio). E poi un isolamento termico a prova di bomba, dal momento che si registrano escursioni termiche di oltre 600 gradi centigradi dal giorno alla notte mercuriani.

Il cielo di Mercurio, confrontato in questa illustrazione con il cielo terrestre, appare nero anche di giorno. Il Sole è da 2,1 a 3,2 volte più grande di come appare visto dalla Terra. <span class="di">Cortesia: Vince Cusumato</span>

Il cielo di Mercurio, confrontato in questa illustrazione con il cielo terrestre, appare nero anche di giorno. Il Sole è da 2,1 a 3,2 volte più grande di come appare visto dalla Terra. <span class="di">Cortesia: Vince Cusumato</span>

Risolti questi “piccoli” problemi pratici, il nostro visitatore potrebbe godere però di uno spettacolo straordinario e insolito, impossibile da vedere sulla Terra: il Sole che si ferma nel cielo durante il lunghissimo giorno, tentenna un po’, accenna a tornare indietro e riprende infine la sua marcia verso il tramonto, come se nulla fosse accaduto.

Cosa ha di particolare Mercurio per rendere possibile una simile stranezza? Niente più che un’orbita molto ellittica e il Sole praticamente a due passi. La forte attrazione gravitazionale esercitata dal Sole ha bloccato la rotazione di Mercurio sul suo asse in un rapporto di risonanza di 3:2 con il moto di rivoluzione: nel tempo, cioè, in cui il pianeta fa tre giri completi su stesso, percorre anche due intere orbite intorno al Sole. Questo rapporto tra rotazione e orbita basato su numeri interi piccoli, detto di risonanza, influenza la durata del giorno mercuriano, rendendolo molto più lungo del giorno terrestre e creando inoltre una forte differenza tra il giorno siderale e il giorno solare.

Il giorno siderale terrestre, cioè il tempo che la Terra impiega a tornare esattamente nella stessa posizione rispetto alle stelle fisse, è quasi uguale al giorno solare, che è l’intervallo tra due successivi passaggi del Sole sullo stesso meridiano: 23 ore 56 minuti e 4 secondi l’uno, 24 ore, secondo più secondo meno, l’altro. Entrambi sono molto più corti dell’anno, che dura 365 giorni e qualche ora.

Su Mercurio, invece, il giorno siderale dura poco meno di 59 giorni terrestri, pari a due terzi dell’anno, che è di circa 88 giorni. Ma il giorno solare, cioè il tempo che il Sole impiega a ripassare sullo stesso meridiano di Mercurio, dura ben 176 giorni terrestri (due anni mercuriani): è questo lungo intervallo che a un abitante del pianeta apparirebbe come il giorno vero e proprio. La conseguenza di ciò è che il moto apparente del Sole nel cielo di Mercurio risente molto più che nei cieli terrestri della competizione tra il moto di rotazione del pianeta e quello di rivoluzione. Il primo fa muovere il Sole, come sulla Terra, da est verso ovest; il secondo, all’opposto, lo fa muovere da ovest verso est. In generale, anche su Mercurio, è il moto di rotazione a prevalere, sicché per la maggior parte del giorno mercuriano il Sole procede normalmente nel cielo da est verso ovest. Tuttavia, quando il pianeta si approssima al perielio, a causa della vicinanza al Sole e dell’ellitticità dell’orbita, comincia a sfrecciare rapidissimo, raggiungendo la velocità di 56,6 chilometri al secondo: un vero e proprio sprint, rispetto ai 38,7 chilometri al secondo della velocità orbitale all’afelio. Questa accelerazione obbedisce alla seconda legge di Keplero – aree uguali dell’orbita percorse in tempi uguali – e fa sì che la velocità orbitale di Mercurio raggiunga e superi per un breve periodo di alcuni giorni terrestri la velocità di rotazione. Ecco allora che, “magicamente”, il Sole appare bloccarsi nel cielo e tornare leggermente indietro: è il moto apparente da ovest a est, dovuto alla rivoluzione, che prevale momentaneamente sul moto apparente da est a ovest dovuto alla rotazione.

Un’altra stranezza del cielo mercuriano è la lentezza dello spostamento del terminatore, evocata da Robinson all’inizio del suo romanzo “2312”. Sulla Terra, a causa del rapporto tra lunghezza del giorno e circonferenza terrestre, la linea che separa il giorno dalla notte si sposta a una velocità molto alta: circa 1670 chilometri orari. È ovviamente impossibile seguire a piedi il suo spostamento: solo gli aerei più veloci e i satelliti artificiali possono tener testa alla velocità con cui l’alba e il tramonto attraversano mari e continenti. Ma su Mercurio è tutto diverso. Il giorno solare è lunghissimo, 176 giorni terrestri, e il pianeta ha una circonferenza che è poco più di un terzo di quella terrestre: 15.331 chilometri. Ne risulta che il terminatore si sposta, mediamente, a soli 3,6 chilometri orari: anche un anziano potrebbe passeggiare a quella velocità senza spostarsi dal limitare del giorno, riuscendo a evitare di essere investito in pieno dalla potente radiazione solare.

Dopo il Sole, il secondo oggetto più luminoso nel cielo di Mercurio è Venere, che può essere osservato in opposizione al Sole, quando, al massimo dell’illuminazione, raggiunge una magnitudine apparente di -7,7, ben superiore alla magnitudine di -4,3 che tocca nei cieli terrestri.

E la Terra e la Luna come appaiono viste da Mercurio? Per questa legittima curiosità possiamo fare a meno di ricorrere all’immaginazione. Abbiamo infatti le foto. Nel 2010, la sonda MESSENGER fotografò il cielo nella nostra direzione da una posizione nei pressi del Sole, dalla quale la Terra e la Luna si vedevano così come si vedrebbero dalla superficie di Mercurio: piccoli dischi che brillano di luce solare riflessa. Una foto analoga è stata poi acquisita da MESSENGER anche di recente, il 19 luglio scorso, nell'ambito di una ricerca sull'esistenza di satelliti mercuriani, per ora senza esito.

La Terra e la Luna, visibili in basso a sinistra, riprese nel 2010 dalla sonda MESSENGER, prima di entrare in orbita intorno a Mercurio. <span class="di">Cortesia: NASA</span>

La Terra e la Luna, visibili in basso a sinistra, riprese nel 2010 dalla sonda MESSENGER, prima di entrare in orbita intorno a Mercurio. <span class="di">Cortesia: NASA</span>

Una nuova immagine della Terra e della Luna, ripresa da MESSENGER il 19 luglio 2013 da una distanza di 98 milioni di chilometri. La Terra e la Luna appaiono sovraesposte perché la foto è stata acquisita con un lungo tempo di esposizione, mentre la sonda della NASA cercava eventuali satelliti di Mercurio. <span class="di">Cortesia: NASA / JHUAPL / CIW</span>

Una nuova immagine della Terra e della Luna, ripresa da MESSENGER il 19 luglio 2013 da una distanza di 98 milioni di chilometri. La Terra e la Luna appaiono sovraesposte perché la foto è stata acquisita con un lungo tempo di esposizione, mentre la sonda della NASA cercava eventuali satelliti di Mercurio. <span class="di">Cortesia: NASA / JHUAPL / CIW</span>

Venere

Spostiamoci ora su Venere, la cui superficie è probabilmente il luogo più inospitale dell’intero sistema solare. Se un visitatore terrestre si trovasse catapultato lì all’improvviso senza protezione, in pochi istanti finirebbe arrostito, schiacciato come una frittata e asfissiato. Responsabile di questa fine orribile sarebbe l’atmosfera venusiana: una cappa infernale, composta al 96 per cento di anidride carbonica e per il resto da azoto molecolare, più tracce di altri elementi e composti.

Questa coltre densissima esercita una pressione al suolo di 95 atmosfere, equivalente a quella che sulla Terra si sperimenta a un chilometro di profondità sotto il mare. Inoltre, l’anidride carbonica, che domina su tutto, è responsabile di un gigantesco effetto serra, che fa di Venere il pianeta più caldo del sistema solare, un forno naturale con una temperatura al suolo di circa 470 gradi centigradi, maggiore persino di quella di Mercurio, a dispetto della minore distanza di quest’ultimo dal Sole.

