Giganti nuvole di ghiaccio sopra Titano

Non è la prima volta che la sonda Cassini studio le stagioni di Titano, la luna più grande del sistema di Saturno e in particolare del suo Polo Sud particolarmente freddo. E recentemente ha raccolto qualche nuovo dettaglio catturando una nuova gigante nuvola di ghiaccio sorvolare la superficie di Titano a centinaia di chilometri, negli strati medio bassi della stratosfera, appena sopra la troposfera. Già qualche anno fa, nel 2012, Cassini aveva immortalato una nuvola dalle dimensioni impressionanti a 300 chilometri d’altezza sul polo sud di Titano. Dopo altri studi approfonditi, si è scoperto di recente che al di sotto si nascondono altre sue “simili”, altrettanto giganti e altrettanto ghiacciate. Una nuvola molto fredda in particolare si trova a 200 chilometri d’altezza ed è stata rilevata dal Composite Infrared Spectrometer (CIRS), che mappa l’atmosfera degli oggetti celesti nell’infrarosso termico. Gli astronomi hanno visto che la nuvola ha una bassa densità, simile alla nebbia che troviamo sulla Terra. «Quando abbiamo analizzato i dati all’infrarosso, questa nuvola di ghiaccio è saltata in rilievo come mai abbiamo visto prima», ha affermato Carrie Anderson, del Goddard Space Flight Center della NASA. Le nuvole su Titano non seguono lo stesso processo di formazione delle nuvole sulla Terra, che ovviamente portano la pioggia. In questo caso il procedimento lo conosciamo tutti: l’acqua evapora dalla superficie terrestre e si scontra con le fredde temperature man mano che sale verso la troposfera. Ed è proprio qui che si formano le nuvole, essenzialmente accumuli di vapore acqueo condensato dal freddo. Su Titano, invece, le nuvole non sono fatte di acqua, bensì di metano: si formano a un’altitudine più elevata rispetto alla Terra e con un procedimento leggermente differente. La circolazione atmosferica trasporta i gas (una miscela di idrocarburi simili allo smog e prodotti chimici contenenti azoto-chiamati nitrili) dal polo nell’emisfero caldo al polo nell’emisfero freddo, dove l’aria calda scende rapidamente in un processo noto come subsidenza. Nel corso della discesa, i gas incontrano temperature sempre più fredde, così da condensarsi in maniere differenti: da qui le diverse stratificazioni delle nuvole a diverse altitudini. Cassini è arrivato nell’orbita di Saturno nel 2004, quando sul polo nord di Titano imperversava l’inverno. All’arrivo della primavera le nubi ghiacciate hanno cominciato a scomparire, ma adesso si stanno formando al polo sud, per questo Cassini riesce ad osservarle. L’accumulo di queste nubi meridionali indica che la direzione della circolazione dei gas sta cambiando. «E molto emozionante avere l’opportunità di assistere ai primi stadi dell’inverno su Titano», ha spiegato il ricercatore Robert Samuelson. «Tutto ciò che stiamo trovando al polo sud ci dice che l’inizio dell’inverno meridionale è già molto più freddo rispetto alle ultime fasi dell’inverno boreale su Titano». Dalla nuvola di ghiaccio osservata tre anni fa gli scienziati hanno determinato che le temperature al polo sud scenderanno fino ad almeno -150° C. La nuova nuvola è stata trovata nella bassa stratosfera, dove le temperature sono ancora più rigide. E’ stato anche visto che le particelle di ghiaccio sono costituite da idrogeno, carbonio e azoto. Il team di Anderson ha trovato la medesima firma – ma più debole – nei dati raccolti dal CIRS al polo nord. E’ per questo che gli astronomi credono che l’inverno al polo sud sarà più freddo: la firma chimica delle nuvole è decisamente più visibile. Scott Edgington, vice project scientist di Cassini per il JPL, ha detto: «Cassini continuerà a studiare Titano fino al 2017, quando terminerà la missione».
di Eleonora Ferroni (INAF)
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Il sistema di Saturno

