Pan, così piccola eppure così potente

Conoscete la luna Pan? È un piccolo satellite naturale di Saturno, anzi il più interno nel sistema di lune del sesto pianeta del Sistema solare. La minuscola (in termini astronomici) luna – scoperta nel 1990 – orbita in apparenza da sola attorno al pianeta gigante all’interno della divisione di Encke, nell’anello A, ma ha un ruolo fondamentale perché la sua particolare orbita in prossimità dell’anello planetario contribuisce a mantenerlo stabile anche se ne modifica la forma e l’estensione. Pan misura solo 28 chilometri di diametro ma contribuisce non poco all’immagine iconica del Signore degli Anelli. Con la sua gravità crea delle vere e proprie onde tra gli anelli A e B che sono facilmente riconoscibili nei colori più chiari o più scuri nella foto. Questa immagine è stata scattata lo scorso 2 luglio dalla sonda di NASA/ESA/ASI Cassini, che orbita attorno al pianeta Saturno e le sue lune dal 2004. La NAC (narrow-angle camera) della navicella ha preso la foto da una distanza di 1,4 milioni di chilometri. Cassini ci regalerà dati e immagini mozzafiato come questa ancora per un anno, perché il 15 settembre 2017 la sonda si getterà – letteralmente – tra gli anelli di Saturno per gli studi finali per poi “immolarsi” nell’atmosfera del pianeta che la distruggerà.
di Eleonora Ferroni (INAF)