Immaginiamo allora che il nostro ipotetico esploratore spaziale sia atterrato su Venere protetto da una specie di batiscafo indistruttibile, in grado di resistere a pressioni simili a quelle oceaniche e a temperature in grado di fondere il piombo e lo zinco. Che cielo vedrebbe questo impavido viaggiatore? Nulla di memorabile, purtroppo. Il pianeta è infatti perennemente avvolto in un impenetrabile sudario di nuvole, formato da tre strati sovrapposti dislocati tra i 50 e i 70 chilometri di altitudine, all’interno dei quali si produce una pioggia di acido solforico, che, a causa della pressione atmosferica e del calore, finisce vaporizzata prima di arrivare al suolo. Quelle nuvole perenni impediscono di osservare il cielo dalla superficie del pianeta: se mai sono esistiti esseri viventi su Venere, certo non sono stati astronomi. Per comprendere l’effetto prodotto da un simile strato nuvoloso, basti pensare che la sua profondità ottica (cioè il livello di opacità) è 25: per confronto, quella dell’atmosfera terrestre, nuvole comprese, varia tra 0,5 e 1,5.

L’impenetrabile coltre nuvolosa che ricopre Venere, fotografata in luce ultravioletta il 5 febbraio 1979 dalla sonda Pioneer Venus Orbiter della NASA. <span class="di">Cortesia: NASA History Office</span>

L’impenetrabile coltre nuvolosa che ricopre Venere, fotografata in luce ultravioletta il 5 febbraio 1979 dalla sonda Pioneer Venus Orbiter della NASA. <span class="di">Cortesia: NASA History Office</span>

Lo strato di nubi è inoltre in continuo e vorticoso movimento. Venti potentissimi presenti in quota, che spirano fino a 360 chilometri orari, fanno compiere alla copertura nuvolosa un giro completo del pianeta, da est verso ovest, in soli quattro giorni terrestri. Ciò è davvero strano, se si considera che il moto di rotazione di Venere è lentissimo e contribuisce molto poco ad agitare l’atmosfera: un giorno venusiano dura infatti 243 giorni terrestri ed è più lungo anche dell’anno venusiano, che è di 224,7 giorni terrestri.

La copertura nuvolosa non impedisce comunque alla luce di filtrare al suolo, dove la visibilità è piuttosto buona e i venti sono molto deboli. Come hanno mostrato le immagini inviate dalle sonde sovietiche del programma Venera, il panorama che si osserva dalla superficie di Venere è circonfuso da una luce giallo-bianca, che permette di vedere il paesaggio in distanza. Non possiamo sapere, però, quale percezione si avrebbe dalla superficie del pianeta di quella che è la principale particolarità del suo cielo, rispetto al resto del sistema solare: la rotazione retrograda, che fa sì che il Sole sorga a ovest e tramonti a est. Ciò accade perché, per via di qualche fenomeno sconosciuto, o un cataclisma primordiale o un effetto di lungo termine della caotica atmosfera, l’asse di Venere è inclinato di 177 gradi rispetto al piano dell’eclittica. In altre parole, il pianeta ruota su se stesso nel verso “giusto”, quello antiorario, ma è a testa in giù: il polo nord è in basso e il polo sud in alto e ciò fa sì che il moto di rotazione appaia invertito.

Il suolo di Venere fotografato dal lander Venera 13 il 1° marzo 1982. La sonda sovietica sopravvisse alle avverse condizioni atmosferiche 2 ore e 7 minuti, riuscendo a inviare 14 immagini. <span class="di">Cortesia: NASA History Office</span>

Il suolo di Venere fotografato dal lander Venera 13 il 1° marzo 1982. La sonda sovietica sopravvisse alle avverse condizioni atmosferiche 2 ore e 7 minuti, riuscendo a inviare 14 immagini. <span class="di">Cortesia: NASA History Office</span>

Luna

La Luna è ancora oggi l’unico corpo del sistema solare dalla cui superficie uomini in carne ed ossa hanno potuto alzare lo sguardo e osservare, sia pure attraverso la visiera di un voluminoso casco, un cielo extraterrestre. La cosa particolare è che l’elemento di spicco di quella vista extraterrestre era proprio la cara, vecchia Terra.

Nel cielo nero della Luna, dal lato del satellite che guarda verso il nostro pianeta, la Terra fornì ai suoi primi visitatori una vista magnifica e indimenticabile. Il suo diametro angolare, che varia, per via dell’eccentricità dell’orbita lunare, tra 1,8 e 2 gradi, è quattro volte quello della Luna vista dalla Terra. La maggiore area coperta nel cielo, unita a un’albedo tre volte superiore a quella della Luna, fa sì che la Terra, quando completamente illuminata dal Sole, brilli nel cielo lunare oltre cinquanta volte più intensamente della Luna piena nei cieli terrestri. La Terra vista dalla Luna mostra inoltre fasi analoghe a quelle lunari, ma invertite: quando noi vediamo la Luna nuova, dalla Luna si vede la “Terra piena”, e viceversa.

Una particolarità suggestiva è che, a causa dell’orbita sincrona della Luna, dal lato lontano del satellite la Terra è perennemente invisibile. Dal lato vicino, invece, è sempre visibile. O quasi. In realtà vi sono zone di confine tra la faccia nascosta e la faccia visibile della Luna dalle quali si può vedere periodicamente tramontare e sorgere la Terra. Ciò accade a causa della librazione lunare, un complesso moto oscillatorio che ha una componente latitudinale, dovuta alla leggera inclinazione dell’asse della Luna, e una componente longitudinale, dovuta all’eccentricità dell’orbita descritta intorno alla Terra. Un'orbita che è percorsa con velocità variabile, in contrasto con il moto di rotazione, che ha velocità costante. Il risultato di questa oscillazione è che la Terra non appare immobile nel cielo della Luna, ma descrive una sorta di ovale del diametro di 18 gradi. Nei punti di confine tra le due facce lunari, capita che, percorrendo quest’ovale, talvolta la Terra sia sotto l’orizzonte, talaltra sopra.

Il comandante dell’Apollo 17 Eugene Cernan, fotografato sulla superficie della Luna mentre la Terra è alta nel cielo. <span class="di">Cortesia: NASA History Office</span>

Il comandante dell’Apollo 17 Eugene Cernan, fotografato sulla superficie della Luna mentre la Terra è alta nel cielo. <span class="di">Cortesia: NASA History Office</span>

Il Sole visto dalla Luna ha la stessa dimensione angolare di quando è osservato dalla Terra, ma la sua luce è più bianca e accecante, per via della mancanza del filtro dell’atmosfera, che, sulla Terra, invece, assorbe e diffonde la luce solare, modificandone intensità e colore.

La modesta inclinazione dell’asse lunare comporta, poi, la possibilità che, presso i poli, vi siano crateri il cui fondo non vede mai la luce del Sole e picchi, invece, perennemente illuminati: sono i cosiddetti picchi di luce eterna. O quasi eterna, considerando che le eclissi di Sole viste dalla Luna, a causa del maggior diametro della Terra, portano un’oscurità molto più ampia e profonda delle eclissi di Sole che osserviamo sul nostro pianeta.

La sonda Clementine identificò quattro punti lungo i bordi del cratare Peary, presso il polo nord della Luna, candidati a essere picchi di luce eterna. Altri luoghi candidati furono osservati al polo sud lunare, nei pressi del Cratere Shackleton, e monitorati a più riprese dalla sonda SMART-1 dell’ESA. Larghi poche centinaia di metri, sono circondati dalla notte altrettanto eterna di crateri che non sono mai illuminati dal Sole e che potrebbero contenere ancestrali depositi di ghiaccio. Sono luoghi di particolare interesse per future missioni mirate a costruire basi lunari permanenti: l’esposizione continua dei picchi alla luce solare garantirebbe una fonte inesauribile di energia; il ghiaccio probabilmente sedimentato nei crateri garantirebbe invece l’acqua indispensabile alla sopravvivenza dei coloni. Possiamo solo immaginare la profonda suggestione esercitata sui futuri, ipotetici pionieri lunari dalla vista di una cresta illuminata da una lama di Sole, circondata dalla notte perenne: la rappresentazione visiva della solitudine assoluta.

