domingo, 24 de julho de 2016

Pluto: Preparing for the Perfect Alignment

Today’s blog is from Anne Verbiscer, a research associate professor in the Department of Astronomy at the University of Virginia. On the New Horizons science team she studies the scattering properties and composition of icy surfaces in the Pluto system and the Kuiper Belt.
Every year, planets orbiting the sun beyond Earth’s orbit reach what astronomers call “opposition,” when they appear in the sky at the position opposite that of the sun. At opposition, the planet, or satellite or asteroid, and the sun line up with Earth between them. Pluto and its moons were at opposition this year on July 8, at 03:30 universal time. Sometimes these alignments are so precise that if you were standing on the surface of one of these bodies and looking back at Earth, you would see our planet transit (or move across) the solar disk.
Earth and Moon transit the solar disk
Earth and Moon transit the solar disk, seen from an outer planet during a “special” opposition when the planet is near the Line of Nodes. Credits: P. Molaro, et al., from arXiv 1509.01136, 2015
These “special” oppositions take place when the planet is near what is called the Line of Nodes at the time of opposition. The Line of Nodes is the intersection of the plane of the Earth’s orbit and a planet’s orbit. If the planet is near one of these intersection points at the time of opposition, it is in near-perfect alignment with the Earth and sun. Pluto was last near one of these intersection points in 1931 and will be again in 2018. After that, because of the eccentricity of Pluto’s orbit, it will be another 161 years until the next perfect alignment opportunity.
The Line of Nodes
The Line of Nodes is the intersection between the orbital plane of Pluto (purple) and that of Earth (white). Because Pluto’s orbit is significantly inclined relative to the ecliptic plane, node crossings are rare, and because Pluto’s orbit is eccentric, they occur in 87- and 161-year intervals. Credit: Anne Verbiscer
Pluto’s last node crossing was within one year of Clyde Tombaugh’s discovery in 1930. Did Tombaugh discover Pluto because it happened to lie right in the plane of the Earth’s orbit and the orbits of most of the other planets in the solar system in 1930? Probably. But did the fact that objects tend to be brighter, sometimes exceptionally so when they are near opposition, also increase Tombaugh’s chances of making his famous discovery? Perhaps. Pluto was definitely brighter at that time, but just how much brighter? And why was it brighter? To answer those questions, we need to investigate the “opposition effect.”
The Opposition Effect
The surfaces of airless bodies in the solar system all exhibit an “opposition effect.” This is the (sometimes dramatic) increase in reflected sunlight that occurs when a planet, moon, asteroid or comet is at opposition. The angle between the sun and Earth as seen from the planet is called the solar phase angle, or simply the phase angle. The opposition effect is the increase in brightness observed as the phase angle decreases to zero.
Saturn and its rings and moons had their node crossing in January 2005, and several of the world’s telescopes were watching. The 2.2-meter telescope at Calar Alto Observatory in Spain obtained the three images below at different phase angles. When Saturn was at opposition on the night of Jan. 13, 2005, the phase angle decreased to 0.02 degrees and the rings became stunningly bright, far brighter than they were at a larger phase angle in February and even brighter than they were just one night after opposition. Why did the rings get so bright? And why did Saturn not get bright?
Three views of Saturn
Three views of Saturn from Spain’s Calar Alto Observatory in 2005. On the night of Jan. 13, Saturn was very close to the Line of Nodes. Note how bright the rings appear. Only one night later (center) they are significantly dimmer, and even more diminished in brightness a month later (right). Credit: Calar Alto Observatory
The opposition effect is the product of two phenomena: particle shadow hiding and coherent backscatter. When a planetary surface or ring is at opposition, particles can hide their own shadows and contribute to an increase in brightness. Additionally, incident (or incoming) rays of sunlight can interfere constructively with sunlight reflected from the surface at opposition and increase the observed brightness. Atmospheres, however, do not exhibit dramatic opposition effects like the rings and moons do. Astronomers watching Saturn’s moons on the night of Jan. 13 were amazed to see Rhea, Saturn’s second largest moon, appear brighter than mighty Titan, Saturn’s largest moon which is covered by a thick atmosphere. Despite the fact that Rhea’s projected surface area is more than 11 times smaller than Titan’s, it was visibly brighter entirely due to the opposition effect.
The Opposition Effect and Analyzing New Horizons Data
So what does the opposition effect tell us about a planetary surface? By carefully measuring the change in reflectance as phase angles get smaller and smaller, physical surface properties such as porosity, particle size and transparency can be discerned from the opposition effect.
The quantitative analysis of how light is scattered from a particulate surface requires looking at all viewing angles, not just at opposition or at “full moon,” but all the way to “thin crescent.” As New Horizons approached Pluto last year, the phase angle was about 15 degrees, and through the encounter, the phase angles at which New Horizons instruments viewed Pluto and its moons grew larger and larger until they were finally viewing these bodies backlit by the sun at phase angles near 170 degrees. But New Horizons never viewed Pluto or its moons at phase angles smaller than 8 percent, far larger than the phase angles attainable from Earth and at opposition. Because of the size of Earth’s orbit viewed from Pluto, Pluto and its moons can never be observed from Earth at phase angles larger than about 2 degrees.
By combining the data gathered by New Horizons at larger phase angles with data acquired from Earth-based telescopes, we can measure some physical properties of the surfaces in the Pluto system by studying the manner in which sunlight is scattered from them. Observations at larger phase angles tell us about surface roughness, while those at the smallest phase angles hold clues to the particle sizes and how tightly they are compacted, or the surface porosity.
Pluto and Charon
Pluto and Charon as seen by the New Horizons Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) on July 8, 2015, at a phase angle of about 15 degrees. Credits: NASA/JHUAPL/SwRI
What will happen when Pluto and its moons cross their Line of Nodes on July 12, 2018? Charon is normally about half as bright as Pluto, but when is at opposition near the Line of Nodes, will it appear brighter than Pluto, like Rhea was brighter than Titan when Saturn crossed its Line of Nodes in 2005? Probably not, since Pluto’s atmosphere is much thinner than Titan’s. How much of a boost in reflectance did Pluto’s opposition effect give Clyde Tombaugh? We won’t know just how bright Pluto can get until 2018, but you can be sure we will be watching to find out, and to learn more about the fascinating surfaces of Pluto and Charon!
Anne Verbiscer
Anne Verbiscer
Credit: University of Virginia/
Dan Addison
http://blogs.nasa.gov/pluto/2016/07/22/pluto-preparing-for-the-perfect-alignment/