Tuffo virtuale nei geyser di Encelado

Le prime osservazioni dei geyser presenti su Encelado, una delle lune ghiacciate di Saturno, risalgono al 2005 e sono state effettuate grazie alla sonda Cassini. I processi che generano e sostengono queste eruzioni, però, sono rimaste a lungo un mistero. Di recente, due scienziati dell’Università di Chicago e dell’Università di Princeton potrebbero essere riusciti a individuare il meccanismo attraverso il quale le eruzioni su Encelado vengono prodotte. Sembra che le colpevoli siano le sollecitazioni mareali esercitate da Saturno. «Sulla Terra le eruzioni tendono ad avere una durata limitata», dice Edwin Kite, professore di scienze geofisiche presso l’Università di Chicago. «Quando osserviamo delle eruzioni che durano nel tempo, significa che sono poche e localizzate ad ampie distanze una dall’altra». Encelado, invece, ospita molto probabilmente un oceano al di sotto della sua superficie ghiacciata, ed è riuscito a formare molte fessure ravvicinate tra loro all’altezza del suo polo sud. Queste fessure sono state chiamate “tiger stripe”, letteralmente “strisce di tigre”, poiché la loro forma ricorda le macchie che si osservano sul manto di una tigre. Dalle tiger stripe vengono emessi sbuffi di vapore e particelle ghiacciate, e questa emissione prosegue indisturbata da decenni, se non addirittura da tempi più antichi. «È un mistero che queste fessure continuino a essere attive nonostante la presenza di ghiaccio», dice Kite. «Ed è altrettanto misterioso il fatto che l’energia sottratta all’acqua dall’evaporazione non ne provochi la trasformazione in ghiaccio». Occorre una fonte di energia che bilanci il raffreddamento dovuto al fatto che l’acqua evapora. «Riteniamo che una probabile fonte di energia risieda in un meccanismo di dissipazione mareale che non era stato preso in considerazione in precedenza», spiega Kite. «Questo nuovo lavoro è molto interessante, poiché mette in evidenza un processo che ci era sfuggito: l’estrazione di acqua dalle fratture profonde della crosta ghiacciata di Encelado ad opera di forze mareali», dice Carolyn Porco, capo del team di imaging della missione Cassini. Kite ha definito Encelado «il miglior esperimento di astrobiologia nel sistema solare», e in effetti questa luna è uno dei candidati più forti per la ricerca di vita extraterrestre. I dati raccolti dalla sonda Cassini hanno indicato che il criovulcanesimo su Encelado ha origine in un ambiente acquatico favorevole alla presenza di biomolecole. Il criovulcanesimo può avere avuto un ruolo chiave anche nel definire e modellare la superficie di Europa, una delle lune di Giove. «Europa ha molte somiglianze con Encelado, quindi spero che il nostro modello potrà essere utile anche per gli studi che riguardano questa luna gioviana», aggiunge Kite. Kite e il suo collega Allan Rubin dell’Università di Princeton si sono domandati come mai Encelado mantenesse un livello base di criovulcanesimo lungo tutta la propria orbita, senza che le sue fessure mostrassero segni di congelamento. Il risultato dei loro studi è un modello teorico che sembra rispondere a tutti gli interrogativi rimasti aperti, ed è stato chiamato “modello Kite-Rubin”. Il modello Kite-Rubin consiste in una serie di fessure verticali quasi parallele che, partendo dalla superficie, raggiungono lo strato di acqua sottostante. A questa trama di fessure gli scienziati hanno applicato le sollecitazioni mareali prodotte da Saturno e hanno atteso che il computer elaborasse la simulazione. «La parte quantitativamente più complessa della simulazione è calcolare le interazioni elastiche tra le diverse fessure e il livello d’acqua che varia al loro interno in risposta alla sollecitazione mareale», spiega Kite. La larghezza delle fessure influisce sulla velocità di risposta alle forze mareali: se la fessura è ampia, le eruzioni rispondono in tempi rapidi, mentre se la fessura è stretta, le eruzioni possono avvenire anche molte ore dopo il picco dell’attività mareale. Nella regione in cui le forze mareali trasformano il movimento dell’acqua in calore, generando energia sufficiente a produrre i getti osservati, c’è il punto più delicato del sistema. Secondo le simulazioni di Kite e Rubin, i dati raccolti da Cassini durante i fly-by di Encelado dell’anno scorso potranno testare questo modello, rivelando se lo strato esterno di ghiaccio nella regione polare si trovi alla temperatura prevista dalla teoria o meno. Kite e Douglas MacAyeal, professore di scienze geofisiche presso l’Università di Chicago, sono interessati a utilizzare questo modello per studiare un analogo terrestre dei geyser osservati su Encelado. Si è formata una crepa in una parte della barriera di Ross in Antartide, che sta creando la separazione di un intero blocco dal continente. «In quella crepa c’è un forte flusso mareale, perciò sarebbe interessante vedere come si comporta una lastra di ghiaccio in un ambiente analogo a quello di Encelado in termini di intensità delle sollecitazioni e temperatura del ghiaccio», conclude Kite.
di Elisa Nichelli (INAF)

Lune di Saturno: più giovani dei dinosauri?