Visibile sullo sfondo, un picco di luce eterna presso il polo sud lunare. Il bordo del cratere in primo piano, indicato dalla freccia nel riquadro, è un potenziale sito di allunaggio per una missione di lungo termine. <span class="di">Cortesia: ESA/SMART-1/Space-X (Space Exploration Institute)</span>

Visibile sullo sfondo, un picco di luce eterna presso il polo sud lunare. Il bordo del cratere in primo piano, indicato dalla freccia nel riquadro, è un potenziale sito di allunaggio per una missione di lungo termine. <span class="di">Cortesia: ESA/SMART-1/Space-X (Space Exploration Institute)</span>

Ma i picchi di luce eterna sbiadiscono di fronte allo spettacolo, certamente più impressionante, offerto dalle eclissi di Sole viste dalla Luna. Il buio causato dall’interposizione della Terra può durare fino a sei ore, appena rischiarato da una pallida luce rossastra, prodotta dai raggi solari filtrati dall’atmosfera terrestre. Gli astronauti dell’Apollo 15 provarono a riprendere un’eclissi di Sole dalla superficie lunare, ma la telecamera del rover lasciato sulla Luna dopo la loro partenza non funzionò. Possiamo immaginare, però, la grandezza dello spettacolo, grazie a una foto scattata a novembre del 1969 dall’Apollo 12. Gli astronauti, in viaggio verso la Terra, passarono nell’ombra del pianeta e colsero l’immagine di una falce di Terra, intersecata a metà da un bagliore solare che risaltava nella totale oscurità: una visione analoga a quella che si avrebbe dalla superficie della Luna, potendo osservare con i propri occhi l’inizio o la fine di un’eclissi di Sole.

Il Sole fa capolino dietro il disco terrestre, in una foto scattata dall'equipaggio dell’Apollo 12, durante il viaggio di ritorno verso la Terra. <span class="di">Cortesia: NASA</span>

Il Sole fa capolino dietro il disco terrestre, in una foto scattata dall'equipaggio dell’Apollo 12, durante il viaggio di ritorno verso la Terra. <span class="di">Cortesia: NASA</span>

Marte

L’atmosfera di Marte ha una composizione simile a quella di Venere: è composta per lo più da anidride carbonica, da una piccola percentuale di azoto, da argon e da tracce di ossigeno e acqua. Tuttavia la densità è minima e la pressione alla superficie meno di un centesimo di quella che si registra sulla Terra. Vi è del vapore acqueo nell’aria, ma troppo poco e la densità è troppo bassa perché possa piovere. Tuttavia si possono osservare nel cielo di Marte foschie e nubi. La caratteristica principale della sua atmosfera, che influenza significativamente il paesaggio e l’apparenza del cielo, è la grande quantità di polveri, per lo più ossidi di ferro, sospesa nell’aria. Un visitatore di Marte potrebbe assistere, soprattutto quando il pianeta è più vicino al Sole e la temperatura è più alta, alle più impressionanti tempeste di polvere del sistema solare: talvolta fenomeni solo locali, ma in altri casi così gigantesche da interessare l’intero pianeta, come accadde nel 2001.

A giugno 2001 si verificò su Marte la più gigantesca tempesta di polveri mai osservata. Per tre mesi le caratteristiche superficiali del pianeta, come si può notare dall’immagine sulla destra, furono completamente offuscate da un rimescolamento atmosferico senza precedenti. <span class="di">Cortesia: NASA</span>

A giugno 2001 si verificò su Marte la più gigantesca tempesta di polveri mai osservata. Per tre mesi le caratteristiche superficiali del pianeta, come si può notare dall’immagine sulla destra, furono completamente offuscate da un rimescolamento atmosferico senza precedenti. <span class="di">Cortesia: NASA</span>

È proprio alle polveri ferrose in sospensione che si deve il particolare colore marrone-giallastro dei cieli marziani. E alle stesse polveri si deve il fatto che la luce del giorno si diffonda su Marte molto tempo prima del sorgere del Sole e, analogamente, illumini il cielo ancora molto dopo che il Sole è tramontato. Le numerose sonde che abbiamo inviato su Marte negli ultimi decenni ci hanno consegnato molte immagini suggestive. Abbiamo potuto osservare tramonti in cui il Sole è immerso in una luce blu invece che rossa come sulla Terra. E cieli violetti, dovuti alla presenza di cristalli di ghiaccio nell’aria.

A sinistra, il Sole al tramonto, circonfuso di luce bluastra. A destra, nuvole di ghiaccio d’acqua dal colore violetto. Entrambe le immagini furono acquisite dalla sonda Pathfinder nel 1997. <span class="di">Cortesia: NASA / JPL</span>A sinistra, il Sole al tramonto, circonfuso di luce bluastra. A destra, nuvole di ghiaccio d’acqua dal colore violetto. Entrambe le immagini furono acquisite dalla sonda Pathfinder nel 1997. <span class="di">Cortesia: NASA / JPL</span>

A sinistra, il Sole al tramonto, circonfuso di luce bluastra. A destra, nuvole di ghiaccio d’acqua dal colore violetto. Entrambe le immagini furono acquisite dalla sonda Pathfinder nel 1997. <span class="di">Cortesia: NASA / JPL</span>

Ma occorre ricordare che queste immagini sono approssimazioni, non realtà di fatto. Tutte le sonde osservano il cielo e il terreno di Marte attraverso filtri che producono immagini in toni di grigio. Spesso, per esigenze scientifiche, i filtri catturano regioni dello spettro elettromagnetico invisibili all’occhio umano, come l’infrarosso e l’ultravioletto. Poi, sulla Terra, abili scienziati cercano di tradurre quelle immagini filtrate in qualcosa che assomigli il più possibile a ciò che occhi umani potrebbero vedere, se si trovassero su Marte. Ma resta il fatto che nessun essere umano è mai stato su quel pianeta e non sappiamo, perciò, come ci apparirebbe soggettivamente il cielo, se potessimo osservarlo direttamente.

Di certo, il disco del Sole ci apparirebbe più piccolo che dalla Terra. Il suo diametro angolare, visto da Marte, è 19 minuti all’afelio e 23 minuti al perielio: rispettivamente il 60 e il 70 per cento del diametro angolare che si osserva dalla Terra nei corrispondenti punti dell’orbita (la notevole variazione delle dimensioni del Sole visto da Marte è dovuta alla maggiore eccentricità dell’orbita marziana rispetto a quella terrestre: 0,093 contro 0,016). Ovviamente, a causa della maggiore distanza, Marte riceve anche meno radiazione solare della Terra: da 1,9 a 2,7 volte in meno, tenendo conto unicamente della diminuzione dovuta al quadrato della distanza. La luce realmente percepita al suolo dipende poi sempre dalle condizioni atmosferiche locali. Ma non c’è dubbio che l’effetto generale, per un visitatore umano, sarebbe quello di un mondo poco luminoso, dai colori altrettanto poco contrastati.

L’asse di Marte è inclinato di 25,1 gradi sul piano dell’orbita. Solo poco più dell’asse terrestre, che è inclinato di 23,5 gradi. Ma la differenza è sufficiente per cambiare importanti riferimenti celesti. Il Nord, per esempio, non è indicato su Marte dalla stella polare ma da Deneb, la brillante stella della costellazione del Cigno che, con Vega e Altair, forma il noto asterismo del Triangolo estivo.

Un visitatore terrestre sarebbe attratto, però, soprattutto da un’altra “stella” del cielo marziano, visibile all’alba e al tramonto come da noi Venere. Una stella doppia in realtà, perché formata dalla Terra e dalla Luna, che da Marte sono visibili a occhio nudo, al mattino e alla sera, come due punti luminosi più o meno distanziati. La loro separazione apparente cambia notevolmente, a seconda di dove si trovi la Terra rispetto a Marte: presso la congiunzione inferiore, dove la distanza tra i due pianeti è minima, la separazione angolare massima tra la Terra e la Luna è di 17 minuti d’arco; presso la congiunzione superiore, dove la distanza è massima, Terra e Luna appaiono invece separate tutt’al più da 3,5 minuti. Per confronto, il diametro angolare della Luna osservata dalla Terra è di 31 minuti.