Un pianeta in formazione colpì la Luna, 4 miliardi di anni fa

Un pianeta in formazione, e non un asteroide, ha colpito la Luna 4 miliardi di anni fa (fonte: LPI, Leanne Woolley)Un pianeta in formazione, e non un asteroide, ha colpito la Luna 4 miliardi di anni fa (fonte: LPI, Leanne Woolley)
E' stato un pianeta in formazione, e non un asteroide, a colpire la Luna quasi 4 miliardi di anni fa generando il vasto bacino del mare Imbrium. Le nuove analisi dei crateri prodotti dallo scontro, pubblicate su Nature, dimostrano che il corpo che ha impattato contro il nostro satellite doveva essere due volte piu' largo e dieci volte piu' massiccio di quanto pensato finora: con un diametro di oltre 250 chilometri, questo protopianeta poteva rientrare di diritto tra i 'giganti perduti' del Sistema solare che hanno formato crateri non solo sulla Luna ma anche su altri pianeti come Mercurio.

Lo hanno stabilito i ricercatori della Brown University, negli Stati Uniti, ricostruendo la dinamica dell'impatto lunare grazie all'ausilio dell'enorme cannone verticale della Nasa, l'Ames Vertical Gun Range, progettato per riprodurre gli scontri fra corpi celesti. Attraverso questo simulatore, e' stato possibile capire che sarebbero stati proprio alcuni pezzi del protopianeta, distaccati al momento dell'impatto, a generare una serie di piccoli crateri vicini al Mare Imbrium che risultano posizionati in maniera anomala rispetto alla traiettoria dello scontro.

Proprio a partire dalle loro caratteristiche morfologiche, i ricercatori guidati da Pete Schultz sono riusciti a identificare il punto del primo impatto valutando anche le dimensioni del protopianeta. ''Si tratta di una stima per difetto - spiega Schultz - perche' pensiamo che potesse misurare anche 300 chilometri di diametro''. Applicando lo stesso metodo di indagine ad altri crateri che segnano la superficie della Luna e di altri pianeti, si deduce che potrebbero rappresentare le impronte ''di giganti perduti'', come li definisce lo stesso ricercatore, ovvero asteroidi grandi quanto protopianeti molto comuni alle origini del Sistema solare.

