L'astronomo risponde Sistema Solare Sole

Il Sole e l’atmosfera di Venere

Come mai il Sole non ha asportato l’atmosfera di Venere in assenza di un campo magnetico come avvenuto a Marte?

Giuseppe
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Interpretazione artistica del vento solare che interagisce con l’atmosfera di Venere. Il ruolo del campo magnetico nella dispersione atmosferica è ancora in gran parte sconosciuto. © ESA / C. Carreau

I pianeti trattengono la loro atmosfera con lo stesso principio con cui trattengono il resto della loro materia solida, ovvero attraverso la forza di gravità. Più il pianeta è massivo, maggiore sarà la sua capacità di conservare la sua atmosfera. Questo, per esempio, è il motivo per cui i pianeti giganti (Giove, Saturno, Urano e Nettuno) sono riusciti a trattenere persino la loro atmosfera primordiale, cosiddetta primaria, ovvero quella della nebulosa di formazione del Sistema Solare. I pianeti giganti hanno resistito alla tremenda pressione di radiazione del Sole, verificatasi alla prima accensione termonucleare pochi “istanti” dopo la sua formazione.
I pianeti terrestri (Mercurio, Venere, Terra e Marte), molto meno massivi dei giganti, hanno perso completamente (o quasi) la loro atmosfera primordiale (primaria) dopo l’accensione termonucleare del nostro Sole. Successivamente, attraverso numerosi processi endogeni (vulcani, evaporazione, sublimazione, ecc…) ed esogeni (comete, asteroidi, ecc…), i pianeti terrestri hanno accumulato lungo la loro evoluzione una “nuova” atmosfera, cosiddetta secondaria che è resistita fino ai giorni nostri.
Nel frattempo la loro atmosfera ha continuato anche a disperdersi nella spazio dagli strati superiori, a causa di vari processi (tra cui il vento solare, ma non solo), in un equilibrio continuo tra il gas accumulato e quello disperso. In questo equilibrio gioca un ruolo chiave la gravità (e quindi la massa del pianeta) in un modo diretto nella dispersione (capacità di trattenere le molecole negli strati superiori dell’atmosfera, essendo più pesanti) e indiretto nella produzione di molecole (vulcanismo, tettonica, attrazione gravitazionale di asteroidi, ecc…). Il pianeta Venere ha una massa (simile alla Terra), che è circa 10 volte quella di Marte. La sua capacità di trattenere la sua atmosfera è quindi proporzionalmente molto maggiore di quella di Marte e di conseguenza la sua atmosfera è ad oggi molto più densa.
L’assenza di campo magnetico da sola non è sufficiente per predire che un pianeta possa perdere gran parte della sua atmosfera per l’azione del vento solare. Anche perché l’azione del vento solare, che meglio interagisce con il campo magnetico, non è l’unico meccanismo di dispersione dell’atmosfera, in quanto esistono altri fenomeni fisici ugualmente importanti. Se le molecole negli strati alti dell’atmosfera superano la cosiddetta velocità di fuga, ovvero la velocità minima che permetta loro di staccarsi dalla gravità del pianeta, riescono a disperdersi nello spazio, un po’ come fa un razzo in partenza dalla Terra con destinazione Giove. Ad esempio, la sola agitazione termica delle molecole, se la temperatura è sufficientemente elevata, può dare la spinta necessaria ad alcune molecole per abbandonare il pianeta. Oppure anche l’impatto di un asteroide (anche piccolo) può “lanciare” le molecole gassose verso lo spazio. Minore è la velocità di fuga, maggiore sarà la probabilità che le molecole vengano disperse. La velocità di fuga dipende proprio dalla massa del pianeta ma anche dal suo raggio, nel senso inverso della massa. Maggiore è il raggio del pianeta, a parità di massa, minore è la velocità di fuga. Sebbene non rilevante per rispondere a questa specifica domanda, è interessante notare che pianeti poco densi, a parità di massa, sono svantaggiati nel trattenere la loro atmosfera (raggio maggiore per la stessa massa e quindi velocità di fuga minore, ovvero più probabile la dispersione atmosferica). Ad oggi si stima che Venere, similmente alla Terra, perda circa 3 kg/s di molecole, mentre per Marte il valore è circa la metà.

Scritto da

eduinaf_avatar_autori Giuseppe Piccioni

INAF - IAPS, Roma

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