Atmosfera di Urano: strati di nuvole ghiacciate

Il settimo pianeta del sistema solare e il più grande dei giganti di ghiaccio Urano ha un'atmosfera più paragonabile a Nettuno che a Saturno e Giove. Conosciuti come giganti del ghiaccio, i due pianeti più distanti dal sole hanno atmosfere fortemente dominate dai ghiacci. Il bizzarro orientamento del pianeta, che orbita attorno al sole inclinato su un lato, rivela che il suo nucleo interno ha un'influenza maggiore sui suoi modelli meteorologici rispetto alla stella lontana.

Le regioni verde e blu mostrano dove l'atmosfera è limpida, consentendo alla luce solare di penetrare in profondità in Urano. Nelle regioni gialle e grigie, uno strato di foschia o nuvola riflette la luce solare. (Credito immagine: Erich Karkoschka (Università dell'Arizona) e NASA)

Composizione atmosferica

L'atmosfera di Urano è costituita prevalentemente da idrogeno ed elio. A differenza di Giove e Saturno, questi gas leggeri dominano solo i bordi esterni del pianeta, ma non contribuiscono in modo significativo all'interno roccioso.

Il colore blu opaco di Urano è causato dalla presenza di metano, che assorbe la luce rossa.

"Penso che il povero Urano sia frainteso, in realtà", ha detto la scienziata planetaria Amy Simon nel podcast Gravity Assist della NASA. "Urano ha un aspetto molto blando per la maggior parte del tempo. È una specie di pianeta blu pallido. È il vero punto blu pallido."

Tracce di idrocarburi sono presenti anche nell'aria intorno a Urano. Nell'atmosfera esistono anche ghiacci costituiti da acqua, ammoniaca e forse metano.

Composizione atmosferica per volume:

  • Idrogeno molecolare: 82,5 percento
  • Elio: 15,2 percento
  • Metano: 2,3 per cento

Stratificazione nell'atmosfera

Come sulla Terra, l'atmosfera di Urano è suddivisa in strati, a seconda della temperatura e della pressione. Come gli altri giganti gassosi, il pianeta non ha una superficie solida. Gli scienziati definiscono la superficie come la regione in cui la pressione atmosferica supera un bar, la pressione che si trova sulla Terra al livello del mare.

Appena sopra la "superficie" di Urano si trova la troposfera, dove l'atmosfera è più densa. La temperatura varia da meno 243 gradi Fahrenheit (meno 153 gradi Celsius) a meno 370 F (meno 218 C), con le regioni superiori che sono le più fredde. Questo rende l'atmosfera di Urano la più fredda del sistema solare. All'interno della troposfera ci sono strati di nubi, nubi d'acqua alle pressioni più basse, con nubi di idrosolfuro di ammonio sopra di esse. Seguono le nubi di ammoniaca e idrogeno solforato. Infine, sottili nubi di metano si posano sulla sommità. La troposfera si estende per 30 miglia (50 chilometri) dalla superficie del pianeta.

La radiazione dal sole e da questa ragnatela riscalda la stratosfera di Urano da meno 370 F (meno 218 C) a meno 243 F (meno 153 C). La stratosfera contiene smog di etano, che può contribuire all'aspetto opaco del pianeta. Sono presenti anche acetilene e metano. Queste foschie aiutano a riscaldare la stratosfera. Tuttavia, gli idrocarburi sono meno abbondanti nell'atmosfera di Urano rispetto ad altri pianeti giganti. La stratosfera raggiunge quasi 2.500 miglia (4000 km) sopra Urano.

La termosfera e la corona di Urano raggiungono temperature di 1.070 F (577 C), anche se gli scienziati non sono sicuri del motivo. Poiché la distanza di Urano dal sole è così grande, la quantità di calore proveniente dalla stella è insufficiente per generare temperature così elevate. Estendendosi due volte più lontano dal centro del pianeta rispetto alla sua superficie, gli strati esterni di vasta portata sono unici per Urano. Creano una resistenza sulle particelle dell'anello che orbitano attorno al pianeta.

Modelli di nuvole su Urano

Sebbene il pianeta sembri essere di una solida tonalità di blu, contiene strisce come Giove e Saturno. Ma le bande sono deboli e si vedono solo con immagini migliorate. Come con altri giganti gassosi, le zone si formano quando i gas all'interno della regione si riscaldano e salgono, mentre nelle cinture i gas ricadono sul pianeta mentre si raffreddano. Nelle cinture, i venti soffiano a est, mentre viaggiano a ovest all'interno delle zone.

