Sorpresa: Mercurio non è il pianeta più caldo del Sistema Solare

Nel grande schema del Sistema Solare, la più grande fonte di energia è di gran lunga il Sole. Mentre la radioattività e la contrazione gravitazionale potrebbero fornire una notevole quantità di energia ai nuclei di pianeti massicci, la luce e il calore emessi dalla nostra stella madre sono in modo schiacciante responsabili della temperatura superficiale di un pianeta. Con un’ottima approssimazione, il Sole mantiene non solo la Terra, ma tutti i pianeti a una temperatura ben al di sopra di quella che sarebbero senza di essa: solo pochi Kelvin. (Senza una fonte di calore esterna, la maggior parte delle temperature planetarie si equilibrerebbe a -270 ° C / -455 ° F.)

Durante il giorno, i pianeti assorbono energia dal Sole, ma sia di giorno che di notte irradiano energia nello spazio. Questo è il motivo per cui le temperature si riscaldano durante il giorno e si raffreddano durante la notte, qualcosa che è praticamente vero per ogni pianeta che ha sia un lato diurno che uno notturno. Ci aspettiamo anche stagioni – periodi freddi e tempi caldi – basati sia su quanto sia ellittica l’orbita di un pianeta sia sulla sua inclinazione assiale.

Un modello accurato di come i pianeti orbitano attorno al Sole, che poi si muove attraverso la galassia in una diversa direzione di movimento. La distanza di ciascun pianeta dal Sole determina la quantità di radiazione ed energia complessiva che riceve, ma questo non è l’unico fattore in gioco nel determinare la temperatura di un pianeta. 09.30 Credito: Rhys Taylor

Ma se i vari parametri orbitali di un pianeta fossero le uniche cose che determinano la temperatura, allora il pianeta più vicino al Sole sarebbe inevitabilmente il più caldo e diventerebbero tutti progressivamente più freddi man mano che ci spostavamo sempre più lontano.

Forse un gigante gassoso abbastanza grande da generare una frazione significativa del proprio calore cambierebbe quell’ordine (se Giove e Nettuno si scambiassero, questo potrebbe essere il caso), ma in generale ci aspetteremmo che la temperatura di un pianeta scenda in proporzione alla sua distanza dal Sole. Possiamo verificare questa aspettativa partendo dal pianeta più interno e procedendo verso l’esterno.

L’immagine sopra mostra una proiezione ortografica di questo mosaico globale centrata a 0°N, 0°E. Il cratere raggiato Debussy può essere visto verso il fondo del globo e il bacino dell’anello di punta Rachmaninov può essere visto verso il bordo orientale. Mercurio è il pianeta più interno del Sistema Solare ed è stato mappato in dettaglio dalla missione MESSENGER della NASA. (Credito: NASA / Laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins University / Carnegie Institution di Washington)

Mercurio è caldo. Se siamo quantitativi, in realtà è estremamente caldo! Essendo il pianeta più vicino al Sole, completa un’orbita in soli 88 giorni terrestri, raggiungendo una temperatura massima durante il giorno di ben 700 Kelvin (427 ° C / 800 ° F) nelle sue posizioni più calde ed equatoriali. Mercurio ruota molto lentamente, quindi il suo lato notturno trascorre un lungo periodo al buio, protetto dal Sole; durante quei periodi, scende a soli 100 Kelvin (-173 ° C / -280 ° F). Quella bassa temperatura è incredibilmente fredda e molto più fredda di qualsiasi temperatura naturale conosciuta qui sulla Terra. Questa è la storia del pianeta più vicino al Sole: Mercurio.

E la prossima uscita: Venere?

nuvole di Venere

Questa visione di Venere è fornita dai dati di Mariner 10, con l’immagine sul lato destro che mostra gli ulteriori dettagli rivelati dall’elaborazione dell’immagine aggiuntiva. Le nuvole mostrate qui si trovano a circa 60 chilometri (~ 37 miglia) sopra la superficie di Venere, dove esistono pressioni e temperature simili a quelle della Terra. (Credito: NASA / JPL-Caltech)

Venere è in media circa due volte più lontana dal Sole rispetto a Mercurio, impiegando circa 225 giorni terrestri per orbitare attorno al Sole. Ruota anche più lentamente di Mercurio, trascorrendo più di 100 giorni terrestri consecutivi alla volta immersi nella luce solare e poi un uguale periodo di tempo nell’oscurità. Eppure, quando si misura la temperatura di Venere, c’è una sorpresa: Venere ha sempre la stessa temperatura, giorno e notte, con una media di 735 Kelvin (462 °C / 863 °F), rendendola ancora più calda di Mercurio !!