La congiunzione Terra-Giove fotografata da Mars Global Surveyor l'8 maggio 2003. Cortesia: NASA/JPL/Malin Space Science Systems

Un ipotetico astronomo marziano potrebbe divertirsi a osservare spettacoli proibiti a noi terrestri. Potrebbe vedere per esempio con un buon telescopio i dettagli della faccia nascosta della Luna, visibile dal pianeta rosso quando la Luna si trova tra Marte e la Terra. O, meglio ancora, potrebbe osservare i transiti della Terra sul disco solare – il prossimo cadrà nel 2084 – proprio come noi osserviamo i transiti di Venere sul Sole (l’ultimo, recentissimo, è stato nel 2012).

Ma a ben guardare un “astronomo” su Marte c’è già stato. La sera dell’8 maggio 2003, la sonda Mars Global Surveyor interruppe momentaneamente l’osservazione del suolo marziano e puntò il suo occhio elettronico verso il cielo. Giusto in tempo per cogliere la prima immagine di una congiunzione planetaria osservata da un cielo extraterrestre. È un’immagine straordinaria: piccoli ma nitidissimi, in mezzo al nero assoluto, si scorgono in alto la Terra e la Luna e, più in basso, Giove e tre dei satelliti medicei (Callisto, Ganimede ed Europa. Io era nascosto da Giove). In quel preciso momento, la Terra si trovava a 139 milioni di chilometri da Marte e Giove a ben 944 milioni di chilometri. Le magnitudini apparenti di Terra, Luna e Giove erano rispettivamente -2,5, +0,9 e -1,8.

Marte possiede anche due lune, Phobos e Deimos, molto piccole a dispetto dei loro nomi altisonanti (due parole di origine greca che significano rispettivamente “paura” e “terrore”).

Phobos, la più grande, è una sorta di asteroide altamente asimmetrico, poroso e butterato, con un raggio medio di circa 11 chilometri. Viaggia intorno all’equatore di Marte al di sotto dell’orbita sincrona: la sua rivoluzione intorno al pianeta dura, cioè, meno del giorno marziano. Per tale ragione, Phobos sorge ad ovest, in media due volte nello stesso giorno, attraversa in poco più di quattro ore il cielo e tramonta a est.

Vicinissimo alla superficie di Marte, da cui dista circa 6.000 chilometri (64 volte meno della distanza media della Luna dalla Terra), è visibile solo alle basse latititudini, non oltre i 70,4 gradi nord e sud. Inoltre, a causa delle ridotte dimensioni, il suo diametro angolare varia considerevolmente in ragione della posizione dell’osservatore sulla superficie di Marte rispetto alla posizione del satellite nel cielo. Anche allo zenit, non copre più di un terzo della larghezza della Luna piena nel cielo terrestre.

Nonostante il Sole sia più piccolo visto da Marte, Phobos è talmente piccolo che può creare solo delle eclissi parziali. 

Questa sequenza, catturata dal rover Spirit nel 2005 a intervalli regolari, illustra bene la differenza di velocità tra Phobos e Deimos nel cielo di Marte. <span class="di">Cortesia: NASA / JPL</span>

Questa sequenza, catturata dal rover Spirit nel 2005 a intervalli regolari, illustra bene la differenza di velocità tra Phobos e Deimos nel cielo di Marte. <span class="di">Cortesia: NASA / JPL</span>

Uno spettacolo certamente affascinante sarebbe vedere Marte dalla superficie di Phobos: il pianeta ci apparirebbe 2.500 volte più brillante della Luna piena vista dalla Terra e 6.400 volte più grande, tanto da coprire un quarto dell’orizzonte visibile. Tuttavia bisogna affrettarsi ad andare su Phobos, se vogliamo fare in tempo a godere di un simile spettacolo. Il satellite, infatti, è su un cammino instabile: le forze di marea lo rallentano e restringono il raggio dell’orbita di una ventina di metri ogni secolo. In circa undici milioni di anni, secondo alcuni calcoli, sarà così vicino alla superficie di Marte da essere ridotto in frantumi, creando un bell’anello di detriti intorno al pianeta rosso.

Deimos, l'altro satellite, è così piccolo che, osservato da Marte, appare più come una stella che come una luna. Più lontano di Phobos, può essere osservato da latitudini non superiori a 82,7 gradi nord o sud. Quando passa davanti al disco del Sole, produce più l’effetto di un transito che quello di un’eclissi. La sua orbita intorno a Marte dura poco più di trenta ore, ovvero circa sei ore più del giorno marziano. Di conseguenza, a differenza di Phobos, sorge a est e tramonta a ovest, ma impiegando ben 2,7 giorni per compiere l’intero tragitto.

Un ultimo aspetto degno di nota del cielo marziano sono le aurore. Marte non ha un campo magnetico come quello terrestre, ma solo dei residui locali, molto più deboli, legati a rocce magnetiche presenti nel sottosuolo, prevalentemente nell’emisfero meridionale. Le sonde Mars Express e Mars Global Surveyor hanno registrato nel corso degli anni migliaia di eventi, in cui particelle cariche sono state accelerate in prossimità di questi campi magnetici locali marziani in modo analogo a quanto accade sulla Terra nel corso delle aurore polari. Tuttavia, gli effetti registrati dalle sonde marziane, dovuti molto probabilmente all’interazione tra il vento solare e le linee di campo magnetico locali, sarebbero risultati invisibili per occhi umani: tutti i segnali ricevuti erano infatti lampi di luce ultravioletta.

Phobos e Deimos sono così piccoli da non riuscire a coprire completamente il disco solare. Le immagini in alto mostrano un transito di Phobos davanti al Sole, quelle in basso un transito di Deimos. Sono state acquisite con la Mastcam del rover Curiosity tra il 17 e il 18 settembre 2012. <span class="di">Cortesia: T. Lemmon et al., Astrometric observations of Phobos and Deimos during solar transits imaged by the Curiosity Mastcam</span>
Phobos e Deimos sono così piccoli da non riuscire a coprire completamente il disco solare. Le immagini in alto mostrano un transito di Phobos davanti al Sole, quelle in basso un transito di Deimos. Sono state acquisite con la Mastcam del rover Curiosity tra il 17 e il 18 settembre 2012. <span class="di">Cortesia: T. Lemmon et al., Astrometric observations of Phobos and Deimos during solar transits imaged by the Curiosity Mastcam</span>

Phobos e Deimos sono così piccoli da non riuscire a coprire completamente il disco solare. Le immagini in alto mostrano un transito di Phobos davanti al Sole, quelle in basso un transito di Deimos. Sono state acquisite con la Mastcam del rover Curiosity tra il 17 e il 18 settembre 2012. <span class="di">Cortesia: T. Lemmon et al., Astrometric observations of Phobos and Deimos during solar transits imaged by the Curiosity Mastcam</span>

Entrambe le lune di Marte sono visibili in quest'immagine grezza, acquisita il 1° agosto 2013 dalla Mastcam del rover Curiosity (Phobos è la luna più grande, presso il margine sinistro della foto). <span class="di">Cortesia: NASA / JPL / MSSS-MALIN</span>

Entrambe le lune di Marte sono visibili in quest'immagine grezza, acquisita il 1° agosto 2013 dalla Mastcam del rover Curiosity (Phobos è la luna più grande, presso il margine sinistro della foto). <span class="di">Cortesia: NASA / JPL / MSSS-MALIN</span>

Giove

Giove non ha una superficie solida. Possiamo immaginare di osservare il cielo da un velivolo che sfrecci nella sua alta atmosfera, al di sopra delle nubi. Osserveremmo probabilmente un cielo di colore blu e vedremmo sotto di noi uno spettacolo grandioso di nuvole di diversi colori, rosse, bluastre, bianche, poste a differenti altezze e sottoposte a un continuo movimento, dovuto ai potenti venti orizzontali che, a seconda della latitudine, spirano da ovest verso est o da est verso ovest, creando infiniti vortici e tempeste.

