Saturno tra anelli non più giovani
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Nuove analisi dei dati ottenuti dalla sonda Cassini evidenziano come gli anelli di Saturno potrebbero non essere poi così giovani: la massa ottenuta sarebbe quella alla quale si tende per evoluzione


Fonte Science (2019) - “Measurement and implications of Saturn’s gravity field and ring mass“ - L. Iess, P. Tortora et al.


Gli anelli di Saturno, tra età e rotazione. Crediti NASA/Cassini
Gli anelli di Saturno, tra età e rotazione. Crediti NASA/Cassini

I dati della missione Cassini daranno lavoro agli scienziati ancora per decenni e una delle sorprese maggiori, anche se lievemente annunciata già da tempo, riguarda l'età degli anelli che circondano il pianeta Saturno.

Uno studio guidato dal Prof. Luciano Iess de La Sapienza è arrivato a stimare precisamente la massa degli anelli attraverso i dati degli ultimi giri della sonda prima del Grand Finale, dati che hanno consentito anche di definire meglio la struttura interna del pianeta, calcolando una estensione dei venti fino a una profondità di novemila chilometri.

Il risultato cui si è giunti vede gli anelli di Saturno avere una età compresa tra 10 e 100 milioni di anni, un battito di ciglia cosmologico. La massa degli anelli è stata calcolata tramite strumenti di radioscienza tanto precisi da riuscire a distinguere la gravità esercitata dagli anelli da quella esercitata dal pianeta. Gli anelli risultano composti al 99% da ghiaccio puro, con il restante 1% dato da impurità di silicio il cui flusso in ingresso è stato determinato in precedenza. Una volta noto il tasso al quale queste particelle arrivano, e finalmente misurata la loro quantità (1% della massa ottenuta) è stato possibile risalire nel tempo all'inizio del tutto, un inizio compreso appunto tra 10 e 100 milioni di anni fa, il tempo necessario a far accumulare la quantità di impurità misurata oggi. Si sta dando per scontato, tuttavia, come il tasso in ingresso del materiale sia stato sempre costante nel tempo, il che rappresenta una assunzione tutta da verificare.

Secondo Luciano Iess si tratta di uno scenario credibile, causato forse dalla collisione di una cometa con una delle lune di Saturno

Aggiornamento Settembre 2019

L'"assunzione da verificare" della quale si parlava esce allo scoperto: dopo la stima dell'età degli anelli di Saturno di un anno fa, basata sulla quantità di polvere rinvenuta negli anelli rispetto a quella in ingresso, durante EPSC 2019 un nuovo lavoro sostiene come i processi che espellono polvere e materiale organico dagli anelli stessi possano portare a una sottostima del valore ottenuto. In poche parole, gli anelli potrebbero essere più vecchi di quanto sostenuto.

Non è ovviamente possibile una misurazione diretta e proprio per questo si ricorre a deduzioni a partire da altri parametri, come massa e composizione chimica. Si è assunto, nella determinazione precedente, come il flusso di polvere in caduta fosse costante, così come la massa "non polverosa" degli anelli e così come la capacità di mantenere la polvere acquisita da parte degli stessi. Su tutto questo vi è ancora incertezza e alcuni dati di Cassini lasciano propendere per una età decisamente più avanzata. 

Secondo il nuovo studio, la massa misurata durante il Grand Finale di Cassini è straordinariamente in accordo con i modelli di evoluzione dinamica di anelli massivi risalenti al Sistema Solare primordiale. Gli anelli si compongono di particelle e blocchi che vanno da micrometri e diversi metri e le interazioni viscose tra i blocchi provocano la diffusione degli anelli e il trasporto di materiale come su un nastro. Ciò porta alla perdita di massa dal bordo più interno, laddove le particelle cadono nel pianeta, e dal bordo esterno, dove il materiale attraversa il confine esterno in una regione nella quale iniziano a formarsi i satelliti. 

Anelli più massivi si diffondono più rapidamente e perdono massa più velocemente. Secondo i modelli, qualsiasi sia la massa iniziale degli anelli, la tendenza è quella di convergere su anelli con massa pari a quella misurata da Cassini dopo 4 miliardi di anni, adattandosi ai tempi della formazione del Sistema Solare. La massa misurata durante il Grand Finale sarebbe quindi il prodotto naturale di anni di evoluzione, e non una massa specifica del Sistema Saturno. Nulla esclude che gli anelli si siano effettivamente formati recentemente e proprio con questa massa, ma sarebbe una coincidenza strabiliante.

A fronte di 600 chilogrammi di granuli di silicato che cadono sugli anelli di Saturno ogni secondo, altri studi mostrano come la presenza di molecole organiche nell'atmosfera superiore del pianeta possano derivare dagli anelli stessi. Gli anelli, quindi, si starebbero ripulendo dagli inquinanti piovuti dall'esterno in un processo di pulizia che rischia di far apparire gli anelli più giovani di quanto in realtà non siano (Aurélien Crida et al. Are Saturn's rings actually young?, Nature Astronomy - 2019). 

Non solo anelli

Le misure di gravità hanno portato anche ad affinare ulteriori informazioni: Saturno ha un raggio di circa 60 mila chilometri e una composizione data essenzialmente da idrogeno ed elio, presentando una rotazione esterna più rapida rispetto a quella interna. Scendendo verso l'interno Saturno inizia a ruotare solidalmente, come un corpo solido quindi, ma non è mai stata nota questa profondità che funziona da discriminante.

L'intero di Saturno come risultante dai modelli. Crediti University of California.
L'intero di Saturno come risultante dai modelli. Crediti University of California.

I modelli ottenuti indicano la probabile presenza di un nucleo solido di elementi pesanti pari a 15-18 masse terrestri, pari quindi al 15% della massa del pianeta intero. 

I dati hanno portato a calcolare, finalmente, anche la durata del giorno su Saturno fissandola in 10 ore, 33 minuti e 38 secondi. Per giungere alla misura sono state studiate le onde create negli anelli del pianeta, dovute alle vibrazioni interne di Saturno stesso. Gli anelli, infatti, agiscono come un sismografo estremamente preciso in risposta alle vibrazioni interne del pianeta. La convezione interna è probabilmente la causa principale delle vibrazioni e le oscillazioni interne creano fluttuazioni di densità interne che si ripercuotono nei campi gravitazionali al di fuori del pianeta. Le particelle degli anelli sentono queste oscillazioni e iniziano a creare onde. Non è un lavoro semplice poiché gran parte delle onde derivano dalla presenza di campi gravitazionali legati alle lune di Saturno, ma alcune sono invece legate al movimento interno del pianeta: è stato necessario un modello molto preciso della struttura interna del pianeta per risalire a un match preciso con le osservazioni. 

La velocità di rotazione ottenuta è leggermente più alta rispetto alle precedenti stime ottenute da Voyager e Cassini stessa.

(Christopher Mankovich et al, "Cassini Ring Seismology as a Probe of Saturn's Interior. I. Rigid Rotation", The Astrophysical Journal - 2019)