Il 1 luglio di 10 anni fa iniziava l’avventura dell’esplorazione del Sistema di Saturno da parte dello strumento VIMS a bordo della missione Cassini-Huygens. Da quel giorno, molte osservazioni e scoperte sono state fatte dal Visual and Infrared Mapping Spectometer, uno strumento nato da una collaborazione internazionale tra USA, Italia, Francia e Germania e  composto da due canali: il canale infrarosso, realizzato presso NASA-JPL e l’italiano canale Visibile, fornito da ASI, realizzato presso le Officine Galileo, ora Selex ES, sotto la guida di Angioletta Coradini dell’Istituto di Astrofisica di Roma, ora INAF-IAPS. I dati parlano chiaro: solo VIMS ha condotto in questi dieci anni oltre 250.000 osservazioni pari ad un volume di dati di 171 Gb (circa 40 DVD) corrispondenti a quasi 160 milioni di spettri. In termini di pubblicazioni sono 180 quelle comparse su riviste referate collegate ai dati di VIMS di cui 60 hanno un autore o coautore INAF. Per celebrare questa ricorrenza, l’INAF-IAPS ha organizzato un seminario scientifico a cura di Gianrico Filacchione, ricercatore dell’INAF-IAPS e Cassini Participating Scientist in cui sono stati raccontati i principali risultati scientifici di VIMS. E non solo di VIMS, ma anche degli altri strumenti italiani. Perché la partecipazione italiana alla missione Cassini, una missione NASA-ESA-ASI, è sostanziale in ogni aspetto. L’ASI è infatti uno dei partner della missione e, a parte lo spettrometro VIMS, l’Italia ha partecipato con il sottosistema di radioscienza e il Radar dell’orbiter, nonché con lo strumento HASI a bordo del lander Huygens. Tutti strumenti gestiti da team di ricercatori provenienti da istituti diversi, che per la maggior parte del tempo lavorano incrociando i dati e collaborando agli stessi articoli scientifici. Seguiamo quindi il racconto di Filacchione per ripercorrere come Cassini, VIMS, il radar e gli altri strumenti abbiano cambiato negli anni il nostro modo di vedere il sistema di Saturno.

La vorticosa atmosfera di Saturno

Iniziamo dal pianeta e dalla sua atmosfera. VIMS e la camera ad alta risoluzione hanno permesso uno studio dei vortici che caratterizzano l‘atmosfera del pianeta, mettendo i dati sperimentali a confronto con dei modelli teorici. In questo lavoro, è stata prestata particolare attenzione alla struttura ad esagono, il vortice permanente al polo nord del pianeta osservato per la prima volta dalla missione Voyager e studiato in dettaglio dalla camera ma anche dal canale IR dello strumento italiano.

Saturno, signore degli anelli

Gli strumenti di Cassini si sono poi concentrati sugli anelli, mettendo in risalto come questi ultimi siano delle strutture vive, dinamiche e in evoluzione, percorse da onde di densità radiali e verticali, instabilità e altre perturbazioni arabescanti, causate principalmente dalle interazioni gravitazionali e dalle risonanze con le lune, ma anche dell’interazione dei grani con il campo magnetico del pianeta. Tutte queste strutturesono state osservate in alta risoluzione, con un dettaglio prima inimmaginabile. Alcune sono state scoperte per la prima volta. Racconta Filacchione “Studiare lo smorzamento delle onde che percorrono gli anelli causate dalle risonanze con le Lune permette di trarre conclusioni sulla dimensione e la densità dei grani che formano gli anelli stessi. In particolare, VIMS correlando i suoi dati con altri strumenti (UVIS e CIRS, rispettivamente gli spettrometri nell’ultravioletto e nel termico) ha effettuato diversi studi per dedurre dimensioni dei grani, composizione, temperatura e presenza di materiali organici misti al ghiaccio”. Tutto questo è finito su Science a Marzo 2010, in un numero storico di review dedicato agli anelli di Saturno. E in numerosi altri articoli, di cui l’ultimo è in stampa proprio in questi giorni. Da segnalare come sia stato fondamentale, per raggiungere questi obiettivi scientifici, pianificare le osservazioni in modo intelligente e accorto. Come per esempio per le osservazioni all’equinozio, in cui la scelta vincente di osservare gli anelli con la luce del sole radente, ha permesso di calcolare in modo semplice ed efficace l’altezza delle onde, grazie alle loro ombre. Oppure nel caso di osservazioni di occultazione stellari, in cui si osserva una stella passare dietro agli anelli, verificando quali colori del suo spettro vengano assorbiti.

