Perché 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 gran parte responsabili della temperatura superficiale di un pianeta. Per un’ottima approssimazione, il Sole mantiene non solo la Terra, ma tutti i pianeti ad una temperatura ben superiore a 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 durante il giorno e la notte, irradiano energia nello spazio. Questo è il motivo per cui le temperature si riscaldano durante il giorno e si rinfrescano durante la notte, qualcosa che è praticamente vero per ogni pianeta che ha sia un lato giorno che un lato notte. Ci aspettiamo anche stagioni-tempi freddi e tempi caldi-in base a quanto è ellittica l’orbita di un pianeta e alla sua inclinazione assiale.

Ma se i vari parametri orbitali di un pianeta fossero le uniche cose che determinavano la temperatura, allora il pianeta più vicino al Sole sarebbe inevitabilmente il più caldo, e diventerebbero tutti progressivamente più freschi man mano che ci allontanavamo sempre più lontano. Forse un gigante gassoso abbastanza grande da generare una frazione significativa del proprio calore cambierebbe quell’ordine (se Giove e Nettuno fossero scambiati, questo potrebbe essere il caso), ma in generale ci aspetteremmo che la temperatura di un pianeta diminuisse in proporzione alla sua distanza dal Sole. Possiamo verificare questa aspettativa partendo dal pianeta più interno e lavorando verso l’esterno.

Il 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 equatoriali più calde. Mercurio ruota molto lentamente, quindi il suo lato notturno trascorre un tempo consecutivamente lungo al buio, protetto dal Sole; durante quei tempi, 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.

Che dire della prossima uscita: Venere?

Venere è circa due volte più lontana dal Sole, in media, di Mercurio, impiegando circa 225 giorni terrestri per orbitare attorno al Sole. Inoltre, ruota ancora più lentamente di Mercurio, trascorrendo più di 100 giorni terrestri consecutivi alla volta immersi nella luce del sole e quindi una quantità uguale di tempo nell’oscurità. Eppure, quando si misura la temperatura di Venere, c’è una sorpresa: Venere è la stessa temperatura in ogni momento, giorno o notte, ad una media di 735 Kelvin (462 °C / 863 °F), il che rende ancora più caldo di Mercurio!

Questo strano evento ha fatto molto più che confondere gli astronomi quando lo 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 mercuriano. Questa è stata un’osservazione che ha gridato per una spiegazione, e così abbiamo iniziato a contrapporre i due pianeti più interni.

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

1. Mercurio è molto più piccolo di Venere,
2. Mercurio è circa due volte più vicino al Sole di Venere,
3. Mercurio è molto meno riflettente di Venere, e
4. Mercurio non ha atmosfera, mentre Venere ha un’atmosfera molto spessa.

Per quanto riguarda l’assorbimento e l’irradiazione del calore, risulta che le dimensioni non contano molto. I pianeti assorbono la luce solare in base alla loro superficie trasversale-proporzionale al loro raggio quadrato-e la irradiano via nella stessa identica proporzione. Se Mercurio fosse il doppio della sua dimensione o Venere fosse la metà della sua dimensione, nessuno dei due avrebbe il suo cambiamento di temperatura di una quantità apprezzabile. Questa differenza è completamente irrilevante.

Il fatto che Venere sia quasi il doppio del Sole, tuttavia, conta molto. 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 di Venere. Mentre la luce del Sole si diffonde attraverso lo spazio, un mondo più lontano 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 caldo, il che ci dice che qualcos’altro importante deve essere in corso con uno degli altri due punti.

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

Non lasciarti ingannare dall’aspetto bianco della Luna! L’albedo media 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. Più bassa è l’albedo di un oggetto, migliore è l’assorbimento della luce, il che significa più alta 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-area, assorbe quasi nove volte tanto della luce solare che riceve come fa Venere!

Eppure, se hai visto due immagini ravvicinate dei recenti transiti di Mercurio (il mese scorso) e Venere (nel 2012), noteresti che il Sole sembra “curvare” attorno a Venere, mentre non c’è un 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 spessa.

Vedete, Mercurio e Venere non assorbono solo la luce dal Sole; ogni pianeta poi ri-irradia quell’energia come calore nello spazio. Per il mercurio airless, tutto quel calore torna immediatamente nello spazio. Ma su Venere, la storia è diversa. Ogni quantum di radiazione infrarossa-il calore ri-irradiato – deve attraversare quella spessa, densa atmosfera, che è difficile.

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 in strati terribilmente spessi di nuvole altamente riflettenti. Questa foschia di acido solforico, che si estende per oltre 20 km di spessore, circonda il pianeta a velocità da 210 a 370 km/h, intrappolando la stragrande maggioranza del calore irradiato e trasferendolo in tutto il pianeta. Le lunghe notti non forniscono scampo dal calore, poiché gli effetti di intrappolamento e termalizzazione degli strati nuvolosi mantengono la superficie di Venere ad una temperatura inospitalmente elevata, tanto che se sommassi il tempo operativo di ogni lander che abbia mai toccato la superficie di Venere, non sarebbe nemmeno la somma di mezzo giorno terrestre.

Ma nelle giuste quantità, l’intrappolamento del calore atmosferico può essere la cosa migliore 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 in cui la vita come la conosciamo ha prosperato per così tanto tempo. Tuttavia, all’inizio della storia del Sistema Solare, con un Sole più fresco e un’atmosfera molto più sottile, Venere era probabilmente simile in temperatura a quella della Terra di 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 fratello per miliardi di anni.

Mentre la Terra non è a rischio dello stesso destino, Venere rappresenta sia il mondo più caldo del nostro sistema solare che un ammonimento di un effetto serra fuori controllo. Quando 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 queste lezioni e decidere cosa fare dopo.