Mappe termiche di Deimos e Phobos dalla Mars Odyssey

Lo strumento THEMIS (Thermal Emission Imaging System), a bordo della sonda Mars Odyssey, ha permesso di costruire delle mappe di emissione termica delle due lune marziane Deimos e Phobos.  La sonda osserva il Pianeta Rosso dal 2002, ma delle recenti manovre hanno permesso di osservare direttamente i suoi due satelliti naturali.

Deimos e Phobos sono state osservate da THEMIS il 15 febbraio e unendo le sue informazioni dell’infrarosso termico e quelle nel visibile, è stato possibile costruire queste due mappe dell’emissione termica.

Ma a cosa serve costruire queste mappe? Lo studio dell’evoluzione della temperatura nel corso della giornata del corpo in esame è un metodo molto utile per capire importanti caratteristiche di quel corpo. Una proprietà chiave è l’inerzia termica, un parametro che misura la rapidità con cui il corpo reagisce alla variazione di illuminazione solare.

Sappiamo bene quanto d’estate l’asfalto sia caldo anche di notte: è perché ha un’elevata inerzia termica, per cui tende a mantenere il più a lungo possibile il calore accumulato durante il giorno.
Lo stesso sicuramente non si può dire per un pezzo di acciaio: incandescente se si trova sotto la luce diretta, diventa freddo poco dopo averlo messo in ombra, perché ha una bassa inerzia termica.

È chiaro quindi che l’inerzia termica sia una proprietà del materiale di cui è composto il corpo irraggiato e quindi un accurato studio dell’inerzia termica di una superficie planetaria ci può dare importanti informazioni riguardo la sua composizione.

Ma che cos’è la radiazione termica? Le superfici planetarie vengono investite dalla radiazione solare. Questa viene assorbita dalle rocce superficiali, e poi riemessa nell’infrarosso. Questa emissione è ben descritta dalle leggi del corpo nero (ossia un corpo che assorbe tutta la luce incidente), ed in particolare dalla legge di Planck:

{\displaystyle B_{\nu }(\nu ,T)={\frac {2h\nu ^{3}}{c^{2}}}{\frac {1}{e^{\frac {h\nu }{k_{\mathrm {B} }T}}-1}}}

Senza spaventarci, soffermiamoci un momento su questa equazione. h, c e kB sono costanti (la costante di Planck, la velocità della luce nel vuoto e la costante di Boltzmann, rispettivamente), ν è la frequenza della radiazione (quindi quella che determina se la radiazione è infrarossa, visibile, ultravioletta, etc.) e T è la temperatura. Ne segue che B, la radianza, ossia la radiazione totale emessa dal corpo, dipenda solo dalla frequenza della radiazione e dalla temperatura del corpo. Che significa questo? Che ad una data frequenza, la radianza B che misuriamo con gli strumenti è in grado di dirci la temperatura del corpo in questione, semplicemente rigirando questa equazione!

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Phobos era stata osservata per la prima volta con questo strumento il 29 settembre scorso, ottenendo questa mappa. Il rosso indica le maggiori temperature, le blu le minori. Credits: NASA JPL

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