Gli effimeri anelli di Saturno

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di Oliver Melis

Il flyby di Cassini del 2017 ha consentito di calcolare in modo accurato peso ed età degli anelli di Saturno
Uno degli ultimi atti dell’astronave Cassini della NASA prima che precipitasse nell’atmosfera di elio e idrogeno di Saturno era quello di costeggiare il pianeta e i suoi anelli e lasciarsi attirare verso di esso, agendo essenzialmente come una sonda gravitazionale.
Misurazioni precise della traiettoria finale di Cassini hanno ora permesso agli scienziati di fare la prima stima accurata della quantità di materiale negli anelli di Saturno, pesandoli in base alla forza della loro attrazione gravitazionale.

Quella stima – circa il 40% della massa della luna di Saturno Mimas, che a sua volta è 2.000 volte più piccola della nostra luna – fa capire che gli anelli sono relativamente recenti, avendo avuto origine tra i 100 milioni di anni e i 10 milioni di anni fa.

La giovane età dei maestosi anelli di Saturno risolve una lunga discussione tra gli scienziati planetari. Alcuni pensavano che gli anelli si fossero formati durante le prime fasi di aggregazione del pianeta avvenuta circa 4,5 miliardi di anni fa, da detriti ghiacciati rimasti in orbita dopo la formazione del sistema solare. Altri pensavano che gli anelli fossero molto giovani e che Saturno avesse, a un certo punto, catturato un oggetto dalla cintura di Kuiper o una cometa che, gradualmente ridotta in frammenti, avesse originato gli anelli ora in orbita.

La nuova stima della massa si basa su una misurazione di quanto la traiettoria di volo di Cassini sia stata deviata dalla gravità degli anelli quando la navicella spaziale volò tra il pianeta e gli anelli nella sua serie finale di orbite nel settembre 2017.

Inizialmente, tuttavia, la deflessione non corrispondeva alle previsioni basate sui modelli del pianeta e degli anelli. Solo quando la squadra ha osservato venti molto profondi nell’atmosfera di Saturno – qualcosa di impossibile da osservare dallo spazio – le misure hanno avuto senso, consentendo loro di calcolare la massa degli anelli.

La prima volta che ho guardato i dati non ci credevo, perché mi fidavo dei nostri modelli e ci è voluto un po’ per capire che c’era un effetto che ha cambiato il campo gravitazionale che non avevamo considerato“, ha detto Burkhard Militzer, un professore di scienze planetarie e terrestri all’Università della California, Berkeley. “Si sono rivelati enormi flussi nell’atmosfera di Saturno a almeno 9.000 chilometri di profondità intorno alla regione equatoriale: abbiamo pensato che queste nuvole fossero come le nuvole sulla Terra, che sono limitate a uno strato sottile e non contengono quasi alcuna massa. Invece sono davvero enormi.”

È stato anche calcolato che le nubi di superficie all’equatore di Saturno ruotano del 4% più velocemente dello strato che si trova a 9.000 chilometri di profondità. Quel livello più profondo impiega 9 minuti in più per ruotare rispetto a quello delle nuvole in cima all’equatore, che girano intorno al pianeta una volta ogni 10 ore, 33 minuti.

La scoperta di strati profondi rotanti è una rivelazione sorprendente sulla struttura interna del pianeta“, ha detto la scienziata del progetto Cassini Linda Spilker del Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, in California. “La domanda è: cosa fa sì che la parte dell’atmosfera a rotazione più rapida sia così profonda e che cosa ci dice dell’interno di Saturno“.

Militzer è stato anche in grado di calcolare che il nucleo roccioso del pianeta è compreso tra 15 e 18 volte la massa della Terra, un dato molto simile alle stime precedenti.

Il team, guidato da Luciano Iess presso l’Università La Sapienza di Roma, ha riportato i risultati dello studio sulla rivista Science.

Gli anelli sono nati da una gelida cometa?

Stime precedenti della massa degli anelli di Saturno – tra la metà e un terzo della massa di Mimas – provenivano dallo studio delle onde di densità attorno agli anelli rocciosi e ghiacciati, onde causate dai 62 satelliti del pianeta, tra cui Mimas, che crea la cosiddetta divisione di Cassini tra i due anelli più grandi, A e B. Mimas è liscia e rotonda, 246 chilometri di diametro, con un cratere da grande impatto che la rende simile alla Death Star dei film di Star Wars.

Non ci si fidava delle misurazioni dell’onda perché potrebbero esserci particelle negli anelli che sono massicce ma non partecipano alle onde“, ha detto Militzer. “Abbiamo sempre sospettato che ci fosse una massa nascosta che non potevamo vedere tra le onde.”

Fortunatamente, mentre Cassini si avvicinava alla fine della sua vita, la NASA lo programmò per eseguire 22 passaggi tra il pianeta e gli anelli per misurare il campo gravitazionale di Saturno. I radiotelescopi terrestri misuravano la velocità della nave spaziale entro una frazione di millimetro al secondo.
Il nuovo valore di massa dell’anello rientra nell’intervallo delle stime precedenti e consente ai ricercatori di determinare la loro età.

Questi calcoli, guidati da Philip Nicholson della Cornell University e Iess, si basavano su una connessione che gli scienziati avevano precedentemente fatto tra la massa degli anelli e la loro età. Punti di massa più bassi a un’età più giovane, perché gli anelli sono inizialmente fatti di ghiaccio e sono luminosi ma col tempo vengono contaminati e oscurati dai detriti interplanetari.

Queste misurazioni erano possibili solo perché Cassini orbitava così vicino alla superficie nelle sue ultime ore di vita“, ha detto Militzer.

Cassini ha terminato la sua esistenza in modo spettacolare regalandoci ulteriori nuove conoscenze di cui torneremo a parlare.

Fonte: Sciencedaily.com; Ansa.it