Anelli giovani o vecchi?

Purtroppo gli strumenti di Cassini non hanno permesso di raccogliere prove a sufficienza per risolvere uno dei più grandi misteri che avvolge il pianeta e cioè la formazione dei suoi anelli. Ad oggi sono due le teorie esistenti: la prima è quella del disco “antico”, formato dai rimasugli del disco protoplanetario di formazione del pianeta stesso, non incorporati in una delle lune. La seconda ipotesi è quella degli anelli “giovani” e racconta la storia di una Luna che essendosi avvicinata troppo a Saturno, sarebbe stata disgregata dall’azione del pianeta e dei suoi satelliti. In questo secondo caso, gli anelli si sarebbero formati in epoca più recente. In realtà, Cassini ha raccolto evidenze a favore di entrambe le teorie, che ancora coesistono sullo scenario. Spiega Fiacchione: “se gli anelli fossero antichi, dovrebbero essere molto più scuri. Considerate che gli anelli sono molto estesi, occupano una superficie pari a 44 miliardi di chilometri quadrati con uno spessore che non raggiunge il chilometro. Con una superficie così ampia il bombardamento meteoritico deve essere stato importantissimo e avrebbe dovuto scurire molto di più gli anelli. Una teoria di anelli giovani invece pone problemi di dinamica. È difficile immaginare una o più lune che si avvicinino a Saturno fino a disintegrarsi in un urto relativamente recente, superando le lune regolari che osserviamo oggi e che delimitano gli anelli nella loro configurazione attuale.”

Encelado e lo zoo delle strane lune di Saturno

Se da un lato il mistero della formazione degli anelli non è ancora stato del tutto risolto, dall’altro Cassini ha fatto moltissimo per lo studio dei satelliti di Saturno, osservando con numerosi flyby questo zoo di corpi celesti strani e misteriosi, tra loro molto diversi. Per alcuni di essi, con VIMS è stato possibile realizzare una mappatura parziale o totale della superficie, producendo delle vere mappe geologiche e composizionali di mondi finora sconosciuti, come Dione o Rea. Tra i risultati più famosi, quelli relativi aEncelado e le sue “tiger stripes”, i caratteristici graffi di tigre che ne coprono la superficie e da cui fuoriescono i “plumes”, i getti osservati per la prima volta da Cassini nel 2005 e oggi associati all’esistenza su Encelado di oceani sotterranei. Racconta Filacchione: “Il confronto tra i dati di VIMS e degli altri strumenti di remote sensing ha permesso di studiare la composizione di queste zone attive attorno al polo sud di Encelado da cui vengono emessi i plume, rivelando come il ghiaccio delle tiger stripes sia prevalentemente cristallino e più caldo delle zone circostanti” Anche questo risultato ha meritato nel 2006 la copertina di Science.