Questo strano evento ha fatto molto di più che perplessi gli astronomi quando l’hanno scoperto per la prima volta; li ha mortificati! Venere non era abbastanza grande da generare il proprio calore, eppure era più caldo a mezzanotte venusiana che a mezzogiorno di Mercurio. Questa era un’osservazione che richiedeva una spiegazione, e così abbiamo iniziato a mettere a confronto i due pianeti più interni.

Il sistema TRAPPIST-1 contiene i pianeti più simili a quelli terrestri di qualsiasi sistema stellare attualmente conosciuto e viene mostrato in scala a temperature equivalenti al nostro Sistema Solare. Come puoi vedere, Mercurio e Venere differiscono non solo per le posizioni relative alla cosiddetta Zona Abitabile, ma anche per dimensioni e altre proprietà intrinseche. (Credito: NASA / JPL-Caltech)

Confrontando questi due mondi, ci sono quattro differenze molto evidenti:

  1. Mercurio è molto più piccoli di Venere,
  2. Mercurio è circa due volte più vicino al Sole come Venere,
  3. Mercurio è molto meno riflessivo di Venere, e
  4. Mercurio ce l’ha no atmosfera, mentre Venere ha a molto spesso atmosfera.

Per quanto riguarda l’assorbimento e l’irradiazione del calore, si scopre che le dimensioni non contano molto. I pianeti assorbono la luce solare in base alla loro area della sezione trasversale – proporzionale al loro raggio al quadrato – e la irradiano nella stessa identica proporzione. Se Mercurio fosse il doppio delle sue dimensioni o Venere fosse la metà delle sue dimensioni, nessuno dei due avrebbe una variazione di temperatura apprezzabile. Questa differenza è del tutto irrilevante.

Più lontana è la tua distanza da una fonte di luminosità, minore è il flusso. La luminosità ha una relazione inversa al quadrato con la distanza, come illustrato qui; un oggetto due volte più lontano di un altro riceve solo un quarto del flusso e dell’energia incidente. 04.30 Crediti: E. Siegel / Oltre la Galassia

Il fatto che Venere sia quasi due volte più lontana dal Sole, tuttavia, conta moltissimo. Qualsiasi oggetto che è due volte più lontano dal Sole riceve solo un quarto della quantità di energia solare per unità di area, il che significa che Mercurio dovrebbe ricevere circa quattro volte più energia su ogni parte della sua superficie rispetto a Venere. Mentre la luce del Sole si diffonde nello spazio, un mondo più distante intercetta sempre meno la sua energia. Questo è il grande vantaggio di Mercurio, che incontra quasi quattro volte il flusso per metro quadrato rispetto a Venere.

Eppure, Venere è ancora più calda, il che ci dice che qualcos’altro di importante deve essere in corso con uno degli altri due punti.

La riflettività di un oggetto è normalmente misurata in termini di albedo, con un albedo di 0,0 che rappresenta un perfetto assorbitore e 1,0 che rappresenta un perfetto riflettore. Tutti i pianeti e le lune hanno albedos all’interno di quell’intervallo. (Credito: Toby Smith / Università di Washington)

Il modo in cui un oggetto è riflettente o assorbente è noto come albedo, che deriva dalla parola latina albus, che significa bianco. Un oggetto con un albedo (Bond Albedo, per i geofisici) di 0 è un perfetto assorbitore, mentre un oggetto con un albedo di 1 è un perfetto riflettore. In realtà, tutti gli oggetti fisici hanno un albedo compreso tra 0 e 1. La Luna, ad esempio, sembra avere un albedo piuttosto alto ai nostri occhi, con un aspetto bianco sia di giorno che di notte.

La Luna e le nuvole sull’Oceano Pacifico, fotografate da Frank Borman e James A. Lovell durante la missione Gemini 7. Nonostante l’aspetto bianco della Luna, in realtà assorbe molta più luce di quanta ne rifletta. (Credito: NASA)

Non lasciarti ingannare dall’aspetto bianco della Luna! L’albedo medio della Luna è solo di circa 0,12, il che significa che solo il 12% della luce che la colpisce viene riflessa, mentre l’altro 88% viene assorbito. Minore è l’albedo di un oggetto, migliore è l’assorbimento della luce, il che significa che maggiore è l’albedo, meno luce solare viene effettivamente assorbita. Mercurio risulta essere simile alla Luna a 0,119, mentre l’albedo di Venere è di gran lunga il più alto di tutti i corpi planetari del Sistema Solare a 0,90.

Quindi non solo Mercurio riceve quattro volte più energia per unità di area, ma assorbe quasi nove volte la quantità di luce solare che riceve rispetto a Venere!

