Quando la Voyager 2 della NASA incontrò Nettuno nel 1989, vide che l’emisfero settentrionale del gigante di ghiaccio blu era adornato da un enorme e scuro vortice anticiclonico del diametro di migliaia di chilometri. La tempesta, però, poi scomparve. Negli anni successivi, il telescopio spaziale Hubble ha osservato simili macchie scure andare e venire in entrambi gli emisferi del pianeta.
A prima vista, le macchie sembrano simili alla famosa Grande Macchia Rossa di Giove ma questa ruota costantemente da almeno 350 anni e si trova in alto nell’atmosfera del gigante gassoso. Al contrario, le macchie scure di Nettuno sembrano durare solo pochi anni e risiedere più in profondità nell’atmosfera del gigante di ghiaccio. Così, quando Hubble osservò un’altra macchia scura su Nettuno nel 2018, un team di astronomi guidato da Patrick Irwin dell’Università di Oxford, ha deciso di approfittarne.
"Sin dalla prima scoperta di una macchia scura, mi sono sempre chiesto quali fossero queste strutture oscure sfuggenti e di breve durata", ha detto nel comunicato Irwin, professore all'Università di Oxford nel Regno Unito e ricercatore principale dello studio pubblicato su Nature Astronomy.
Le macchie scure di Nettuno non erano mai state osservate prima da un telescopio terrestre ma con il Very Large Telescope (VLT) dell'Osservatorio Europeo Australe in Cile e il suo strumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer), il team di Irwin è stato in grado di osservare la macchia scura e misurarla spettroscopicamente in 3D, rivelando cosa stava succedendo a diverse profondità atmosferiche.
Uno sguardo in profondità
Comprendere cosa siano questi fenomeni non è stata un'impresa facile perché le macchie scure non sono permanenti dell'atmosfera del pianeta e gli astronomi non sono mai stati in grado di studiarle in modo sufficientemente dettagliato. Ora, però, grazie allo strumento MUSE installato sul VLT, i ricercatori hanno potuto dividere la luce solare riflessa da Nettuno e dalla sua macchina nei colori componenti, o lunghezze d'onda, e ottenerne uno spettro 3D.
MUSE è uno spettrografo 3D che consente agli astronomi di osservare un intero oggetto astronomico, come Nettuno, in una volta sola. Per ogni pixel, lo strumento misura l'intensità della luce in funzione del suo colore, o lunghezza d'onda. I dati risultanti sono un insieme tridimensionale in cui per ogni pixel dell'immagine si ha uno spettro completo. In totale, MUSE misura oltre 3500 colori. Lo strumento è progettato per sfruttare l'ottica adattiva, che corregge la turbolenza nell'atmosfera terrestre, ottenendo immagini molto più nitide di altri strumenti.
"Sono assolutamente entusiasta di essere stato in grado non solo di rilevare per la prima volta una macchia scura da terra, ma anche di aver potuto ottenere per la prima volta uno spettro di riflessione di tale struttura", ha dichiarato Irwin.
Poiché lunghezze d'onda diverse sondano profondità diverse nell'atmosfera di Nettuno, avere uno spettro ha permesso agli astronomi di determinare meglio l'altezza nell'atmosfera del pianeta alla quale si trova la macchia scura.
Le nuove osservazioni indicano che le macchie scure sono probabilmente il risultato di particelle d'aria che si scuriscono quando il ghiaccio e il vapore si mescolano nell'atmosfera di Nettuno, in uno strato al di sotto del principale strato di foschia visibile.
Lo spettro ha anche fornito informazioni sulla composizione chimica dei diversi strati di atmosfera, che a loro volta hanno svelato vari indizi sul motivo per cui la macchia appare scura.
Una grande macchia scura su Nettuno fotografata dalla Voyager-2 nel 1989.
Crediti: NASA/JPL
Possibili spiegazioni
I risultati indicano che la macchia scura probabilmente si trova a una profondità dove la pressione è di circa 5 bar, che è lo strato di pressione in cui l’idrogeno solforato è in grado di condensare in cristalli di ghiaccio.
Poiché l’idrogeno solforato è un gas sensibile alla luce, una possibilità è che la macchia scura sia causata da una risalita al centro del vortice che sta sollevando l’idrogeno solforato dalle profondità del pianeta. Quando l’idrogeno solforato raggiunge un’altitudine in cui può reagire con la luce ultravioletta solare, la reazione forse provoca l’oscuramento dell’atmosfera. Oppure, l’idrogeno solforato si è condensato attorno alle particelle più scure e il riscaldamento locale causato dalle condizioni anticicloniche fa sì che il gas sublimi, scoprendo le particelle più scure sottostanti.
La sorpresa
Le osservazioni del VLT hanno offerto anche un’ulteriore sorpresa al team: una piccola macchia luminosa, denominata DBS-2019, sul bordo sud-ovest della macchia scura.
"Nel processo di analisi abbiamo scoperto un raro tipo di nube profonda e luminosa che non era mai stato identificato prima, nemmeno dallo spazio", ha detto il coautore dello studio Michael Wong, ricercatore presso l'Università della California, Berkeley, USA. Questo raro tipo di nube appariva come un punto luminoso proprio accanto alla macchia scura principale, più grande. I dati del VLT mostrano che la nuova "nube profonda e luminosa" era alla stessa altezza nell'atmosfera della macchia scura principale. Ciò significa che si tratta di una struttura completamente nuova rispetto alle piccole nuvole di ghiaccio di metano ad alta quota osservate in precedenza.
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