Ritratto di famiglia

Ma non è tutto. Con i dati di VIMS e degli altri strumenti è stato anche possibile confrontare tra loro le molte lune, dipingendo un ritratto di famiglia del Sistema di Saturno che in parte ne spiega la complicata storia. Il risultato è stato raggiunto con un approccio statistico, prendendo in considerazione delle osservazioni “full-disk” cioè misure mediate su tutto il pianeta visibile, grazie alle quali i satelliti sono stati catalogati in funzione della presenza di ghiaccio d’acqua e dello studio dei contaminanti, materiali scuri diversi dal ghiaccio. Alcune caratteristiche dello spettro, hanno infatti permesso di distinguere la quantità di questi contaminanti e come essi siano mischiati con il ghiaccio: in una deposizione di materiali chimicamente distinti (come neve pura su cui venga sparsa della fuliggine) o come in un mix intimo di vari materiali (come neve formatasi da acqua e fuliggine). Racconta Filacchione: “Da questa catalogazione si è dedotto un ritratto d’insieme molto interessante del sistema di Saturno. Gli anelli sono formati da grani in uno stato di continua aggregazione e disgregazione e per questo le particelle che li compongono inglobano al loro interno i contaminanti, residui del bombardamento meteoritico. Questo processo ne causa il caratteristico colore ambrato e arrossato. Il ghiaccio più puro si trova sulle superfici di Encelado e dei satelliti più interni che orbitano nell’anello E, dall’orbita di Mimas a quella di Rhea. Questo perché vengono riforniti continuamente dai getti di Encelado di particelle di ghiaccio fresco che si depositano sulle superfici dei satelliti provocandone il caratteristico colore blu. Ma andando verso l’esterno, incontriamo due oggetti in cui ghiaccio e contaminanti non sono mischiati a livello molecolare: Giapeto, sul cui emisfero scuro si è depositato uno strato di nera fuliggine e Iperione, la cui superficie porosa assomiglia a quella di una spugna e che presenta molti crateri che funzionano come trappole fredde che catturano CO2 e materiali contaminanti organici . La sorgente della contaminazione dei due è probabilmente Febe, che, per la sua diversa composizione e la sua orbita inclinata, risulta essere un oggetto estraneo probabilmente catturato da Saturno. Febe orbita in un anello il cui materiale spiraleggia verso Giapeto e Iperione, sporcandone le superfici. A parte questo ed altri fenomeni locali, la distribuzione di ghiaccio è lineare, comunque compatibile con l’ipotesi che i diversi oggetti del sistema di Saturno si siano formati nelle stesse condizioni, da uno stesso disco proto planetario.”

Titano, un mondo a parte

C’è poi il grande capitolo di Titano, il più grande satellite di Saturno e il secondo nell’intero Sistma Soalre, più piccolo solo di Ganimede, luna di Giove. Il punto di partenza per Cassini, nel lontano 2004, erano delle osservazioni che nel visibile mostravano un disco totalmente opaco ed arancione, con un layer di aerosol rivelato tramite un sottile strato azzurro nell’atmosfera esterna della luna. Nemmeno l’atterraggio di Huygens sulla superficie del satellite nel gennaio del 2005 ha permesso di decifrare completamente la natura di Titano. Il lander è disceso in una zona arida, dove solo la forma arrotondata dei ciottoli rinvenuti al suolo faceva ipotizzare l’esistenza di liquidi. Per fortuna, a bordo di Cassini, VIMS e il radar hanno potuto fare grandi cose nei dieci anni di osservazioni. Nell’infrarosso, usando le finestre di trasmissione dell’atmosfera, è stato possibile osservare in dettaglio la grande diversificazione della superficie di questa luna. Una superficie estremamente variegata, coperta di laghi, oceani, isole e dal terreno ricoperto da montagne e dune e sorprendenti criovulcani, la cui presenza è stata osservata direttamente dagli strumenti a partecipazione italiana. La conferma di liquidi sulla superficie di Titano è stata rivelata per la prima volta in modo sorprendente, quando VIMS in una particolare configurazione osservativa ha catturato un bagliore anomalo, un raggio di luce proveniente da Titano. Quella luce non poteva che essere il riflesso dovuto dalla superficie liquida di un lago. In seguito i laghi sono stati studiati in grandissimo dettaglio, correlando i dati di VIMS con il radar è stato anche possibile osservare come queste strutture evolvano al passare delle stagioni, identificando un ciclo molto simile a quello terrestre, in cui il metano sostituisce l’acqua. In particolare, questi ultimi risultati evidenziano come sia importante osservare a lungo un oggetto planetario, studiandone le modifiche al passare delle stagioni. Con la sua lunga durata, protratta benoltre il 2008, fine inizialmente prevista della missione, Cassini ha infatti avuto l’opportunità di osservare Saturno e le sue lune per una intera stagione: dal 2004, quando l’emisfero sud del pianeta era in piena estate, protraendosi fino al 2009, profittando dell’equinozio, per continuare fino al 2017, anno in cui l’estate arriverà nell’emisfero nord del pianeta. Dopo il 2017, e ben 20 anni di attività, Cassini finirà la sua lunga e proficua carriera tuffandosi nell’atmosfera del pianeta. Ci si aspetta ancora grandi cose da questa missione NASA-ESA-ASI e tutta la comunità scientifica concorda nel dire che nella sua lunga vita, Cassini ha e avrà rivoluzionato il nostro modo di vedere Saturno e in genere il Sistema Solare. Ma avrà anche confermato quanto sia importante, per ottenere questi risultati, correlare tra loro dati sperimentali provenienti da strumenti e team diversi, risultati teorici, dati di laboratorio e una grande capacità ingegneristica di progettazione della missione stessa. Sottolineando ancora una volta, come per la ricerca (spaziale e non) sia fondamentalmente il lavoro di squadra.
di Livia Giacomini (INAF)

