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Su Saturno una pioggia di diamanti?

Su Saturno piovono diamanti liquidi? Condizioni fisiche estreme rendono (forse) possibile il verificarsi di eventi estremi.

Sui pianeti giganti del nostro sistema solare le condizioni ambientali sono talmente "particolari" da rendere possibile la pioggia di diamanti. Questa almeno è la teoria esposta da alcuni astrofisici americani durante la conferenza della Astronomical Society for Planetary Sciences tenutasi a Denver poche settimane fa (link).

Dopo la notizia che il pianeta 55 Cancri-e potrebbe essere fatto di diamanti (vedi a fondo il link a fondo pagina), sorge spontaneo chiedersi se gli astrofisici siano fissati con i diamanti e in contemporanea se non sia il caso di correre a prenotare un posto sulla prima navicella in rotta verso Saturno. Dopo averci pensato su qualche minuto decido che ... impegni precedenti mi rendono impossibile il partecipare a tale missione. Lascio il mio posto a qualche altro volontario.
Una scelta saggia dato che le condizioni base che renderebbero possibile la "pioggia di diamanti" sono così estreme da rendere quasi preferibile una gita sull'arroventato Mercurio.
Parliamo infatti di Giove e Saturno, pianeti gassosi in cui l'esistenza stessa di una superficie su cui atterrare è da scartare. Se anche vi fosse qualcosa di equivalente alla crosta planetaria la pressione esercitata dalla spessa atmosfera sarebbe tale da schiacciare il più resistente mezzo spaziale progettabile. E anche ammettendo, in puro stile fantascienza anni '50, che esistesse una superficie su cui atterrare e di possedere una navicella ultra-resistente adatta alla bisogna, bisognerebbe prima attraversare l'atmosfera in cui i venti raggiungono tranquillamente velocità intorno ai 360 km/h.
Questo è infatti l'ambientino in cui, secondo Mona Delitsky e Kevin Baines della University of Wisconsin, potrebbe avvenire spontaneamente la trasformazione allotropica del carbonio. Niente di incredibile se si pensa alle condizioni di pressione e temperatura che hanno reso possibile, nell'arco di centinaia di milioni di anni, la formazione dei diamanti nel nostro pianeta.
I due ricercatori sostengono che su Giove e Saturno esistono le condizioni base perchè ciò avvenga. In primis l'elettricità dei lampi in una atmosfera contenente metano avrebbe l'effetto di liberare atomi di carbonio, i quali unendosi formerebbero delle grandi nuvole di carbonio (immaginiamo per semplicità delle nubi di fuliggine), la cui esistenza è confermata dalle rilevazioni della sonda Cassini intorno a Saturno. Questi aggregati di particelle pesanti tenderebbero a scendere sempre più in basso nell'atmosfera attraversando gli strati ricchi di idrogeno fino a che la pressione atmosferica diverrebbe tale da liquefare l'idrogeno molecolare trasformandolo in idrogeno metallico, vale a dire quella condizione in cui i protoni sono molto ravvicinati e gli elettroni sono liberi di circolare nel reticolo multiatomico (appunto come in un metallo).
Diamante e grafite. Diversi ma uguali

In queste condizioni la fuliggine verrebbe compressa a livelli tali da formare prima la grafite, e poi i diamanti. Una visione scintillante (sempre che penetri la luce a queste profondità dell'atmosfera) ma di breve durata date le temperature presenti negli strati sottostanti. Raggiunti gli  8000 °C, il diamante stesso si liqueferebbe formando una pioggia di diamanti liquidi.
Possibile? All'interno (che in questo caso vuol dire "abbastanza sotto nell'atmosfera") di Giove e Saturno esistono tutte le condizioni perchè la pioggia di diamanti liquidi sia una realtà. A partire dai 6000 km sotto l'inizio dell'atmosfera e giù per altri 30 mila km, le condizioni sono "ideali". Secondo le stime di Baines, ci sarebbero almeno 10 milioni di tonnellate di diamanti prodotti in questo modo e di dimensioni variabili da pochi millimetri fino a rari pezzi di 10 centimetri".