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Missione alle frontiere dell'universo

L'ammasso di galassie MACS J0416.1-2403, una delle 6 speciali lenti d'ingrandimento cosmiche che il telescopio spaziale Hubble userà per esplorare le frontiere dell'universo (fonte: NASA,  ESA, HST Frontier Fields team, STScI)L'ammasso di galassie MACS J0416.1-2403, una delle 6 speciali lenti d'ingrandimento cosmiche che il telescopio spaziale Hubble userà per esplorare le frontiere dell'universo (fonte: NASA, ESA, HST Frontier Fields team, STScI)
Esplorare le frontiere dell'universo, fino a vedere le prime galassie nate subito dopo il Big Bang: ha cominciato a farlo il telescopio spaziale Hubble nell'ambito del nuovo programma di ricerca Frontiers Field, e per vedere lontano usa un ammasso di galassie come una specialissima lente d'ingrandimento.

Il nuovo obiettivo di Hubble si chiama Abell S1063, un ammasso di galassie distante 4 miliardi di anni luce. E' una regione che ospita miliardi di stelle e probabilmente altrettanti pianeti simili alla Terra. Ma in realtà lo scopo della nuova missione del telescopio spaziale, frutto della collaborazione tra Nasa e Agenzia Spaziale Europea (Esa) è guardare quello che si nasconde alle spalle dell'ammasso.

Abell S1063 ha infatti la particolare caratteristica di fungere da lente gravitazionale: un effetto previsto dalla teoria della relatività che permette di ingrandire oggetti che si trovano più lontani. Per la sua grande massa e la posizione in cui si trova, l'ammasso Abell S1063 distorce la luce proveniente dalle galassie lontane che si trovano alle sue spalle, 'ingrandendone' l'immagine. Il fenomeno, già sperimentato in altri ammassi simili, permette di studiare in grande dettaglio oggetti cosmici lontanissimi, ai confini dell'universo.

Sfruttare le lenti gravitazionali per studiare l'universo lontano è una tecnica già usata da Hubble anche in altre circostanze e Abell S1063 è uno dei 6 obiettivi del programma Frontier Fields. I dati che raccoglierà permetteranno al più celebre dei telescopi spaziali di raggiungere le frontiere dell'universo.

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Un nuovo cratere su Marte, non ha ancora un nome

Il nuovo cratere scoperto su Marte, in falsi colori (fonte: ASI, ESA)Il nuovo cratere scoperto su Marte, in falsi colori (fonte: ASI, ESA)
Un nuovo cratere è stato scoperto sulla superficie di Marte dalla sonda Mars Express dell'Agenzia spaziale europea (Esa). Le immagini, scattate dallo strumento Hrsc (High Resolution Stereo Camera), mostrano un'ampia voragine profonda circa 4 chilometri, che si estende su un diametro di 50 chilometri e al centro presenta una piccola depressione. Lo annuncia in una nota l'Agenzia spaziale italiana (Asi), tra i protagonisti della missione lanciata nel 2003 con l'obiettivo di studiare l'atmosfera e la superficie di Marte alla ricerca di acqua e ghiaccio.

Il cratere, nato da un impatto, si trova a Sud-Ovest di un'area pianeggiante chiamata 'Mare Serpentis', a sua volta situata nella regione 'Noachis Terra'. Questo territorio è uno dei più antichi del pianeta e risale almeno a quasi 4 miliardi di anni fa, tanto da dare il nome di 'Noachiana' alla più arcaica delle ere in cui è stata suddivisa la storia geologica di Marte. La Noachis Terra, infatti, è particolarmente rappresentativa della superficie dell'antico Marte ed è tempestata di crateri che si sono conservati per miliardi di anni.

Le caratteristiche del cratere marziano, tuttora anonimo, come la depressione centrale, sono comuni a questo genere di elementi presenti sui corpi celesti rocciosi del Sistema solare. Si ritiene che la formazione di tali peculiarità sia connessa alla reazione del materiale ghiacciato che si vaporizza nel calore sviluppato dalla collisione iniziale. 

I bordi esterni della voragine sono lievemente rialzati e potrebbero essersi formati in conseguenza dell'impatto, mentre i solchi che si scorgono all'interno della cavità sarebbero da attribuire all'azione erosiva dell'acqua che, presente sotto forma di ghiaccio e in una falda sotterranea, si sarebbe sciolta con il calore del Sole iniziando così a modellare le pareti del cratere.


