22:51 12 Luglio 2020
Scienza e tech
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Nettuno e Urano, i due pianeti più distanti nel Sistema Solare, sono anche i meno esplorati. Trenta anni dopo, Voyager 2 rimane l'unica missione spaziale ad averli avvicinati, ma un nuovo esperimento fornisce una visione importante sulle loro condizioni fisiche.

Ora ci sono nuove prove che dimostrano l'esistenza di ‘piogge di diamanti’ su Nettuno e Urano, secondo un nuovo studio pubblicato su Nature Communications.

Gli scienziati sospettano da decenni che piovano letteralmente gemme negli oceani di metano dei due remoti pianeti e già in precedenza erano stati fatti esperimenti di laboratorio per riprodurre le enormi pressioni cui sono sottoposti i composti di carbonio e idrogeno nel nucleo dei due pianeti, a migliaia di chilometri sotto la superficie di gas congelati.

Sebbene Nettuno e Urano siano chiamati ‘Giganti di Ghiaccio’, qui il termine ‘ghiaccio’ è quello astrofisico che si riferisce a elementi meno volatili dell'idrogeno e dell'elio, come acqua, metano e ammoniaca. Questi materiali sono chiamati "ghiacci" in astrofisica, indipendentemente dal fatto che il loro stato sia solido o liquido, in contrasto con la consueta definizione del termine. Urano e Nettuno contengono elementi intermedi più pesanti del solo idrogeno ed elio ma più leggeri delle rocce e dei metalli. Questi due pianeti quasi-gemelli vengono quindi classificati come giganti di ghiaccio in quanto nella loro massa totale è presente solo il 20% di idrogeno circa, rispetto a quasi il 90% della presenza di questo gas nei più massicci Giove e Saturno.

La teoria di lunga data afferma che il carbonio, l'unico componente dei diamanti, alle enormi pressioni cui viene sottoposto nelle profondità dell’atmosfera dei due pianeti, si trasformerebbe in diamanti che verrebbero poi espulsi in atmosfera a temperature molto elevate per poi ricadere e formare delle ‘piogge’.

La reazione estrema era stata simulata per la prima volta in un laboratorio tedesco nel 2017. Gli scienziati portarono ad altissime temperature il polistirene, un sostituto del metano, con laser ottici ad alta potenza per replicare le condizioni a circa 8000 chilometri sotto la superficie di Nettuno e Urano. Questo è dove credono che la temperatura e la pressione siano giuste per formare i diamanti.

A quell'esperimento del 2017, ora gli scienziati aggiunto l'utilizzo dei raggi X per esaminare la struttura della materia durante la reazione.

"Nel caso dei giganti di ghiaccio ora sappiamo che il carbonio forma quasi esclusivamente diamanti quando si separa e non assume una forma di transizione fluida", ha detto il dott. Dominik Kraus, responsabile dello studio del laboratorio di ricerca Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, spiegato in un comunicato stampa.

Il nuovo esperimento ha utilizzato il laser a raggi X presso la fonte di luce coerente Linac del National Accelerator Laboratory di Stanford. "Produciamo circa 1,5 milioni di bar, che equivale alla pressione esercitata dal peso di circa 250 elefanti africani sulla superficie di un’unghia", ha detto Kraus.

Il suo team ha scoperto che l'idrocarburo si divide in carbonio e idrogeno ad alta pressione e che gli atomi di carbonio si trasformano direttamente in diamante cristallino.

I diamanti poi affondano lentamente nel nucleo del pianeta perché sono più pesanti della materia circostante. Nel processo, ha detto Kraus, si sfregano contro la materia e producono calore, che è un fattore importante per i modelli planetari.

"Ora abbiamo un nuovo approccio molto promettente basato sulla diffusione dei raggi X. I nostri esperimenti stanno fornendo importanti parametri ad un modello teorico che prima era molto incerto. Tutto questo ci tornerà utile man mano che scopriremo più esopianeti”, ha affermato lo scienziato.

La comprensione dei processi sui giganti del ghiaccio dovrebbe stimolare la ricerca di pianeti in grado di sostenere la vita e aiutare gli umani a comprendere meglio il sistema solare.

I pianeti delle dimensioni di Nettuno e Urano sono estremamente comuni nella nostra galassia: si stima che il loro numero sia circa nove volte maggiore del numero di pianeti più grandi di dimensioni simili ai giganti gassosi Giove e Saturno.

"I nostri esperimenti stanno fornendo importanti parametri del modello in cui, prima, avevamo solo un'enorme incertezza", ha detto Kraus. "Questo diventerà sempre più rilevante man mano che più esopianeti scopriamo."
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