Il Sole visto da Giove è circa 27 volte meno luminoso che osservato dalla Terra e ha un diametro angolare medio di sei minuti d’arco: più o meno un quinto della grandezza del disco solare visto dal nostro pianeta. A parte il Sole, i quattro satelliti medicei sono di gran lunga gli oggetti più appariscenti nel cielo di Giove, mentre le numerose piccole lune che orbitano a varie distanze dal gigante gassoso risultano praticamente invisibili a occhio nudo. Io, il più vicino dei quattro grandi satelliti, si mostra con un diametro angolare di 35 minuti d’arco, superiore persino a quello della Luna vista dalla Terra. A causa, però, della minor radiazione solare complessiva alla distanza di Giove, appare meno luminoso di come noi vediamo la Luna. Ancora minore, ovviamente, è la luminosità dei satelliti più lontani.

A causa della loro relativa vicinanza a Giove e dei brevi periodi orbitali, le lune scoperte da Galileo creano sul pianeta gigante continue eclissi di Sole, che appaiono come piccoli dischi scuri sul corpo immenso di Giove. Queste eclissi possono essere osservate facilmente dalla Terra anche con telescopi amatoriali.

Eclissi di Sole provocate su Giove da Ganimede e Io, riprese con attrezzature amatoriali. Nell’ultimo fotogramma, i due satelliti sono visibili oltre il bordo di Giove. Nei primi tre scatti si vede anche una terza ombra, più in alto. È proiettata da Callisto, che però è fuori del campo visivo del telescopio. <span class="di">Cortesia: Jim Thommes</span>

Eclissi di Sole provocate su Giove da Ganimede e Io, riprese con attrezzature amatoriali. Nell’ultimo fotogramma, i due satelliti sono visibili oltre il bordo di Giove. Nei primi tre scatti si vede anche una terza ombra, più in alto. È proiettata da Callisto, che però è fuori del campo visivo del telescopio. <span class="di">Cortesia: Jim Thommes</span>

Io

Il cielo di Io potrebbe offrire a un impavido esploratore spaziale uno spettacolo di gran lunga più avvincente di quello offerto dal cielo di Giove. Innanzitutto per la presenza di Giove medesimo. Più di qualsiasi descrizione verbale, vale in proposito la straordinaria immagine scattata dalla sonda Cassini proprio all’alba del nuovo millennio, il 1° gennaio 2001, mentre sfiorava il sistema gioviano, allo scopo di ricevere la spinta gravitazionale che l’avrebbe scagliata verso Saturno. Si vede in questa foto in primo piano Io; e poi Giove, o meglio una sua porzione, sullo sfondo, a coprire tutto il resto dell’immagine. Il satellite appare minuscolo, nonostante sia più grande della nostra Luna e 350.000 chilometri più vicino a Cassini di Giove. L’effetto è dovuto in parte alla prospettiva, ma lascia chiaramente intuire quale vista incredibile si potrebbe ammirare, osservando Giove dalla superficie di Io. Dalla faccia del satellite rivolta verso il pianeta gigante, Giove apparirebbe agli occhi di un visitatore con un diametro angolare di 20 gradi: quasi quaranta volte maggiore di quello del Sole o della Luna visti dalla Terra. E riesce difficile immaginare che una presenza così ingombrante sarebbe perennemente invisibile per chi si trovasse sull’altra faccia di Io: il satellite è infatti bloccato in rotazione sincrona intorno a Giove, come tutte le altre lune interne del sistema.

Io e Giove fotografati dalla sonda Cassini il 1° gennaio 2001. <span class="di">Cortesia: NASA / JPL / University of Arizona</span>

Io e Giove fotografati dalla sonda Cassini il 1° gennaio 2001. <span class="di">Cortesia: NASA / JPL / University of Arizona</span>

L’atmosfera di Io, composta per la gran parte da biossido di zolfo, è estremamente tenue: dunque il cielo appare nero anche di giorno. Ma a ravvivare il paesaggio ci pensano le insolite caratteristiche geologiche del satellite. Un gruppo di ricercatori ha contato sulla superficie di Io 115 strutture montuose e ben 541 distretti vulcanici. Il picco più elevato, Boösaule Montes, è alto oltre 17 chilometri, più del doppio dell’Everest. Vi sono continue eruzioni vulcaniche, con fiumi di lava riversati alla superficie e gas immessi senza sosta nell’atmosfera. L’estrema attività geologica è testimoniata dalla scarsità di crateri da impatto, segno del continuo rimescolamento degli strati superficiali. La ragione di tanta attività è nelle inesorabili forze di marea a cui Io è sottoposto a causa delle proprie condizioni orbitali. Più vicino a Giove degli altri satelliti medicei, si trova in risonanza con Europa e Ganimede (compie esattamente quattro rivoluzioni intorno a Giove nel tempo in cui Europa ne fa due e Ganimede una), il che costringe Io a mantenere un’orbita eccentrica, che invece, in assenza di risonanza, sarebbe stata da tempo circolarizzata dall’attrazione di Giove. Questo meccanismo genera deformazioni della crosta e un forte calore interno, che è la causa principale dello straordinario vulcanismo osservato. Le eruzioni sono visibili anche dallo spazio e gettano immense colonne di lava e detriti fino a centinaia di chilometri d’altezza. Lo spettacolo di queste eruzioni, osservato dalla superficie di Io contro il cielo nero e con Giove sullo sfondo, deve essere allo stesso tempo magnifico e terribile.

Ma uno spettacolo celeste ancora più affascinante è probabilmente quello delle aurore, visibili dalla superficie del satellite. Io è, per così dire, la vittima principale del potentissimo campo magnetico di Giove. Le linee di campo magnetico che si originano da Giove attraversano il satellite e hanno finito per accoppiare elettricamente la sua sottile atmosfera con le regioni polari del pianeta gigante: questo anello elettrico produce aurore sia su Io sia ai poli di Giove. Come se non bastasse, Io è immerso anche nel cosiddetto toro di plasma, un’altra struttura ad anello, perpendicolare rispetto alla precedente e molto più grande, che ruota ad alta velocità insieme al campo magnetico di Giove. I materiali che i vulcani di Io espellono nell’atmosfera – zolfo, sodio, ossigeno, cloro – interagiscono con il toro di plasma e vengono di continuo strappati dall’atmosfera, contribuendo a produrre luminescenze di tipo aurorale.

Nel 1998 la sonda Galileo riprese Io mentre veniva eclissato da Giove. Le immagini ad alta risoluzione mostrarono il satellite circondato da bagliori di diversa intensità e diversi colori, la cui potenza elettrica complessiva è stata calcolata in diverse migliaia di megawatt. Le luci più brillanti erano quelle blu, associate alle eruzioni di alcuni grandi vulcani in quel momento attivi. Sorprendentemente, i bagliori provenienti dalle aree vulcaniche, probabilmente prodotti dall’impatto ad alta velocità di elettroni sulle molecole di biossido di zolfo immesse dalle eruzioni nell’atmosfera di Io, aumentarono d’intensità del 37 per cento dopo 53 minuti dall’inizio dell’eclissi, mentre la luminosità generale del satellite diminuiva, in accordo con la diminuzione della luce solare ricevuta a causa dell’interposizione di Giove.

A sinistra, immagine integrata della luminescenza di Io registrata dalla sonda Galileo nel 1998 durante un’eclissi del satellite (le luci verdi e rosse sono state esaltate per migliorarne la visibilità). A destra, immagine di Io in condizioni di illuminazione diurna, con un orientamento corrispondente a quello dell’altra immagine. <span class="di">Cortesia: P.E. Geissler et al., Science 285, 1999</span>

A sinistra, immagine integrata della luminescenza di Io registrata dalla sonda Galileo nel 1998 durante un’eclissi del satellite (le luci verdi e rosse sono state esaltate per migliorarne la visibilità). A destra, immagine di Io in condizioni di illuminazione diurna, con un orientamento corrispondente a quello dell’altra immagine. <span class="di">Cortesia: P.E. Geissler et al., Science 285, 1999</span>

Presso il polo nord di Io dominava invece una luminescenza rossastra, quasi certamente associata all’interazione tra l’atmosfera del satellite e il toro di plasma in rotazione con il campo magnetico di Giove. Un debole bagliore verde, ampiamente diffuso, interessava infine il lato notturno di Io, probabilmente prodotto dall’impatto tra particelle cariche ed atomi di sodio.