Cosa c’è di più vetusto dei dinosauri? Beh, pianeti, lune e stelle… penserete voi. Certo, in molti casi è così, ma non quando parliamo delle lune di Saturno. Secondo uno studio appena pubblicato sulla rivista Astrophysical Journal, alcune lune ghiacciate del sesto pianeta del Sistema solare potrebbero essere più “giovani” del previsto. Alcuni dei satelliti principali potrebbero essersi formati circa 100 milioni di anni fa. Il regno dei dinosauri, secondo i dati oggi in possesso, risalirebbe al Triassico superiore, quindi circa 230 milioni di anni fa. Matija Ćuk, principal investigator presso il SETI Institute, ha detto: «Le lune cambiano spesso le loro orbite. Questo è inevitabile. Ma questo fatto ci permette di utilizzare simulazioni al computer per chiarire la storia delle lune interne di Saturno. In questo modo, scopriamo che sono nate probabilmente durante l’ultimo 2 percento della storia del pianeta». Tra gli esperti, il dibattito sull’età di Saturno, dei suoi anelli e delle sue lune è ancora nel vivo. Per anni, molti ricercatori hanno ipotizzato che lune avessero la stessa “età” del pianeta, cioè 4 miliardi di anni. La svolta è arrivata nel 2012, quando un gruppo di astronomi francesi ha messo in gioco l’effetto mareale, cioè l’interazione gravitazionale inevitabile tra le lune e il pianeta il che determina il comportamento dei fluidi nell’interno di Saturno. Tutto questo porta le lune ad allargare le loro orbite sempre di più e molto velocemente. E proprio questo dettaglio sarebbe il segreto dietro la relativa “giovane” età di alcuni grandi lune. Matija Ćuk, Luke Dones e David Nesvorný hanno usato dei modelli computerizzati per analizzare la parte interna del sistema di lune ghiacciate, alcune delle quali sono costrette a dividere l’orbita con le altre. Tutte le loro orbite crescono a causa di effetti di marea, ma a velocità diverse, quindi coppie di lune entrano occasionalmente nella fase di risonanza orbitale (cioè quando un periodo orbitale della luna è una frazione semplice, ad esempio metà o due terzi, del periodo di un’altra luna. Confrontando le attuali inclinazioni orbitali e con quelle previsto dal computer, i ricercatori hanno potuto osservare la crescita di queste orbite, anche se la stessa cosa non si può dire per alcuni satelliti principali – Teti, Dione e Rea – le cui orbite sono cambiate meno drammaticamente, quindi non attraversando fasi di risonanza orbitale. Per gli esperti questo significa che devono essersi formate non lontano da dove si trovano ora. Per calcolare la data “precisa” della loro formazione, i ricercatori sono ricorsi ai dati della sonda Cassini della NASA, soprattutto quelli che riguardano la luna Encelado e i suoi geyser, che risentono direttamente dell’effetto mareale con Saturno. Proprio questa interazione indicherebbe che le lune (a parte le più distanti Titano e Giapeto) hanno 100 milioni di anni. I tre ricercatori ipotizzano che miliardi di anni fa Saturno avesse già un set di lune bello e completo, ma che collisioni dovute alla risonanza orbitale abbiano portato alla distruzione di alcune e alla formazione più recente di altre. Se tutti i calcoli dovessero tornare, allora anche gli anelli di Saturno potrebbero essere più giovani dei nostri cari dinosauri.
di Eleonora Ferroni (INAF)

L’ultimo saluto a Encelado

E così termina anche questa avventura. Sabato 19 dicembre alle 18:30 (ora italiana) la sonda NASA/ESA/ASI Cassini ha effettuato l’ultimo volo ravvicinato attorno alla luna ghiacciata di Saturno Encelado. Lo scorso ottobre Cassini ha volato altre due volte attorno al sesto satellite naturale di Saturno (in ordine di grandezza) per studiarne i potenti getti di ghiaccio: l’incontro del 30 ottobre ha portato la sonda a 48 chilometri di distanza. Entro la fine di quest’anno, Cassini partirà dal piano equatoriale di Saturno (da dove le lune sono più visibili) per iniziare un anno di preparazione tecnica al gran finale: gettarsi – letteralmente – tra gli anelli del sesto pianeta del Sistema solare per gli studi finali. «Questo flyby finale di Encelado suscita sentimenti sia di trionfo che di tristezza», ha dichiarato Earl Maize, project manager della missione Cassini al Jet Propulsion Laboratory della NASA. L’ultimo volo ha portato la sonda (partita dalla Terra nel 1997) a 4.999 chilometrida Encelado, che osserverà per altri due anni (fino a settembre 2017 – quando la missione dovrebbe terminare) ma da almeno 4 volte la distanza dell’ultimo volo (circa 20 mila chilometri). Pensate che quello di sabato scorso è stato il 22° incontro ravvicinato tra la sonda e la luna scoperta nel 1789 da William Herschel. Cassini ha potuto misurare la quantità di calore proveniente dall’interno della luna e, come in questi anni, ha osservato le diverse caratteristiche geologiche che hanno reso popolare questa luna: le striature della sua superficie ghiacciata. Già dopo il 2005, Cassini ha fatto una serie di scoperte sul materiale che sgorga dalle fratture calde vicino al polo sud di Encelado, che è uno dei luoghi migliori del nostro Sistema solare che potrebbe ospitare la vita. Nel 2014, infatti, gli scienziati hanno annunciato le prove dell’esistenza di un oceano nel sottosuolo, ipotesi confermata poi nel 2015. Gli scienziati guidati da Linda Spilker, project scientist della missione presso il JPL a Pasadena, hanno così detto addio a Encelado. «Cassini ha fatto tante scoperte mozzafiato su Encelado, ma dobbiamo ancora rispondere alla domanda fondamentale: “C’è vita in questo piccolo oceano?”», ha detto la ricercatrice.
di Eleonora Ferroni (INAF)