Su Titano, l’isola che non c’è

Arrivare all’Isola che non c’è e lì incontrare Peter Pan era un privilegio destinato solo ai bambini, grazie alla loro immaginazione e “… seguendo la seconda stella a destra e poi dritti fino al mattino”. Senza usare questi metodi, ma grazie all’analisi delle immagini radar inviate dalla Sonda NASA/ESA/ASI Cassini, un’altra Isola che non c’è è stata scoperta da un gruppo di scienziati guidati da Jason Hofgartner della Cornell University di New York. Nessun essere umano ci ha mai  messo piede, e forse mai ce lo poserà: si trova a più di un miliardo e trecento milioni di chilometri dalla Terra, nel mezzo del Ligeia Mare, il secondo dei bacini di  metano ed etano presenti su Titano, la maggiore delle lune di Saturno. “Nel luglio dello scorso anno, Jason Hofgartner e Alex Hayes, anch’egli della Cornell, hanno individuato che una porzione di Ligeia sembrava cambiata rispetto alle precedenti riprese effettuate dalla sonda Cassini nel 2007”. A raccontare la scoperta a Media INAF è Jonathan Lunine, ricercatore presso la stessa Università statunitense e già associato INAF, che ha partecipato allo studio pubblicato on line sul sito web di Nature Geoscience. “Una grande area di alcune centinaia di chilometri quadrati nel Ligeia Mare era infatti diventata più brillante, e un’ulteriore indagine nei dati in archivio risalenti ad osservazioni del maggio scorso confermava questa caratteristica. Le nostre accurate verifiche hanno escluso che questo cambiamento sia stato generato da artefatti nel sistema radar o dagli stessi algoritmi con cui sono stati elaborati i dati. Così quella che noi chiamiamo tecnicamente ‘anomalia’, o più colloquialmente ‘isola magica’ c’è, e per davvero. “Riteniamo che la struttura apparsa davanti ai nostri occhi durante l’analisi delle immagini sia un cambiamento avvenuto sulla superficie del Mare” prosegue Lunine. “Siamo convinti che quella apparsa non sia una vera e propria isola ancorata alla crosta che sia affiorata a causa di una diminuzione del livello del mare o, al contrario, perché si sia innalzata a seguito di fenomeni tettonici. I risultati presentati nel nostro articolo indicano che si tratta di un fenomeno legato al liquido che compone il Mare, come la presenza di onde, bolle o forse anche materiale galleggiante che possiede una differente composizione rispetto al metano e all’etano di cui è fatto quel bacino. Per questo motivo ho sempre chiamato l’anomalia “l’isola che non c’e`”, anche se agli altri questo nomignolo non sembra piaccia molto”. Quello che comunque emerge sempre di più dalle indagini condotte sulla più grande delle lune di Saturno grazie alla missione internazionale Cassini, dal 2004 in orbita attorno al pianeta con gli anelli, è di trovarsi un mondo assai mutevole e con alcune caratteristiche che richiamano addirittura fenomeni terrestri. “Ritengo che più si studia in dettaglio un corpo celeste su un lungo periodo di tempo, più è facile trovare dei cambiamenti” commenta Lunine. “L’atmosfera di Titano, i liquidi presenti sulla sua superficie, i suoi venti e il suo clima producono sicuramente dei cambiamenti ed è solo la nostra limitata capacità di monitorare questo corpo celeste, visitato brevemente da Cassini durante ogni orbita attorno a Saturno, a darci l’illusione di un mondo statico. Cosa vedremmo se potessimo passeggiare lungo le spiagge del Ligeia Mare e osservare l’ambiente costiero nel tempo? Sono sicuro che noteremmo parecchi cambiamenti”.
di Marco Galliani (INAF)