Insomma, la notte su questa luna superattiva è elettrica e luminescente, squassata da titaniche eruzioni vulcaniche e micidiali tempeste di radiazioni. Lo spettacolo del cielo attraversato da bagliori multicolore deve essere indimenticabile, ma un ipotetico visitatore spaziale dovrebbe prendere le più attente precauzioni per assistervi. Io, infatti, è un posto a dir poco pericoloso. Non tanto per il vulcanismo, quanto per le radiazioni. Una persona che si trovasse sulla sua superficie sarebbe infatti esposta a 36 sievert al giorno di radiazioni. Per confronto, 0,67 sievert è la dose massima a cui è stato esposto un lavoratore durante l’emergenza presso il sito nucleare di Fukushima, mentre 5 sievert è una dose letale per qualsiasi essere umano.

Saturno

Come Giove, neanche Saturno ha una superficie solida. Immaginando di poter osservare il cielo dall’alta atmosfera, lo vedremmo probabilmente blu (la composizione dell’atmosfera di Saturno è simile a quella di Giove, con una prevalenza di idrogeno molecolare e di elio). Osservazioni dallo spazio, hanno mostrato che l’emisfero sud, che al perielio è rivolto verso il Sole, sviluppa uno smog giallastro, che probabilmente influenza la colorazione visibile del cielo.

Le numerose lune di Saturno sono in generale poco appariscenti, per via delle ridotte dimensioni o della distanza, come nel caso di Titano, e della scarsa illuminazione generale. Il Sole visto da Saturno è, infatti, tra 81 e 103 volte meno luminoso del Sole visto dalla Terra. Il suo diametro angolare è di appena 200 secondi d’arco, minore di quello di Titano, che pure non arriva neppure alla metà di quello della Luna piena osservata dalla Terra (a causa della maggiore distanza di Titano da Saturno).

L’elemento di gran lunga più spettacolare del cielo di Saturno sono ovviamente gli anelli. Ma all’equatore sono praticamente invisibili, a causa della loro incredibile sottigliezza. Diventano via via più appariscenti a mano a mano che aumenta la latitudine e, di conseguenza, l’angolo sotto il quale vengono osservati. Durante gli equinozi, che capitano circa ogni 14 anni, il Sole colpisce gli anelli di taglio e, di conseguenza, l’ombra che essi proiettano sul pianeta è minima. Ma lontano dagli equinozi, gli anelli proiettano su Saturno ombre complesse e larghissime. Poter osservare dall’alta atmosfera del pianeta l’alternarsi di ombre e luci sui sistemi di nuvole sottostanti deve essere una vista a dir poco suggestiva.

Una simulazione eseguita con il software Celestia mostra come potrebbero apparire gli anelli di Saturno, osservati dall’alta atmosfera del pianeta. Le lune visibili sono, dall’alto, Dione, Pallene, Prometeo e Titano. <span class="di">Cortesia: Wikipedia</span>

Una simulazione eseguita con il software Celestia mostra come potrebbero apparire gli anelli di Saturno, osservati dall’alta atmosfera del pianeta. Le lune visibili sono, dall’alto, Dione, Pallene, Prometeo e Titano. <span class="di">Cortesia: Wikipedia</span>

Titano

Titano, il maggiore dei satelliti di Saturno, è anche l’unico del sistema solare dotato di una spessa atmosfera, composta principalmente di azoto e metano. È un’atmosfera più estesa verticalmente di quella terrestre, a causa della minore gravità, e più densa, tanto che la pressione al suolo è 1,45 volte maggiore che sulla Terra. È poi così opaca da aver reso in passato incerta persino l’esatta determinazione del diametro di Titano, che è stato considerato a lungo come il satellite più grande del sistema solare, un primato che ha poi dovuto cedere a Ganimede.

La foschia perenne che avvolge questa misteriosa luna di Saturno, unita alla scarsa illuminazione solare, renderebbe il paesaggio osservato dalla sua superficie molto scuro per un osservatore terrestre. È probabile che dal suolo di Titano Saturno sia del tutto invisibile e il Sole non sia altro che un leggero chiarore nel cielo. Tuttavia, Titano è l’unico corpo del sistema solare, insieme alla Terra, nella cui atmosfera possono apparire arcobaleni. Gli arcobaleni, infatti, si formano se ci sono luce solare e pioggia e su Titano ci sono entrambe, anche se la prima è molto debole e la seconda non è fatta di gocce d’acqua ma di metano. A causa del differente indice di rifrazione del metano rispetto all’acqua, un osservatore noterebbe che gli arcobaleni di Titano sono più grandi di quelli terrestri: avrebbero infatti un raggio primario di 49 gradi invece che di 42,5 come sulla Terra. Ma, in conseguenza della poca luce disponibile, molto probabilmente questi arcobaleni produrrebbero solo radiazione infrarossa e non luce visibile.

Il 14 gennaio 2005 la sonda Huygens, sganciata dalla sonda madre Cassini, penetrò nell’atmosfera di Titano appesa a un paracadute e si posò al suolo, inviando a Terra alcune immagini estremamente suggestive del cielo di questo strano mondo, avvolto da una impenetrabile e claustrofobica foschia color ocra.

Il cielo di Titano ripreso dalla sonda Huygens, durante la sua discesa verso la superficie del satellite, avvenuta il 14 gennaio 2005. <span class="di">Cortesia: ESA/NASA/JPL/University of Arizona</span>

Il cielo di Titano ripreso dalla sonda Huygens, durante la sua discesa verso la superficie del satellite, avvenuta il 14 gennaio 2005. <span class="di">Cortesia: ESA/NASA/JPL/University of Arizona</span>

Encelado

Probabilmente una delle viste più affascinanti del sistema solare è quella che si avrebbe guardando il cielo dalla superficie di Encelado, un piccolo satellite ghiacciato con un diametro di circa 500 chilometri, che orbita a 180.000 chilometri dalla sommità delle nuvole di Saturno, con un’inclinazione di appena 0,019 gradi rispetto al piano degli anelli.

Così come Io nel sistema di Giove, Encelado è in orbita risonante con un altro satellite, Dione, e ciò, unito alla vicinanza di Saturno, sottopone questa luna a potenti forze di marea, che ne riscaldano fortemente l’interno. L’esito di tale riscaldamento è alquanto suggestivo. Nella zona del polo sud di Encelado non vi sono crateri da impatto, ma una serie di linee di faglia di colore azzurrino, chiamate “strisce della tigre” (“tiger stripes”), segno di recente attività geologica. Come ha mostrato la sonda Cassini nei suoi sorvoli ravvicinati, dalle linee di faglia eruttano straordinari geyser di acqua salata, i cui getti si innalzano per centinaia di chilometri dalla superficie del satellite. La presenza di acqua liquida, in un luogo dove la temperatura naturale è intorno ai 200 gradi sotto lo zero, dimostra che all’interno della luna c’è una potente fonte di calore e che, molto probabilmente, quella fonte di calore permette l’esistenza di un oceano sotterraneo di acqua salata, dalle cui profondità attingono i geyser fotografati da Cassini.

Quale importanza possa avere l’acqua liquida per la ricerca di vita extraterrestre è facile da immaginare. Ma qui, più che il fascino di Encelado in una prospettiva astrobiologica, ci interessa lo spettacolo del cielo. Immaginiamo, dunque, il nostro ipotetico esploratore spaziale atterrato su Encelado in prossimità di uno dei suoi magnifici geyser: mentre immensi zampilli si disperdono verso l’alto creando una nebbia diffusa di vapore acqueo, Saturno riempie il cielo nero senza atmosfera con il suo disco immenso, schiacciato ai poli, largo fino a 30 gradi, cioè 60 volte il diametro della Luna piena nel cielo della Terra. Gli anelli sarebbero poco prominenti, visti di taglio, ma l’osservatore vedrebbe, oltre alle fasi di Saturno, anche le splendide ombre parallele proiettate dagli anelli sull’atmosfera del gigante gassoso. E vedrebbe Mimas, una luna più interna, transitare ogni 72 ore davanti a Saturno, con un diametro apparente di 26 minuti d’arco, appena più piccolo di quello della nostra Luna.

