Il telescopio spaziale James Webb ha fatto una scoperta affascinante: una bruma sottile ma persistente su Plutone sta rendendo l'atmosfera del pianeta nano ancora più fredda. Ma non è tutto: queste particelle di foschia, assorbendo la luce ultravioletta del Sole, acquisiscono abbastanza energia da spingere via molecole di metano e altri composti organici nello spazio, alcune delle quali vengono poi catturate da Caronte, il compagno più stretto di Plutone. È un fenomeno unico nel sistema solare, dove l'atmosfera di un corpo celeste “perde pezzi” che finiscono su un altro.
Questa foschia è stata ipotizzata già nel 2017 dallo scienziato planetario Xi Zhang dell'Università della California, Santa Cruz. La sua teoria serviva a spiegare perché l'atmosfera di Plutone, pur essendo molto sottile, fosse così "fuggiasca". Le misurazioni della sonda New Horizons della NASA, che ha sorvolato Plutone e Caronte nel 2015, avevano rivelato che Plutone perde circa 1,3 chilogrammi di metano al secondo. Di questo metano, circa il 2,5% viene intercettato da Caronte, tingendo i suoi poli di rosso con una sorta di “chimica organica spaziale”.
Zhang aveva intuito che se nell'atmosfera di Plutone ci fosse stato uno strato di foschia, questa avrebbe assorbito la poca luce ultravioletta estrema che il Sole, pur così distante, riesce a far arrivare fin lì. Quest'energia sarebbe bastata per dare alle molecole la "spinta" necessaria per sfuggire all'attrazione gravitazionale di Plutone. Ma c'è di più: la foschia, oltre a riscaldare le molecole per farle scappare, potrebbe anche avere un effetto raffreddante sull'atmosfera di Plutone. Questo effetto era già stato rilevato nella mesosfera del pianeta nano, uno strato atmosferico situato tra i 20 e i 40 chilometri di altezza, dove le temperature scendono drasticamente da circa -163 gradi Celsius a -203 gradi Celsius. Il problema, fino ad ora, era che questa foschia non era mai stata effettivamente rilevata.
Ed è qui che entra in gioco il James Webb Space Telescope. Zhang aveva previsto che qualsiasi raffreddamento atmosferico causato da uno strato di foschia avrebbe prodotto emissioni termiche nelle lunghezze d'onda del medio infrarosso. Emissioni simili erano state rilevate in precedenza dal sistema Plutone-Caronte da altri telescopi, come l'Infrared Space Observatory europeo nel 1997 e il telescopio Spitzer della NASA nel 2004, ma nessuno di questi aveva la risoluzione necessaria per distinguere tra Plutone e Caronte e capire da dove provenissero le emissioni. Il JWST, con il suo specchio primario da 6,5 metri e lo strumento MIRI (Mid-Infrared Instrument), è finalmente riuscito a farlo. Così, Zhang, insieme al team guidato da Tanguy Bertrand dell'Observatoire de Paris, ha potuto utilizzare il JWST per rilevare l'elusiva emissione termica nel medio infrarosso proveniente dalla foschia.
Questa foschia, come ha spiegato Bertrand, è composta da "strati di aerosol solidi sospesi in alto nell'atmosfera" che "disperdono la luce e riducono la visibilità, formando uno strato diffuso e semi-trasparente". L'atmosfera di Plutone è composta principalmente da azoto, con tracce di anidride carbonica e idrocarburi come metano, benzene e cianuro di idrogeno. È incredibilmente sottile, con una pressione superficiale di appena 13 microbar, un milione di volte inferiore a quella terrestre. A causa della bassa gravità di Plutone, l'alta atmosfera si estende per un raggio considerevole dalla superficie, rendendo facile per le molecole sfuggire con una leggera spinta.
La domanda è: come può la foschia causare sia riscaldamento che raffreddamento atmosferico? Bertrand spiega che "il raffreddamento o il riscaldamento dipendono dalle proprietà della foschia, come la dimensione delle particelle, la forma e la composizione – cioè, ghiacciate con ghiaccio di idrocarburi, o non ghiacciate – che non sono molto ben note". Gli scienziati stanno attualmente studiando questo fenomeno con modelli microfisici all'avanguardia. La capacità della foschia di raffreddare o riscaldare l'atmosfera significa che essa controlla l'equilibrio energetico nell'atmosfera di Plutone, influenzando le temperature globali, la circolazione atmosferica e persino quello che potremmo chiamare il "clima" del gelido pianeta nano. Questo sistema climatico è dominato da cicli di sublimazione e congelamento di azoto molecolare, metano e monossido di carbonio, gran parte dei quali proviene dal profondo ghiacciaio di Sputnik Planitia, la famosa regione a forma di cuore sulla superficie di Plutone.
Le "stagioni" di Plutone sono drasticamente diverse a causa della sua orbita allungata, che lo porta da più vicino al Sole di Nettuno a quasi il doppio della distanza. Anche a queste profondità del sistema solare, questa differenza di distanza influenza notevolmente la quantità di riscaldamento che Plutone riceve. La foschia di Plutone è simile a quella ricca di idrocarburi trovata su Titano, la luna di Saturno. Entrambe le foschie sono il risultato della fotochimica della luce ultravioletta solare che reagisce con molecole come l'azoto e il metano. Persino la Terra primordiale, prima che l'atmosfera si arricchisse di ossigeno oltre 2,4 miliardi di anni fa, potrebbe aver ospitato una foschia di idrocarburi nella sua atmosfera simile a quella di Plutone, anche se molto più densa.
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