Encelado vista da vicino

Sono le ultimissime immagini che la sonda Cassini, frutto della collaborazione tra la NASA, l’ESA e l’ASI, ha acquisito durante il suo ultimi fly by della luna di Saturno, Encelado. La sonda, lo scorso 28 ottobre, è passata appena 50 chilometri sopra la calotta polare di questa luna. Queste immagine, le prime delle diverse che la sonda ha iniziato a trasmettere, non sono processate, sono immagini RAW, grezze e ve le proponiamo in questa breve galleria. «Sono meravigliose le immagini di Cassini che ci forniscono un rapido sguardo di Encelado grazie a questo passaggio ultra-ravvicinato, ma la parte più emozionante, quella scientifica è ancora da venire», ha detto Linda Spilker, membro del team scientifico della missione di stanza al Jet Propulsion Laboratory della NASA. Infatti i ricercatori potranno presto iniziare a studiare i dati ottenuti con l’analizzatore di gas e il rivelatore di polvere a bordo della sonda Cassini. Gli strumenti hanno infatti potuto raccogliere dai geyser che si sprigionano su questa luna di Saturno, campioni di gas e di polvere ghiacciata. Per le analisi saranno necessarie diverse settimane, ma potrebbero fornire interessantissimi indizi sulla composizione dell’oceano di acqua sotto la superficie che caratterizzebbe l’intera luna Encelado, oltre a svelarci importanti dati sulle attività idrotermali che accadono sul fondo dell’oceano. Le aspettative sono tali che la luna Encelado è oggi un obiettivo primario per le future esplorazioni alla ricerca della vita nel nostro sistema solare. Il prossimo e ultimo flyby di Encelado da parte della sonda Cassini è fissato per il 19 dicembre, quando la sonda misurerà la quantità di calore proveniente dall’interno della luna da un’altitudine di circa 5000 chilometri.
Redazione Media Inaf