I geyser d’acqua salata che si innalzano da una regione presso il polo sud di Encelado, fotografati dalla sonda Cassini nel 2005. <span class="di">Cortesia: NASA / JPL / Space Science Institute</span>

I geyser d’acqua salata che si innalzano da una regione presso il polo sud di Encelado, fotografati dalla sonda Cassini nel 2005. <span class="di">Cortesia: NASA / JPL / Space Science Institute</span>

Una rappresentazione artistica di Saturno osservato dalla superficie di Encelado, con un geyser attivo in primo piano e la sonda Cassini alta nel cielo. <span class="di">Cortesia: NASA / David Seal</span>

Una rappresentazione artistica di Saturno osservato dalla superficie di Encelado, con un geyser attivo in primo piano e la sonda Cassini alta nel cielo. <span class="di">Cortesia: NASA / David Seal</span>

Urano

Il Sole visto da Urano è piccolo e lontano: solo due minuti d’arco di diametro angolare e una luminosità che è appena 1/400 di quella che osserviamo dalla Terra. Non è un luogo ospitale: privo di una superficie solida, con venti che spirano fino a 900 chilometri orari, Urano è il pianeta più freddo del sistema solare, con una temperatura di appena 49 gradi sopra lo zero assoluto nel luogo che si assume come superficie convenzionale, cioè là dove la pressione atmosferica è pari a 1 bar.

Eppure anche Urano ha le sue affascinanti particolarità, per un viaggiatore spaziale avido di scrutare cieli extraterrestri. Innanzitutto, l’asse di rotazione del pianeta è inclinato di 97,7 gradi sul piano orbitale. La rotazione è retrograda come quella di Venere, ma, a differenza di Venere, che è, per così dire, a testa in giù, Urano è coricato di lato: è come, cioè, se rotolasse, mentre percorre il suo lungo viaggio di 84 anni terrestri intorno al Sole. A causa di questa stranezza, il clima e il paesaggio cambiano in modo del tutto diverso rispetto agli altri pianeti. Ai poli di Urano il giorno e la notte sono praticamente infiniti: durano 42 anni terrestri, sia pure con diverse sfumature di buio e di luce. Gli unici periodi in cui la luce del Sole è diretta principalmente verso le zone equatoriali è durante gli equinozi, che cadono appunto ogni 42 anni. Ed è solo a cavallo degli equinozi che Urano vede un alternarsi del giorno e della notte scandito dal suo periodo di rotazione, di 17 ore e 14 minuti (non uniforme su tutto il pianeta, a causa della mancanza di una superficie solida). Il tempo degli equinozi è anche l’unico periodo dell’anno uraniano in cui le maggiori delle sue 27 lune passano davanti al disco solare, creando eclissi.

Aurore su Urano, riprese dal telescopio spaziale Hubble. <span class="di">Cortesia: Laurent Lamy</span>

Aurore su Urano, riprese dal telescopio spaziale Hubble. <span class="di">Cortesia: Laurent Lamy</span>

Un’altra particolarità di Urano è che il campo magnetico non si origina nel nucleo del pianeta, ma in qualche luogo spostato verso il polo sud di circa un terzo del raggio planetario. Per di più, l’asse del campo magnetico è inclinato di 59 gradi rispetto all’asse di rotazione. Come conseguenze di questa insolita geometria, il campo magnetico è molto più intenso nell’emisfero nord e le aurore si verificano non intorno ai poli, come accade sugli altri pianeti, ma in corrispondenza dell’equatore, come attestano le splendide immagini ottenute dal telescopio spaziale Hubble (purtroppo non conosciamo l’effetto visivo delle aurore nell’emisfero notturno, nascosto alla vista di Hubble).

Urano possiede anche un complesso sistema di anelli, ma è estremamente tenue e poco luminoso, sicché è dubbio che dall’atmosfera del pianeta, contro un cielo probabilmente color acquamarina per la presenza di metano, sia possibile scorgerlo. Le lune più grandi – Ariel, Titania, Oberon, Umbriele, Miranda – appaiono come dischi, ma di diametro angolare sempre minore di quello della Luna piena. Hanno tutte una bassa albedo, il che, unito alla scarsa illuminazione solare, le fa apparire probabilmente piuttosto scure, quando osservate da Urano.

Urano con il sistema degli anelli e alcune delle lune, osservato nel vicino infrarosso con il telescopio spaziale Hubble nel 1998. <span class="di">Cortesia: NASA e Erich Karkoschka</span>

Urano con il sistema degli anelli e alcune delle lune, osservato nel vicino infrarosso con il telescopio spaziale Hubble nel 1998. <span class="di">Cortesia: NASA e Erich Karkoschka</span>

Nettuno

Nettuno viaggia nelle profondità del sistema solare, percorrendo la sua orbita in circa 165 anni terrestri, distante in media 30 unità astronomiche dal Sole. A una simile distanza la luce solare è 950 volte meno intensa di quella che colpisce la Terra, mentre il diametro angolare della nostra stella è di appena 1,25 minuti d’arco. Eppure questo gigante di gas e ghiaccio, a causa di un’ignota fonte di calore interno, non è più freddo di Urano, benché sia molto più lontano dal Sole. Il calore interno scatena nell’atmosfera di Nettuno i venti più potenti del sistema solare. Chi si trovasse nell’alta atmosfera del pianeta potrebbe osservare sotto di sé spettacolari sistemi di vortici, che viaggiano a velocità supersonica, superando talvolta i 2000 chilometri orari.

Nettuno è circondato da almeno 14 lune, l'ultima delle quali è stata scoperta solo il 1° luglio 2013. Si tratta per la maggior parte di corpi piccoli e asimmetrici. Tuttavia, data la minima dimensione angolare che ha il Sole visto da così lontano, molte di queste lune sono in grado di generare eclissi sul pianeta, anche se avvengono di rado, a causa del lunghissimo anno e della notevole inclinazione dell’asse di rotazione di Nettuno rispetto al piano orbitale. Le eclissi prodotte dalla luna maggiore, Tritone, non sono solo rare ma anche molto veloci, per via del moto retrogrado del satellite, che si somma alla rotazione del pianeta.

Nettuno, come gli altri giganti gassosi, ha un sistema di anelli, che è piuttosto instabile, probabilmente di recente formazione e sicuramente poco appariscente, per via della scarsa luce che riceve e del colore rossastro, dovuto ai materiali carbonacei frammisti a ghiaccio da cui è composto.

Il polo sud di Nettuno, ripreso dalla sonda Voyager 2 nel 1989, mentre si allontanava dal pianeta dopo averlo superato. <span class="di">Cortesia: NASA / JPL</span>

Il polo sud di Nettuno, ripreso dalla sonda Voyager 2 nel 1989, mentre si allontanava dal pianeta dopo averlo superato. <span class="di">Cortesia: NASA / JPL</span>

Tritone

Tritone è uno strano mondo, geologicamente attivo nonostante il gelo in cui è immerso. Con un diametro di circa 2700 chilometri, è poco più piccolo della nostra Luna e possiede una tenuissima atmosfera d’azoto con tracce di metano, in grado probabilmente di produrre foschie visibili all’orizzonte. Distante circa 330 mila chilometri dalla sommità delle nubi di Nettuno, percorre in poco più di cinque giorni un’orbita retrograda, inclinata di 157 gradi rispetto all’equatore del pianeta e di 130 gradi rispetto al suo piano orbitale. A causa dell’inclinazione dell’orbita, i poli di Tritone sono rivolti al Sole ciascuno per metà dell’anno nettuniano, sicché sono immersi nella notte o nel giorno per 82 anni terrestri consecutivi.

Voyager 2 rivelò nel 1989 che Tritone possiede dei geyser, che espellono azoto creando pennacchi alti fini a 8 chilometri. Si tratta di un fenomeno di criovulcanismo. Gli astronomi pensano che parte della superficie di Tritone sia costituita da uno strato traslucido di azoto ghiacciato. Basta una variazione di temperatura di soli 4 gradi per indurre la sublimazione dell’azoto incapsulato sotto la crosta. Una volta che si è accumulata una pressione sufficiente, la crosta si rompe e il geyser erompe all’esterno.