Saturno VI ovvero Titano

Titano è il più grande satellite naturale del pianeta Saturno ed uno dei corpi rocciosi più massicci dell’intero sistema solare; supera in dimensioni il pianeta Mercurio, per dimensioni e massa è il secondo satellite del sistema solare dopo Ganimede. Si tratta inoltre dell’unico satellite in possesso di una densa atmosfera, che in passato ha impedito uno studio dettagliato della sua superficie dalla Terra. Con la missione spaziale Cassini-Huygens è stato possibile studiare l’oggetto da distanza ravvicinata ed il lander Huygens è atterrato con successo sul suolo titaniano. L’atmosfera titaniana appare ricca di metano e la temperatura superficiale media è molto vicina al punto triplo del metano dove possono coesistere le forme liquida, solida e gassosa di questo idrocarburo. Misure condotte con telescopi terrestri hanno evidenziato che la superficie non è uniforme e presenta quelli che potrebbero essere dei continenti.
Cenni storici
Titano fu scoperto il 25 marzo 1655 dall’astronomo olandese Christiaan Huygens. Si trattava del primo satellite naturale ad essere individuato dopo i satelliti galileiani di Giove. Huygens lo denominò semplicemente, in lingua latina, Luna Saturni (“il satellite di Saturno”) ad esempio nell’opera De Saturni Luna observatio nova del 1656. Quando più tardi Giovanni Domenico Cassini scoprì quattro nuovi satelliti, li volle chiamare Teti, Dione, Rea e Giapeto (complessivamente noti come satelliti lodicei); la tradizione di battezzare i nuovi corpi celesti scoperti in orbita attorno a Saturno proseguì e Titano iniziò ad essere designato, nell’uso comune, come Saturno VI, perché apparentemente sesto in ordine di distanza dal pianeta. Il nome di Titano venne suggerito per la prima volta da John Herschel (figlio del più celebre William Herschel) nella sua pubblicazione Risultati delle osservazioni astronomiche condotte presso il Capo di Buona Speranza del 1847. Di conseguenza iniziò la tradizione di denominare gli altri satelliti saturniani in onore dei titani dellamitologia greca o delle sorelle e dei fratelli di Crono.
Orbita e rotazione
Titano orbita intorno a Saturno in 15 giorni e 22 ore. Come la Luna e molti altri satelliti dei giganti gassosi, il suo periodo orbitale è identico al suo periodo di rotazione; Titano è quindi in rotazione sincrona con Saturno.
Dati fisici
Titano è stato a lungo ritenuto il satellite più grande del sistema solare. In verità le prime osservazioni dalla Terra sono state disturbate dalla sua densa atmosfera, che ha causato una stima per eccesso delle dimensioni reali del corpo. Il satellite gioviano Ganimede è leggermente più grande di Titano oltre che più massivo. Le proprietà fisiche di Titano sono simili a quelle di Ganimede e Callisto, del satellite nettuniano Tritone e di Plutone. La massa del satellite è rappresentata verosimilmente per metà da ghiaccio e per l’altra metà da materiale roccioso. La sua struttura interna è probabilmente stratificata, con un nucleo roccioso dal diametro di circa 3 400 km circondato da strati composti da diverse forme cristalline del ghiaccio. L’interno di Titano potrebbe essere ancora caldo e vi potrebbe essere uno strato liquido composto da acqua ed ammoniaca situato fra il nucleo roccioso e la crosta ghiacciata. Prove a sostegno di questa ipotesi sono state recentemente scoperte dalla sonda Cassini. Ciò avvalora l’ipotesi della presenza di uno strato liquido all’interno del satellite sul quale galleggerebbe il leggero strato superficiale. Sebbene la composizione chimica titaniana sia analoga a quella degli altri satelliti naturali di Saturno, e in particolar modo Rea, Titano presenta una densità maggiore per via della compressione gravitazionale.
