Missione Cassini: l'atmosfera di Titano reagisce all'attività solare

Pubblicato Mercoledì, 06 Novembre 2013 06:40

Scritto da Elisabetta Bonora

Titan clouds anaglyph (N00156687 88 89)
Credit: NASA/JPL/Space Science Institute - Processing: 2di7 & titanio44

La missione congiunta NASA-ESA-ASI Cassini ha osservato il sistema di Saturno per oltre nove anni.
Ora, un'analisi dettagliata dei dati concentrata sulle osservazioni della grande luna di Saturno, ha confermato che la densità della ionosfera di Titano è direttamente connessa ai cicli dell'attività solare.

Tutti i pianeti e i satelliti con atmosfere possiedono una ionosfera, ossia una regione nell'atmosfera superiore dominata da particelle ionizzate (elettricamente cariche). In particolare, parliamo della fotoionizzazione che si verifica quando i raggi X e gli ultravioletti estremi (EUV) scindono le molecole atmosferiche in ioni ed elettroni.
Come risultato la densità della ionosfera è maggiore sul lato diurno e minore su quello non illuminato dalla luce del Sole.

La scoperta di una ionosfera su Titano risale ai dati rilevati dala Voyager 1 a novembre 1980 ma la nostra conoscenza maggiore è iniziata proprio con l'arrivo della sonda Cassini nel sistema di Saturno a luglio 2004.

Più grande di Mercurio, Titano è ricoperta con una densa foschia arancione di molecole organiche che nasconde la superficie ghiacciata del satellite.
Come sulla Terra, il gas più abbondante in atmosfera è l'azoto ma, a differenza del nostro pianeta, la ionosfera di Titano è dominato da composti organici piuttosto complessi, più una serie di elementi minori.

La sorgente di ionizzazione primaria per l'atmosfera di Titano è il flusso solare EUV che impatta sulle particelle intrappolate di riflesso dal grande campo magnetico di Saturno e restituisce la ionosfera sul lato diurno della luna.

La struttura della ionosfera è stata ampiamente studiata durante la missione Cassini.
La densità di picco si trova 1.000 - 1.300 chilometri dalla superficie, con un decremento di altitudine dove il Sole è più alto sopra l'orizzonte.
La massima densità di elettroni è in genere di circa 3.000 particelle per centimetro cubo sul lato diurno, a fronte di circa 1.000 particelle per centimetro cubo sul lato in ombra della luna.

Tuttavia, misurazioni più globali hanno rilevato che la densità può variare anche notevolmente con il tempo.

Ora, che abbiamo a disposizione oltre nove anni di dati, più le osservazioni precedenti ed altre che si vanno ad integrare alle analisi della Cassini, un team internazionale di scienziati ha voluto approfondire la variabilità della ionosfera nel corso di un ciclo solare di 11 anni.

Lo studio si basa sulle rilevazioni dello strumento Langmuir a bordo della sonda Cassini, utilizzato per monitorare la densità, la temperatura e la velocità del plasma (elettroni e ioni).

Nell'articolo "Solar cycle modulation of Titan's ionosphere" pubblicato sulla rivista Geophysical Research, gli autori confrontano i dati ottenuti ad inizio missione, quando l'attività solare era moderata, con i dati dei più recenti passaggi ravvicinati durante i quali il Sole ha manifestato un'attività maggiore.
Correggendo le misurazioni in base alla diversa geometria del flyby, la loro analisi mostra una correlazione precisa tra la quantità di ionizzazione nella ionosfera di Titano e il livello di attività solare.

Niklas Edberg, ricercatore post-dottorato presso il Swedish Institute of Space Physics di Uppsala, autore principale dello studio, dichiara:
"Dal primo flyby su Titano della missione Cassini il 26 ottobre 2004, al T71 (settantaduesimo flyby) del 7 luglio 2010, non è stato possibile identificare tutti i grandi cambiamenti nella struttura della ionosfera in risposta ai cicli solari".
"Tuttavia, dopo il 2010, l'attività solare è aumentata rapidamente e la nostra analisi ha dimostrato che, nel corso di sei flyby su Titano, tra maggio 2012 e novembre 2012, la densità di elettroni nella regione di punta della ionosfera, misurata dalla sonda Langmuir sulla Cassini, è aumentata del 15 - 30%, rispetto alla precedente media".

Questo marcato incremento della densità della ionosfera ha coinciso con l'aumento dell'attività solare, anche se Titano ha ricevuto una minore percentuale di radiazione in arrivo dalla nostra stella a causa dell'orbita ellittica di Saturno e all'aumentare della distanza dal Sole (dal 2004 al 2012 Saturno si è spostato verso l'esterno dal Sole di oltre 100 milioni di chilometri).

"La densità di picco durante i più recenti flyby su Titano è significativamente aumentata rispetto alle misurazioni dei flyby precedenti e valori più alti sono stati generalmente trovati anche a quote più basse nella ionosfera rispetto ai valori medi precedenti", ha detto Edberg.

I risultati della squadra sono in ottimo accordo con la teoria esistente, che prevede che il tasso di produzione di ioni ed elettroni dovrebbe essere proporzionale alla radice quadrata della crescita del flusso ionizzante.

E' interessante notare che la maggior parte delle misurazioni della Cassini della ionosfera di Titano si sono verificate nel corso di un periodo molto speciale, il più profondo minimo solare dal XVII secolo.
Come risultato, le densità di picco misurate sono le più basse rispetto ai cicli precedenti.

Calcoli teorici mostrano che il picco di densità di elettroni della ionosfera, durante i periodi di attività solare più intensa, dovrebbe superare i 6.500 particelle per centimetro cubo nel punto subsolare e questo sarebbe il 85-160% in più rispetto a quanto osservato finora.

"Esistono quasi gli stessi meccanismi che si verificano sulla Terra, quando si discutono i possibili effetti a lungo termine dei cicli solari sull'evoluzione del clima del nostro pianeta", ha detto Nicolas Altobelli, scienziato del progetto Cassini dell'ESA.
"Titano è spesso definito come una Terra primitiva in un congelatore, quindi è interessante confrontare i processi fisici che hanno luogo nelle atmosfere superiori di questi due mondi".

Fonte: sci.esa.int/cassini-huygens/53074-the-active-sun-boosts-titan-outer-atmosphere
Traduzione ed adattamento a cura di Elisabetta Bonora