Da un simile mondo ghiacciato eppure attivo, il nostro esploratore spaziale potrebbe godere la vista spettacolare di Nettuno, col blu profondo della sua atmosfera, le nuvole rosate e le periodiche macchie scure, sospeso nel cielo della faccia di Tritone rivolta verso il pianeta. Nettuno visto da lì avrebbe un diametro angolare di 8 gradi, 16 volte maggiore di quello della Luna nel cielo terrestre. Ma la sua luminosità totale sarebbe grosso modo simile a quella della Luna piena, a causa dell’enorme distanza dal Sole, che riduce notevolmente la quantità di luce ricevuta per unità di superficie.

Grazie al software Celestia è possibile simulare come apparirebbe Nettuno, osservato dalla superficie di Tritone

Grazie al software Celestia è possibile simulare come apparirebbe Nettuno, osservato dalla superficie di Tritone

Plutone e Caronte

Plutone e Caronte possiedono una caratteristica unica nel sistema solare, condivisa, in misura minore, solo da un'altra coppia, quella formata dalla Terra e dalla Luna: la massa del corpo minore è di poco inferiore a quella del corpo maggiore. Nel resto del sistema solare vige un’altra regola: la massa di ogni satellite è trascurabile rispetto a quella del pianeta intorno a cui gira, con un rapporto mai superiore a 1/4000. La nostra Luna e Caronte sono invece fuori scala: la Luna ha una massa pari a 1/81 di quella della Terra e Caronte addirittura di 1/9 rispetto a quella di Plutone.

La relativa somiglianza delle masse di Plutone e Caronte ha una forte influenza sulla reciproca attrazione gravitazionale e fa sì che i due corpi formino quacosa di simile a un pianeta doppio piuttosto che una coppia pianeta/satellite (o meglio pianeta nano/satellite, considerando la decisione assunta nel 2006 dall’Unione Astronomica Internazionale). In conseguenza dell’elevata massa di Caronte rispetto a Plutone, i due corpi ruotano intorno a un centro di massa comune che si trova esternamente a Plutone, il più grande e massiccio dei due, e precisamente a circa 950 chilometri dalla sua superficie. Per di più Plutone e Caronte sono vicinissimi, separati da soli 19.570 chilometri: poco meno di un ventesimo della distanza media tra la Terra e la Luna.

Una rappresentazione artistica dei pianeti (nani) gemelli Plutone e Caronte

Una rappresentazione artistica dei pianeti (nani) gemelli Plutone e Caronte

Osservare il cielo dalla superficie di Plutone o di Caronte deve essere uno spettacolo stranissimo e affascinante: dalla faccia che guarda verso l’altro corpo, si vedrebbe sospeso nel cielo, così vicino da poterlo quasi toccare, una sorta di gemello celeste. Plutone, che ha un diametro di circa 2.300 chilometri, apparirebbe a un osservatore su Caronte con un diametro angolare di 6,7 gradi, pari a 13 volte quello della Luna piena vista dalla Terra. Caronte, invece, che ha un diametro di 1200 chilometri, copre nel cielo di Plutone un diametro angolare di 3,5 gradi: 6,8 volte quello della Luna piena. Sicuramente sarebbe possibile vedere distintamente a occhio nudo da Plutone le caratteristiche superficiali di Caronte, e viceversa, anche se tutto il paesaggio apparirebbe immerso in una luce ovattata, a causa della grandissima distanza dal Sole.

Plutone e Caronte, insieme alle altre piccolissime lune del sistema, percorrono un’orbita molto ellittica, che dura ben 248 anni terrestri. La distanza dal Sole varia tra 29,6 e 49,3 unità astronomiche: 4,4 miliardi di chilometri al perielio, un abisso di oltre 7,3 miliardi di chilometri all’afelio. A distanze così enormi, il Sole appare piccolissimo: poco più di un minuto d’arco al perielio, un trentesimo cioè della grandezza apparente che ha nel cielo terrestre; neppure 40 secondi d’arco all’afelio. La luminosità della nostra stella nel cielo di Plutone e Caronte è, di conseguenza, altrettanto ridotta: 1/876 di quella che vediamo dalla Terra, quando i pianeti gemelli sono alla distanza minima; appena 1/2430 quando sono alla distanza massima. Non dobbiamo pensare, però, che un Sole così minuscolo e lontano implichi una notte perenne, neppure alla distanza di Plutone e Caronte: al perielio, il Sole illumina i due gelidi corpi con una luce che è ancora 454 volte maggiore di quella della Luna piena nel cielo notturno della Terra, mentre all’afelio, nonostante l'immensa distanza, la luce solare è ancora 164 volte più intensa di quella della Luna piena.

Oltre a essere lontanissimi e freddi, Plutone e Caronte hanno anche un ciclo stagionale del tutto diverso dal nostro, non solo per l’infinita durata dell’anno (248 anni terrestri), ma anche per l’inclinazione di 122 gradi dell’asse di rotazione di Plutone e, di conseguenza, dell’orbita di Caronte, che è complanare all’equatore di Plutone. La situazione è analoga a quella che si verifica su Urano. All’epoca del solstizio estivo e di quello invernale, Plutone e Caronte hanno un polo rivolto verso il Sole e l’altro al buio: una notte e un giorno infiniti che durano per decine di anni terrestri. In corrispondenza degli equinozi, invece, i due corpi ricevono la luce solare in prevalenza nelle regioni equatoriali e ciò favorisce un alternarsi del giorno e della notte scandito dal periodo di rotazione del sistema, che è di 6,38 giorni terrestri. Ed è proprio durante questo periodo che, per la durata di alcuni anni terrestri, Plutone e Caronte eclissano a vicenda il Sole ogni 3,19 giorni (la metà di un periodo di rotazione completo). L’ultima volta è accaduto tra il 1985 e il 1990. La prossima volta accadrà tra non meno di un secolo. La situazione è ancora più particolare, se si considera che, a causa della rotazione sincrona in cui sono bloccati i due corpi, le eclissi di Sole interessano sempre la stessa faccia di Plutone e di Caronte, cioè quella rivolta verso l’altro corpo.

Un’ultima particolarità interessante è che la sottile atmosfera di Plutone, fatta di azoto, metano e monossido di carbonio, è soggetta a mutamenti stagionali legati al variare della distanza dal Sole. Quando il Sole si avvicina, l’azoto presente al suolo in forma ghiacciata sublima, creando un effetto serra al contrario che abbassa ulteriormente la temperatura al suolo, portandola ad appena 43 gradi Kelvin. Quando invece il Sole si allontana, l’atmosfera gradualmente ghiaccia e cade al suolo. Osservare un simile fenomeno mentre accade potrebbe essere un’esperienza indimenticabile.

Per ora, del resto, non possiamo far altro che immaginare i cieli e i paesaggi ghiacciati che Plutone e Caronte potrebbero offrire a un visitatore proveniente dalla Terra. Ma ancora per poco. Se tutto andrà come previsto, la sonda New Horizons, che è in viaggio verso il sistema di Plutone dal 2006, raggiungerà il luogo del suo appuntamento spaziale il 14 luglio 2015. Quel giorno sfiorerà Plutone, passando a soli 10.000 chilometri dalla sua superficie. Poco più lontano, a 27.000 chilometri, meno di un decimo della distanza tra la Terra e la Luna, sarà Caronte. New Horizons si troverà allora a 33 unità astronomiche dal Sole, una posizione ancora relativamente vicina al perielio del sistema, che è stato raggiunto e superato nel 1989.

Con le tecnologie di cui è dotata, New Horizons potrà fornirci nel 2015 immagini ad alta risoluzione di quei luoghi così remoti ed esotici, permettendoci di vedere per la prima volta il volto effettivo di due corpi rimasti probabilmente immutati fin dalle origini stesse del sistema solare.

Aspettiamo con ansia quel giorno.

Rappresentazione artistica di come potrebbero apparire il cielo e la superficie di Plutone, in base a uno dei modelli sviluppati per tener conto delle caratteristiche atmosferiche osservate. <span class="di">Cortesia: ESO/L. Calçada</span>

Rappresentazione artistica di come potrebbero apparire il cielo e la superficie di Plutone, in base a uno dei modelli sviluppati per tener conto delle caratteristiche atmosferiche osservate. <span class="di">Cortesia: ESO/L. Calçada</span>

Riferimenti

Tag: articoli, Marte, Luna, Venere, Mercurio, Giove, Saturno, Urano, Nettuno

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