Cassini svela l’oceano di Encelado

Un team di ricercatori della Cornell University ha studiato in grande dettaglio l’oceano che si trova sotto la spessa crosta diEncelado, una delle lune ghiacciate di Saturno, misurando con precisione le piccole oscillazioni del satellite, rilevabili solo grazie alle immagini ad alta risoluzione scattate dalla sonda Cassini della NASA. Gli scienziati della Cornell hanno analizzato un archivio di oltre sette anni di immaginiraccolte da Cassini, la sonda spaziale in orbita intorno a Saturno dalla metà del 2004. «Questo tipo di studi è molto complesso e ha richiesto anni di osservazioni e calcoli, coinvolgendo una variegata collezione di discipline, ma siamo fiduciosi di aver raggiunto finalmente delle conclusioni solide», ha dichiarato Peter Thomas, ricercatore alla Cornell e autore principale dell’articolo apparso recentemente sulla rivista Icarus. Encelado è un corpo geologicamente molto attivo e sputa vapore acqueo a grandi velocità dalle fratture nella sua crosta ghiacciata, come ha potuto verificare Cassini sin dalle prime ore di esplorazione del sistema di Saturno. Tuttavia, fino a poco fa gli scienziati erano molto incerti sulla reale portata della fonte d’acqua nel sottosuolo. Con ogni singolo passaggio della sonda Cassini, e relativa raccolta di dati e immagini, Thomas e colleghi hanno faticosamente individuato e misurato le strutture topografiche presenti su Encelado, circa 5.800 in tutto. Grazie a questo studio accurato stata rivelata una leggera oscillazione del satellite (circa un decimo di grado). Nonostante si tratti di un piccolissimo movimento, chiamato librazione, è molto più grande di quanto apparirebbe se la crosta superficiale fosse solidamente legata al nucleo roccioso. Pertanto gli scienziati hanno potuto determinare che lo strato liquido che si trova sotto alla crosta del satellite deve essere molto più profondo di quanto si era potuto stimare in precedenza. «Se la superficie e il nucleo fossero rigidamente legati tra loro, il nucleo lo tratterrebbe a sé così intensamente che l’oscillazione sarebbe di gran lunga inferiore di quanto abbiamo osservato», ha dettoMatthew Tiscareno, che ha lasciato la Cornell in estate per trasferirsi al SETI Institute in California. «Questo dimostra che ci deve essere uno strato di liquido molto profondo a separare la superficie dal nucleo», ha spiegato. «Stiamo solo iniziando a capire quanto Encelado sia incredibilmente interessante», ha dichiarato Joe Burns, professore di Astronomia della Cornell. «Solo grazie ad una grande sonda spaziale come Cassini siamo riusciti ad effettuare misurazioni così dettagliate, e stiamo ottenendo risultati impensabili fino a 20 anni fa». Per Carolyn Porco, a capo del team di analisi delle immagini di Cassini presso lo Space Science Institute di Boulder in Colorado, questo lavoro illustra in maniera eccellente la complessità di questi studi e i diversi ambiti di indagine scientifica che coinvolgono: le misurazioni principali sono state contrassegnate manualmente; la geometria del satellite è stata stimata a partire da una conoscenza precisa della posizione della sonda, dal monitoraggio del segnale radio di Cassini e dalle immagini raccolte dalla sonda. «Questo è un passo enorme, incredibilmente oltre ciò che sapevamo finora di questo satellite, e dimostra il genere di studi approfonditi che siamo in grado di realizzare con missioni di lunga durata di sonde in orbita attorno ad altri pianeti», ha detto Porco. «Da questo punto di vista Cassini è un caso esemplare».
di Elisa Nichelli (INAF)