L'ipotesi è talmente suggestiva da essere stata inclusa in un recente libro ("Alien Seas: Oceans in Space" di M. Carroll e R. Lopes) appartenente al filone "saggistica scientifica romanzata". Usando come punto di partenza i dati che via emergono dalle varie osservazioni cosmologiche (ad esempio il Progetto Keplero) si immagina come potrebbero apparire i diversi esopianeti finora scoperti. Gli stessi Delitsky e Baines si sono prestati al gioco divulgativo scrivendo la parte riguardante i "mari" dei giganti gassosi, immaginando come sarebbe possibile (qualora la Terra disponesse di tecnologie adeguate) sfruttare queste "miniere" planetarie. Gli autori ipotizzano che in un futuro nemmeno tanto remoto (nel 2469) sarà possibile inviare navicelle "minerarie" verso Saturno con un doppio fine. Recuperare gli abbondanti diamanti e usarli non come noi primitivi faremmo (ornamento e arricchimento) ma come materiale di rivestimento ultra-resistente per altre sonde da spedire nelle profondità del pianeta allo scopo di recuperare l'elio-3. A che fine? Questo isotopo dell'elio è considerato (nel mondo reale e non nella futuribile scienza del libro) come la fonte di energia ideale per le centrali a fusione di seconda generazione. 
Devo ammettere che il libro (per i capitoli che ho letto) è ben scritto ed il costo del formato ebook è accettabile. Non esiste al momento l'edizione italiana.

Tornando ai dati presentati alla conferenza, Delitsky e Baines concludono dicendo che "in base a quanto conosciuto sui pianeti giganti e integrato con le nozioni tecniche su come modificare la forma allotropica del carbonio, è estremamente probabile che i diamanti siano una realtà negli strati profondi di Giove e Saturno".
Certo esiste un problema non indifferente ma ... non veramente importante. E' vero che non possiamo (e probabilmente mai potremo) verificare se questa teoria sia corretta inviando una sonda nelle profondità del pianeta, tuttavia è altrettanto vero che la fisica alla base del funzionamento di una stella è universalmente accettata senza che nessuno imponga l'invio di una sonda dentro il sole per verificarla.
Le critiche sono altre e arrivano da altri astrofisici che negano la possibilità concreta che su Giove e Saturno ci sia traccia di diamanti. Secondo David Stevenson del California Institute of Technology, il duo Delitsky-Baines non avrebbe preso sufficientemente in considerazione la termodinamica. Il metano costituisce infatti una componente molto piccola (tra lo 0,2 e 0,5%) dell'atmosfera dei due pianeti, ricchi principalmente di idrogeno.
In tali sistemi diluiti, afferma Stevenson, "la termodinamica favorisce la miscelazione nello stesso modo in cui una piccola quantità di zucchero o di sale si scioglie in una grande quantità di acqua, meglio se ad alte temperature. Anche se si formasse della polvere di carbonio, questa si diluirebbe molto in fretta mano a mano che precipita verso gli strati più interni del pianeta".
Anche Luca Ghiringhelli, un fisico del Fritz Haber Institute di Berlino è scettico sulle conclusioni della coppia. In un articolo del 2007 aveva dimostrato che su Urano e Nettuno la quantità di carbonio presente (sotto forma di idrocarburi) non è sufficientemente alta, pur se maggiore di quella presente nei due giganti gassosi, da permettere la formazione ex novo di una struttura cristallina come il diamante. Pur non escludendo, dato che le condizioni su Urano e Nettuno sono ben diverse da quelle presenti nei giganti gassosi, che a pressioni elevate tale trasformazione possa avvenire in modo significativo, afferma che è prematuro avanzare ipotesi in tal senso.

Non ci resta allora che attendere gli sviluppi di questa discussione.



(Per maggiori informazioni sul "caso" 55 Cancri-e, vedi in questo blog qui. Per altri articoli in tema "astronoma" e/o "esopianeti", clicca lo specifico tag sulla destra)


Fonti
- Diamond drizzle forecast for Saturn and Jupiter
Nature (2013) 13925

- Local Structure of Liquid Carbon Controls Diamond Nucleation
LM Ghiringhelli et al Phys. Rev. Lett. 99, 055702 (2007)

- Diamond Rain May Fill Skies of Jupiter and Saturn 
space.com

- Diamonds Stud the Atmospheres of Saturn and Jupiter
National Geographic, news




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