Quando la Voyager 2 ha sorvolato il pianeta nel 1986, ha osservato solo 10 modelli di nubi sul pianeta. Con il miglioramento della tecnologia, le immagini a risoluzione più elevata riprese dalla Terra hanno rivelato nuvole più deboli. Le nuvole, che esistono principalmente nella troposfera, sono trasportate da venti che raggiungono i 560 mph (900 km/h).

Simone ha detto che la temperatura è una grande parte della ragione della mitezza di Urano. Il gigante di ghiaccio non ha molto calore. In effetti, è l'unico pianeta che non emette più calore di quello che riceve dal sole, ha detto. Ciò rallenta l'aumento e la diminuzione del calore che altrimenti provocherebbe tempeste.

"Non hai l'equivalente dei temporali. Quindi, non vedi le nuvole luminose su Urano che vedi sugli altri pianeti", ha detto Simon.

Sebbene le tempeste su Urano non siano così numerose come su altri mondi, ciò non significa che il pianeta non abbia attività occasionali. Nel 2014, sette anni dopo che il pianeta si è avvicinato di più al sole, gli astronomi hanno individuato punti meteorologici attivi sul gigante di ghiaccio.

"Il tempo su Urano è incredibilmente attivo", l'astronomo Imke de Pater dell'Università della California, Berkeley, in una dichiarazione del 2014.

"Questo tipo di attività sarebbe stato previsto nel 2007, quando si verificava l'equinozio di Urano una volta ogni 42 anni e il sole splendeva direttamente sull'equatore", ha detto all'epoca l'astronoma Heidi Hammel dell'Associazione delle università per la ricerca in astronomia. "Ma avevamo previsto che tale attività si sarebbe ormai esaurita. Il motivo per cui vediamo queste incredibili tempeste ora è al di là di ogni ipotesi".

Alcune delle tempeste erano anche abbastanza grandi da poter essere individuate da astrofili.

"Sono stato entusiasta di vedere tale attività su Urano", ha detto l'astronomo dilettante francese Marc Delcroix nella stessa dichiarazione. "Ora ottenere dettagli su Marte, Giove o Saturno è una routine. Ma vedere dettagli su Urano e Nettuno sono le nuove frontiere per noi dilettanti, e non volevo perderlo".

Le tempeste non sono l'unico punto luminoso su Urano. Hubble This Web Telescope della NASA ha scattato la sua prima immagine delle aurore sul pianeta nel 2011. Quando un team guidato da un astronomo dell'Osservatorio di Parigi ha dato una seconda occhiata alle aurore usando le capacità ultraviolette di Hubble, si sono "ritrovati ad osservare le aurore più intense mai viste sul pianeta", ha affermato la NASA in una nota.

"Osservando le aurore nel tempo, hanno raccolto la prima prova diretta che queste potenti regioni scintillanti ruotano con il pianeta".

È la stagione

A differenza di altri pianeti del sistema solare, che ruotano lungo lo stesso piano del sole, Urano, scoperto nel 1781, fu urtato su un fianco da una collisione subito dopo la sua formazione. Con l'equatore in basso, il pianeta sembra ruotare attorno al sole. Ciò significa che un solo polo alla volta è rivolto verso la stella lontana.

"Poiché è inclinato su un lato, ciò significa che, ad esempio, il polo sud non vedrebbe la luce solare per circa 40 anni", ha detto Simon. "Quindi, ha stagioni davvero estreme, che aiutano a guidare il tempo".

(Di conseguenza, anche il pianeta ruota all'indietro, così che se ruotasse con il suo equatore lungo il piano del sistema solare, il sole sorgerebbe a ovest anziché a est.)

Sulla maggior parte dei pianeti, l'equatore riceve la maggior parte della luce solare, facendo salire l'aria calda e spostarsi ai poli. Ma l'equatore di Urano non è quasi mai rivolto verso il sole. Pertanto, l'aria calda dovrebbe salire dal polo rivolto verso il sole e tornare al polo più freddo. Ma le fasce e le zone di Urano rivelano il contrario. Le strisce del pianeta ruotano attorno all'equatore allo stesso modo di Giove e Saturno. Invece la luce del sole, il calore interno del pianeta sembra guidare il suo clima.

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