Spatially resolved observations of Mercury’s potassium and sodium exospheres with the Haleakala T60 Telescope

Mercurio, il pianeta più piccolo e interno del nostro sistema solare, è un mondo di estremi. È una roccia bruciata e priva di aria che orbita più vicino al Sole rispetto a qualsiasi altro pianeta. Eppure, nonostante la sua mancanza di una vera atmosfera, Mercurio è circondato da uno strato tenue e spettrale di gas noto come esosfera. Questa non è una coltre d'aria che si possa respirare o sentire; è una collezione sparsa di singoli atomi che sono stati scagliati via dalla superficie del pianeta dal bombardamento incessante del vento solare, dei micrometeoroidi e della luce solare. Questi atomi viaggiano in archi elevati sopra la superficie prima di sfuggire nello spazio, ionizzarsi o ricadere al suolo. Tra gli atomi più abbondanti e visibili di questa collezione figurano il sodio e il potassio. Entrambi sono metalli alcalini, chimicamente simili al sale che usiamo nelle nostre cucine, e entrambi brillano di una luce distinta e fioca quando interagiscono con la luce solare. Per decenni, gli astronomi hanno osservato queste scie luminose per comprendere come la superficie di Mercurio interagisca con lo spazio, ma un quadro completo di come questi due elementi si comportino insieme è rimasto elusivo.

Nel 2025, un team di ricercatori guidato da Masato Kagitani della Tohoku University in Giappone ha esaminato questo problema con una nuova prospettiva utilizzando un telescopio specializzato sui pendii di Haleakalā, nelle Hawaii. Hanno rivolto la loro attenzione all'esosfera del pianeta, con l'obiettivo di mappare esattamente dove si trovassero gli atomi di sodio e potassio e come le loro distribuzioni cambiassero mentre Mercurio si muoveva lungo la sua orbita. Il team ha utilizzato un telescopio da 60 centimetri dotato di tecnologia avanzata in grado di correggere in tempo reale gli effetti di sfuocatura dell'atmosfera terrestre. Ciò ha permesso loro di vedere il pianeta con una nitidezza senza precedenti. Non si sono limitati a scattare una singola fotografia; invece, hanno suddiviso l'immagine del pianeta in centinaia di minuscole fette, catturando i colori specifici della luce emessa dal sodio e dal potassio in ogni fetta. Questa tecnica ha creato una mappa dettagliata in due dimensioni del gas che circonda il pianeta, rivelando dove gli atomi erano concentrati e dove erano rari.

I risultati di queste osservazioni hanno rivelato una differenza sorprendente tra i due elementi. Sebbene il sodio e il potassio siano chimicamente simili e spesso si pensi che viaggino insieme, non sempre si trovano negli stessi posti. Gli atomi di sodio tendevano a diffondersi su un'area ampia, raggiungendo l'alto verso i poli nord e sud del pianeta. Al contrario, gli atomi di potassio rimanevano per lo più vicini all'equatore, raggruppandosi vicino al lato del pianeta rivolto verso il Sole. Questa separazione è stata costante in diverse date di osservazione, nonostante i ricercatori abbiano dovuto osservare i due elementi in giorni leggermente diversi a causa delle limitazioni del loro equipaggiamento. Il fatto che rimangano in zone diverse suggerisce che i processi fisici che governano il loro movimento non siano identici. Gli atomi di potassio, più pesanti, probabilmente seguono percorsi più brevi e stretti dopo essere stati scagliati via dalla superficie, mentre gli atomi di sodio, più leggeri, viaggiano più lontano e più in alto, diffondendosi su una regione più vasta.

Lo studio ha anche esaminato come la quantità di gas cambiasse a seconda dell'ora del giorno su Mercurio e della posizione del pianeta nella sua orbita. Quando i ricercatori hanno confrontato il lato del pianeta rivolto alla sera (il lato del crepuscolo) con il lato rivolto al mattino (il lato dell'alba), hanno trovato una chiara differenza per il sodio. Il lato della sera conteneva circa il venti per cento in più di sodio rispetto al lato del mattino. Questo supporta l'idea che gli atomi di sodio possano essere temporaneamente immagazzinati nel freddo suolo superficiale durante la notte e poi rilasciati nuovamente quando il Sole sorge. Il potassio, tuttavia, non ha mostrato alcuna tale differenza tra il lato del mattino e quello della sera. La quantità di potassio rimaneva approssimativamente la stessa indipendentemente dall'ora del giorno, suggerendo che non venga intrappolato e rilasciato nello stesso modo. Inoltre, la quantità totale di sodio e potassio variava significamente mentre Mercurio si muoveva nel suo anno. In un momento della sua orbita, i ricercatori potevano rilevare abbondante potassio, ma pochi mesi dopo, quando il pianeta si trovava in una posizione diversa, il potassio era diventato così tenue da essere appena rilevabile, mentre il sodio rimaneva visibile.

Queste scoperte forniscono un nuovo tassello cruciale per comprendere l'ambiente di Mercurio. Il fatto che sodio e potassio si comportino in modo così diverso, nonostante le loro somiglianze chimiche, indica che i meccanismi che controllano il loro rilascio, il loro movimento e la loro perdita sono complessi e specifici per ogni elemento. I ricercatori hanno osservato che le loro misurazioni da terra servono come importante punto di riferimento per studi futuri, in particolare quelli condotti dalla sonda BepiColombo, una missione congiunta delle agenzie spaziali europea e giapponese che attualmente orbita attorno al pianeta. Confrontando le loro mappe dettagliate con i dati della sonda, gli scienziati sperano di costruire un modello completo di come la superficie di Mercurio inspiri ed espiri la sua atmosfera. Lo studio conferma che l'esosfera non è una nube uniforme, ma un paesaggio dinamico e mutevole dove elementi diversi seguono regole differenti, guidati dalle condizioni intense e variabili del sistema solare interno.