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La prima mappa dell'universo oscuro

Particolare della mappa cosmica basata sull'osservazione di 1,2 milioni di galassie (fonte: Daniel Eisenstein and SDSS-III)Particolare della mappa cosmica basata sull'osservazione di 1,2 milioni di galassie (fonte: Daniel Eisenstein and SDSS-III)
Ci sono volute osservazioni su 1,2 milioni di galassie e ben 13 articoli scientifici firmati da centinaia di fisici e astronomi, ma alla fine è stata ottenuta la prima misura dell'energia oscura, l'energia misteriosa che occupa il 75% dell'universo che lo fa espandere costantemente.

Le misure sono il risultato del progetto internazionale Boss (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey), condotto nell'ambito del programma Sdss-III (Sloan Digital Sky Survey-III) e gli articoli sono pubblicati sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

"Abbiamo trascorso cinque anni raccogliendo misure di 1,2 milioni di galassie, esplorando un quarto del cielo per ottenere la mappa della struttura dell'universo su un volume di 650 miliardi di anni luce cubi", ha detto uno dei coordinatori della ricerca, Jeremy Tinker, dell'Università di New York. "Questa mappa - ha aggiunto - ci ha permesso di ottenere la migliore misura mai ottenuta del ruolo dell'energia oscura nell'espansione dell'universo"..

La mappa fornisce anche informazioni importanti sull'altra componente misteriosa dell'universo, l'energia oscura, che lo occupa per il 25% e la cui composizione è ancora sconosciuta. "Abbiamo ottenuto la più grande mappa dell'universo oscuro, che equivale al 95% dell'universo", ha osservato l'astrofisico David Schlegel, del Lawrence Berkeley National Laboratory e responsabile del progetto Boss. .

"Nella mappa - ha aggiunto - possiamo vedere le galassie mentre vengono spinte verso altre galassie dalla forza della gravità esercitata dalla materia oscura". Sono dati che permettono di sottoporre a un nuovo esame la teoria della relatività di Albert Einstein su una scala cosmologica, ha rilevato Shirley Ho, del Berkeley Lab e della Carnegie Mellon University.

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Scoperta una matrioska cosmica

Rappresentazione artistica della matrioska cosmica. I tre dischi concentrici sono stati prodotti dall'esplosione di una supernova (fonte: Gabriel Pérez/SMM, IAC)
Rappresentazione artistica della matrioska cosmica. I tre dischi concentrici sono stati prodotti dall'esplosione di una supernova (fonte: Gabriel Pérez/SMM, IAC)

Scoperta una matrioska cosmica: è fatta di tre enormi bolle concentriche create dal materiale espulso dall'esplosione di una supernova. A scoprire questa spettacolare struttura è stato un gruppo di ricerca dell'Istituto di Astrofisica delle Canarie, con uno studio pubblicato sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. E' un risultato che potrà dare importanti nuove informazioni per capire come le stelle, dopo la morte, disperdano i loro materiali nelle galassie.

Quando giungono nella fase finale della loro esistenza, le grandi stelle (con una massa di almeno una decina di volete quella del Sole) esplodono in modo molto violento, emettendo grandi quantità di radiazioni e scagliando nello spazio i materiali di cle le costituiscono. I gas e le polveri espulsi creano una sorta di guscio che si espande nello spazio e gli elementi che lo compongono finiscono per andare ad alimentare la formazione di nuove stelle. 

Puntando uno dei grandi telescopi dell'osservatorio delle Canarie verso la galassia M33 e usando un particolare software per il riconoscimento di eventuali gas interstellari in espansione, i ricercatori spagnoli hanno scoperto per la prima volta un guscio 'triplo'. I dati mostrano la presenza di 3 distinti fronti costituiti dai materiali espulsi dalla stella. Secondo i ricercatori non si tratterebbe di 3 esplosioni distinte, ma di una sola i cui materiali sono 'scivolati' dividendosi in 3 sfere concentriche. 

Il diametro dei gusci va dai pochi anni luce del più piccolo ai circa 1.000 del più grande. A 'scomporre' il guscio iniziale sarebbe stata l'interazione tra i gas e le polveri con la rarefatta e sfuggente materia che permea le galassie, il cosiddetto mezzo interstellare, e la scoperta dei ricercatori spagnoli potrebbe aiutare a capire proprio la sua composizione e come interagisca con i materiali espulsi dalle stelle.

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