Atmosfera
Titano è l’unico satellite naturale del sistema solare a possedere un’atmosfera sviluppata. La sua scoperta risale al 1944.  In seguito le osservazioni condotte da distanza ravvicinata nell’ambito del programma Voyager hanno permesso di determinare che l’atmosfera titaniana è più densa di quella terrestre, con una pressione alla superficie di circa il 50% maggiore, e le sue imponenti formazioni nuvolose rendono impossibile l’osservazione diretta della superficie. La foschia  contribuisce a sostenere un effetto serra al contrario che, aumentando l’albedo del satellite e riflettendo la luce incidente nello spazio, ne diminuisce la temperatura superficiale. L’atmosfera è composta al 98,4% di azoto ed all’1,4% di metano. Sono presenti tracce di numerosi altri gas.
Superficie
La missione Cassini ha rilevato che la superficie di Titano è relativamente liscia. Le poche formazioni simili a crateri da impatto sembra siano state riempite da piogge di idrocarburi o vulcani. L’area attualmente mappata non sembra presentare variazioni in altezza maggiori di 50 m.Tuttavia l’altimetria radar ha coperto al momento solo parte della regione polare Nord. La superficie di Titano è segnata da vaste regioni di terreno chiaro e scuro, inclusa un’area grande come l’Australia identificata dalle immagini all’infrarosso provenienti dal telescopio spaziale Hubble e dalla sonda Cassini. Questa regione è stata chiamata Xanadu ed è relativamente elevata. Ci sono altre zone scure presenti su Titano osservate dal suolo e dalla sonda Cassini. Si ipotizza che possano essere laghi di metano o etano, ma altre osservazioni sembrano indicare altre ipotesi. Inoltre sono stati individuati alcuni segni lineari che potrebbero indicare attività tettoniche e regioni con materiale chiaro intersecate da lineamenti scuri. L’ipotesi della presenza di laghi di metano, formulata da tempo dagli scienziati, ha recentemente trovato conferma nelle analisi dei dati raccolti dalla sonda Cassini che hanno permesso di identificare un lago contenente etano, in una soluzione liquida assieme a metano ed altri idrocarburi. Questa scoperta conferma la teoria che sul satellite di Saturno sia presente un ciclo idrologico basato sul metano analogo a quello terrestre basato sull’acqua. Sono stati infatti trovati indizi consistenti di fenomeni di evaporazione, piogge e canali naturali scavati da fluidi. Nel dicembre del 2009 la Nasa ha annunciato ufficialmente, dopo esserne stata a conoscenza fin dal 2007, la presenza di un lago di metano, battezzato Kraken, dall’estensione di 400 000 km quadrati. Il lago non è stato osservato direttamente dagli scienziati, ma la sua presenza è stata intuita grazie ai dati elaborati dallo spettrometro a infrarossi presente sulla Sonda Cassini. Il secondo grande lago di cui si è attestata l’esistenza è stato il Ligeia Mare, a questi due sono seguiti molti altri laghi di dimensioni inferiori. Dalle immagini scattate dalla sonda nel dicembre del 2012, alcune evidenziano una vallata che sfocia nel lago Kraken, attraversata da un fiume di idrocarburi lungo quasi 400 km. Inoltre la sonda Cassini ha osservato variazioni della superficie coerenti con eruzioni di criovulcani. A differenza dei vulcani attivi sulla Terra i vulcani di Titano eruttano presumibilmente acqua, ammoniaca e metano nell’atmosfera, dove congelano rapidamente ricadendo al suolo.
