Novità da Saturno e Titano, tra machine learning e vortici polari
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I dati della sonda Cassini continuano a far lavorare tantissimi scienziati e anche calcolatori. Le novità vengono dall'atmosfera di Saturno ma soprattutto dai vortici e dalle stagioni di Titano


Fonte N.A. Teanby et al. - "Seasonal Evolution of Titan's Stratosphere During the Cassini Mission" - Geophysical Research Letters - 2019


Le strutture a S confermate dall'analisi computerizzata di Saturno
Le strutture a S confermate dall'analisi computerizzata di Saturno

Le immagini di Saturno sono state processate attraverso il nuovo algoritmo di intelligenza artificiale PlanetNet, un sistema di deep learning che ha consentito di identificare e caratterizzare le tempeste del pianeta con gli anelli. I mattoni dai quali imparare sono stati forniti dagli spettri di VIMS (Visible and Infrared Mapping Spectrometer) di Cassini, impostati come nozioni di base dalle quali partire per autoapprendere, diminuendo notevolmente i tempi di attesa legati alle analisi dei tantissimi dati scaricati da ogni missione. 

Ogni area della superficie di Saturno vien analizzata dal punto di vista spettrale e spaziale fino a produrre una mappa rappresentante le principali caratteristiche delle tempeste osservate. Un metodo che ha consentito di isolare le tempeste e le nubi scure di materiale proveniente dagli strati inferiori, sollevati dai venti verticali. Relativamente all'ammoniaca che era stata osservata precedentemente in strutture nebulose a forma di "S", l'algoritmo ha fornito una conferma mostrando come possa trattarsi di qualcosa di molto comune (Nature Astronomy - "Mapping Saturn using deep learning", di I. P. Waldmann e C. A. Griffith).

Novità anche da Titano

Pioggia, mari e materiale organico erosivo caratterizzano, nel Sistema Solare , Terra e Titano, la luna più grande di Saturno, benché la pioggia di Titano riguardi metano al posto dell'acqua. Nel tentativo di compredere l'origine del metano, un team di astronomi ha scoperto qualcosa di inatteso e cioè una lunga struttura di ghiaccio esposto che abbraccia la metà del satellite. 

Le molecole di metano sono continuamente spezzate dalla luce solare e la foschia che ne risulta cade sulla superficie e si accumula come sedimenti organici impoverendone l'atmosfera . Non esistono sorgenti di metano riconosciute, a parte l'evaporazione dai laghi polari, ma i laghi contengono soltanto un terzo del metano atmosferico e verranno prosciugati presto su scale geologiche. 
Una teoria vede il metano provenire da riserve sub-superficiali, principalmente dalla regione di Sotra, un probabile criovulcano con flussi di ghiaccio. Analizzando la superficie, il team di scienziati ha però scoperto un corridoio di ghiaccio che abbraccia circa il 40% della circonferenza della luna di Saturno, un corridoio scorrelato da qualsiasi altra struttura e probabilmente resto di un passato vulcanico che oggi non esiste più. I dati, presi da VIMS a bordo di Cassini e confrontati anche con quelli di Huygens, lander sganciato dalla sonda stessa, parlano anche di una spiccata diversità di materiali organici (Griffith et al. - "A corridor of exposed ice-rich bedrocks across Titan's tropical region" - Nature Astronomy).

Un vortice polare e il suo movimento ripreso dalla sonda Cassini. Crediti NASA/Cassini
Un vortice polare e il suo movimento ripreso dalla sonda Cassini.
Crediti NASA/Cassini

Titano è anche in possesso di un vortice sud-polare alimentato dalla particolare chimica della luna. La sua stratosfera si caratterizza, come sulla Terra, di uno strato più basso e freddo e di uno più alto e caldo e proprio qui è presente il vortice polare, una cappa di aria fredda presente sui poli durante l'inverno. Sulla Terra i vortici si dissolvono in primavera ma i dati mostrano come il vortice di Titano sia rimasto almeno tre quarti dell'anno, pari a circa 22 anni terrestri. La presenza è spiegata dall'arricchimento di gas nella stratosfera, alla base anche del freddo intenso osservato a inizio inverno. La combinazione del raffreddamento causato dai gas e del riscaldamento provocato dallo sprofondamento dell'aria ha spezzato l'inverno di Titano in due fasi.

La Terra si raffredda in inverno a causa della diversa incidenza dei raggi solari sui Poli ma non c'è ulteriore effetto aggiunto dai gas come su Titano. Su Titano, quindi, gli effetti diventano ancora più estremi. Titano ruota intorno al proprio asse con una inclinazione simile a quella terrestre il che dona stagionalità alla luna con cicli di 29 anni. Quando Cassini è arrivata su Saturno, nel 2004, il polo nord di Titano era avvolto da un vortice polare fino a 45 gradi di latitudine nord. i vortici polari sono grandi cappe di aria fredda e bassa pressione che si presentano in inverno e che ruotano nella stessa direzione della rotazione del corpo celeste. Forti jetstream verso occidente circondano il polo e contengono il freddo, creando una netta separazione dall'aria calda equatoriale. Le barriere del jetstream mantengono la temperatura fredda nonché la chimica. Sulla Terra il confine di questa zona si trova a 60° di latitudine circa.

Stagionalità su Titano
Stagionalità su Titano

Il vortice nord di Titano è durato molto più del previsto, spezzandosi in estate mentre al polo sud veniva a crearsi un nuovo vortice appena dopo l'equinozio, un vortice imprevedibilmente più freddo rispetto alla controparte nord.
La chimica atmosferica potrebbe accentuare i vortici polari: l'atmosfera di Titano si compone esenzialmente di azoto e la pressione è circa 1.5 volte quella presente a livello del mare terrestre. La parte rimanente, però, è composta di metano, il che fa piovere idrocarburi. Nell'alta atmosfera questo metano reagisce con la luce solare e con il campo magnetico di Saturno creando etilene, etano e grandi molecole organiche alcune delle quali formano la caratteristica nebbia. Cassini ha osservato un arricchimento di questi elementi durante l'inverno, sui poli, con un processo più pronunciato all'inizio dell'inverno quando i poli sono anche più freddi. 
La differente temperatura tra poli e equatore porta alla formazione di vortici polari. Quando i gas si uniscono negli strati medi dell'atmosfera, condensano nubi liquide o solide e i gas condensati sprofondano accelerando il moto di più gas verso il basso. Questi gas rendono gli strati freddi ancora più freddi fino a emettere in infrarosso. L'emissione fa perdere energia rendendo il tutto ancora più freddo. Tutto questo avviene a inizio inverno, un inizio di stagione dalle temperature davvero rigide. Andando avanti con la stagione, la circolazione dell'aria produce un effetto opposto con un riscaldamento della stratosfera dovuto alla compressione dell'aria che scende. Un inverno scisso quindi in due fasi.