Qualcosa che non va negli anelli di Saturno

La foto che vedete risale al 2009 e non è una banale immagine di Saturno, bensì ritrae il primo equinozio osservato da vicino da una sonda terrestre che orbita attorno al sesto pianeta del Sistema solare, la sonda Cassini. Gli equinozi su Saturno si verificano due volte l’anno, come sulla Terra, solo che l’anno di questo pianeta dura 29 volte quello terrestre, e lo spettacolo è senza pari: il Sole illumina gli enormi dischi che rendono speciale questo pianeta. E proprio nel 2009 la sonda Cassini (lanciata lanciata nel 1997 ed entrata in orbita attorno a Saturno il primo luglio 2004) ha avuto l’opportunità di osservare questo fenomeno e i piccoli cambiamenti negli anelli che vengono rivelati solo con la luce del Sole. In un recente studio pubblicato su Icarus, il team alla guida di Cassini ha riportato che grazie ai dati raccolti sei anni fa è stato possibile osservare una particolarità: uno dei anelli ha subito un insolito e leggero innalzamento di temperatura, in ogni caso più elevato del previsto, e questo fenomeno ha fornito una finestra unica per osservare la struttura interna di particelle normalmente nascoste agli “occhi” della sonda. Come la Terra, anche Saturno risulta essere un po’ inclinato sul suo asse e nel corso della sua orbita attorno al Sole, i raggi si muovono da nord a sud attraversando il pianeta e gli anelli per poi tornare indietro. Ovviamente, proprio come sul nostro pianeta, i raggi solari portano a un aumento della temperatura (in ogni caso Saturno rimane un pianeta molto molto freddo!) soprattutto sugli anelli – che sono costituiti da trilioni e trilioni di particelle ghiacciate. Anche durante l’equinozio del 2009, che durò solo pochi giorni, sono apparse sugli anelli ombre e strutture ondulate insolite che portano – di solito – anche a un “raffreddamento” degli stessi, ma una parte delle particelle non si è raffreddata. «Non sappiamo molto su come siano fatte le particelle degli anelli di Saturno oltre il millimetro di profondità sotto la superficie. Ma il fatto che una parte degli anelli non ha freddo come previsto ci ha permesso di creare un modello su come potrebbe essere come il loro interno», ha detto Ryuji Morishima del Jet Propulsion Laboratory della NASA, che ha condotto lo studio. I ricercatori hanno esaminato i dati raccolti dal Composite Infrared Spectrometer di Cassini: lo strumento ha misurato essenzialmente la temperatura degli anelli in fase di raffreddamento. Gli scienziati hanno poi confrontato i dati sulla temperatura con modelli informatici che tentano di descrivere le proprietà delle particelle. Il mistero per gli esperti è proprio quel lieve innalzamento di temperatura, perché i modelli di solito prevedono un raffreddamento degli anelli durante l’oscurità. Un’estesa sezione all’esterno del più largo degli anelli (Anello A) è risultata essere più calda, con un picco soprattutto al centro. Morishima e colleghi hanno eseguito una ricerca dettagliata su come le particelle degli anelli con diverse strutture verrebbero riscaldate e raffreddate durante le stagioni di Saturno. Precedenti studi basati sempre su dati raccolti da Cassini hanno mostrato che le particelle ghiacciate sono soffici all’esterno, proprio come neve fresca. Questo materiale esterno si chiama regolite ed è venuto a formarsi nel corso del tempo a causa di piccoli urti che hanno a mano a mano polverizzato la superficie di ciascuna particella. Dalle analisi è risultato che l’Anello A è composto in gran parte da particelle di circa 1 metro di ghiaccio solido e con solo un sottile strato superficiale  di regolite. «Un’alta concentrazione di pezzi di ghiaccio solido in questa regione degli anelli di Saturno non ce l’aspettavamo», ha detto Morishimo. «Le particelle degli anelli di solito si allargano e si distribuiscono nel corso di 100 milioni di anni». L’accumulo di particelle più dense in un’ unica zona ha suggerito agli esperti che un qualche fenomeno particolare del passato geologico abbia portato proprio lì queste particelle o che in qualche modo queste particelle così dense siano confinate solo lì. I ricercatori hanno pensato a due possibilità. È probabile che in questa zona, vicino all’Anello A, ci sia stata una luna negli ultimi cento milioni di anni o giù di lì e sia stata distrutta forse da un gigantesco impatto. Se così, detriti provenienti dalla rottura non avrebbero avuto il tempo di diffondersi uniformemente rimanendo quindi confinati in un’unica zona. In alternativa, il team credo che detriti e macerie possano migrare all’interno degli stessi anelli posizionandosi in determinate aree per poi rimanervi confinati. «È un risultato affascinante perché ci suggerisce che il centro dell’Anello A di Saturno potrebbe essere molto più giovane rispetto al resto degli anelli», ha affermato Linda Spilker, project scientist di Cassini presso il JPL e co-autrice dello studio.  «Altre zone degli anelli potrebbero avere la stessa età di Saturno». Risultati più precisi arriveranno durante le prossime orbite di Cassini, che saranno sempre più vicine alla superficie del pianeta.
di Eleonora Ferroni (INAF)

 

Voci precedenti più vecchie