Gli albedi di vari pianeti e lune e gli oggetti della fascia di Kuiper nel Sistema Solare. Venere è incredibilmente riflettente per un pianeta: il più riflessivo di tutti. (Credito: Bond Albedo / Wikipedia; dati da R Nave / Ms. State / NASA)

Tuttavia, se vedeste due immagini ravvicinate dei recenti transiti di Mercurio (sotto, del 2016) e Venere (sotto, del 2012), notereste che il Sole sembra “curvare” attorno a Venere, mentre non c’è tale effetto su Mercurio.

Ciò è dovuto alla quarta e importantissima differenza tra i due mondi: Mercurio non ha atmosfera, mentre Venere ne ha una molto sostanziale che è circa 90 volte più spessa di quella terrestre.

pianeta più caldo

Transiti di Venere (in alto) e Mercurio (in basso) attraverso il bordo del Sole. Nota come l’atmosfera di Venere diffrange la luce solare intorno ad essa, mentre la mancanza di atmosfera di Mercurio non mostra tali effetti. (Credito: JAXA / NASA / Hinode (in alto); NASA / TRACE (in basso))

Vedete, Mercurio e Venere non assorbono solo la luce dal Sole; ogni pianeta quindi irradia nuovamente quell’energia come calore nello spazio. Per Mercurio senz’aria, tutto quel calore torna immediatamente nello spazio.

Ma su Venere, la storia è diversa. Ogni quanto di radiazione infrarossa – il calore irradiato – deve attraversare quell’atmosfera densa e densa, che è difficile.

Più strati di nuvole su Venere sono responsabili di diverse firme in diverse bande di lunghezze d’onda, ma tutti mostrano un’immagine coerente di un pianeta “serra” dominato da un effetto serra in fuga. (Credito: Venus Express / Planetary Science Group)

Non solo Venere possiede un’atmosfera molte volte più spessa di quella terrestre, carica di enormi quantità di gas che assorbono gli infrarossi come l’anidride carbonica, ma è avvolta da strati terribilmente spessi di nubi altamente riflettenti. Questa foschia di acido solforico, che si estende per più di 20 km di spessore, circonda il pianeta a velocità comprese tra 210 e 370 km/h, intrappolando la stragrande maggioranza del calore irradiato e trasferendolo in tutto il pianeta.

Le lunghe notti non offrono scampo al caldo, poiché gli effetti di intrappolamento e termalizzazione degli strati nuvolosi mantengono la superficie di Venere a una temperatura inospitale, tanto che se si sommano i tempi operativi di ogni lander che sia mai atterrato La superficie di Venere non sarebbe nemmeno la metà di un giorno terrestre.

Le regioni polari e molto fredde della Terra hanno una temperatura media di gran lunga inferiore al resto del pianeta: circa -20 gradi Celsius. Se non fosse per l’atmosfera terrestre, queste regioni sarebbero invece rappresentative della temperatura media terrestre, con enormi fluttuazioni giorno/notte. (Credito: ESA / IPEV / PNRA – B. Healey)

Ma nelle giuste quantità, l’intrappolamento del calore atmosferico può essere la cosa migliore che sia mai accaduta a un mondo. Se non fosse per l’atmosfera terrestre, la temperatura media sul nostro pianeta sarebbe un misero 255 Kelvin (-18 ° C / -1 ° F), o approssimativamente la temperatura del continente antartico.

L’effetto simile a una coperta delle nuvole e dei gas atmosferici solleva il clima del nostro pianeta nella zona temperata dove la vita, come sappiamo, ha prosperato per così tanto tempo. Eppure all’inizio della storia del Sistema Solare, con un Sole più freddo e un’atmosfera molto più sottile, Venere era probabilmente simile in termini di temperatura a quella della Terra oggi. Probabilmente aveva lo stesso potenziale per la vita e i processi biologici, ma una catastrofe in fuga ha creato l’inferno permanente che ha abitato il nostro mondo gemello per miliardi di anni.

pianeta più caldo

Questa vista in timelapse delle aurore sulla Terra, mentre la notte, mentre la Stazione Spaziale Internazionale vola sopra la Terra, mostra il nostro pianeta gemello, Venere, che si innalza all’orizzonte. Questa animazione è stata composta dall’astronauta dell’ESA Tim Peake. (Credito: NASA / ESA)

Sebbene la Terra non sia a rischio della stessa sorte, Venere è sia il mondo più caldo del nostro Sistema Solare che un ammonimento su un effetto serra fuori controllo. Man mano che arriviamo a comprendere meglio i processi che guidano il clima e la temperatura della Terra, è nostra responsabilità guidare il nostro pianeta nella giusta direzione. Il legame tra il Sole, l’atmosfera e il destino del pianeta è scritto in ogni mondo del nostro Sistema Solare. Spetta all’umanità imparare quelle lezioni e decidere cosa fare dopo.

Ethan è in vacanza. Per favore, goditi questo vecchio articolo dagli archivi di Starts With A Bang!

Leave a Comment