Esplorazione di Titano
Titano è stato sorvolato per la prima volta dalle sonde automatiche statunitensi Voyager 1 (la cui traiettoria è stata modificata per favorire un passaggio ravvicinato) e Voyager 2. Sfortunatamente la Voyager 1 non era provvista di alcuno strumento in grado di vedere attraverso la densa atmosfera del pianeta, una circostanza che non era stata prevista. Solo molti anni più tardi tecniche di manipolazione intensiva delle immagini riprese attraverso il filtro arancione della sonda hanno permesso di ricavare quelle che sono a tutti gli effetti le prime fotografie mai scattate della regione di Xanadu, ritenuta dagli scienziati probabilmente una catena montuosa o un altopiano.
Quando la Voyager 2 raggiunse il sistema di Saturno apparve chiaro che un possibile cambio di traiettoria per favorire un incontro ravvicinato con Titano avrebbe impedito la prosecuzione del viaggio verso Urano e Nettuno. Dati gli scarsi risultati ottenuti dalla sonda gemella, la NASA decise di rinunciare alla possibilità e la sonda non fu attivamente impiegata per uno studio intensivo di Titano.
La grande mole di dati attualmente conosciuti sul satellite è quasi interamente dovuta alla missione spaziale italo-euro-statunitense Cassini-Huygens. La sonda ha raggiunto Saturno il 1º luglio 2004 quando ha avviato le prime attività di mappatura della superficie di Titano attraverso strumenti radar. Il primo sorvolo diretto del satellite è avvenuto il 26 ottobre 2004 ad una distanza record di appena 1 200 km dall’atmosfera titaniana. Gli strumenti della Cassini hanno individuato strutture superficiali chiare e scure che sarebbero state invisibili all’occhio umano.
Dalla sonda madre è stato sganciato il modulo di terra Huygens, privo di motori, che il 14 gennaio 2005 si è tuffato con successo nella densa atmosfera di Titano raggiungendone la superficie dopo una discesa di circa due ore. La sonda, al contrario di quanto sostenuto da alcune teorie, non ha individuato tracce di liquidi di alcun tipo sulla superficie. La consistenza del suolo di Titano è tuttavia risultata simile a quella della sabbia bagnata e non si esclude che il terreno sia periodicamente irrorato da flussi liquidi. Attualmente è in fase di progetto un’ulteriore missione congiunta da parte di NASA ed ESA, denominata Titan Saturn System Mission, che dovrebbe comprendere un orbiter per lo studio di Titano e degli altri corpi che compongono il sistema di Saturno, una mongolfiera per lo studio dell’atmosfera e della superficie di Titano ed un lander acquatico, TiME, per lo studio dei mari. Se verrà approvata la missione potrebbe essere lanciata nel 2020.
Tratto da Wikipedia

Una luna di plastica

L’aria sarà pure irrespirabile, ma bicchierini da caffè usa e getta, se mai riusciremo a colonizzare Titano, potremo averne a iosa. E pure riciclabili. Già, perché s’è appena scoperto che nel ricco bouquet di molecole che compone l’atmosfera dell’enigmatica luna di Saturno c’è pure i l propilene, mattoncino base del polipropilene, una plastica fra le più comuni: quella nota, in configurazione isotattica, come Moplen, il materiale per il quale il nostro Giulio Natta vinse il premio Nobel nel 1963. Identificato dal codice di riciclaggio 05, qui sulla Terra il polipropilene è alla base d’un’infinità d’oggetti di uso quotidiano, dai tappi delle bottiglie ai cruscotti per auto, dagli zerbini agli scolapasta.
Ma su Titano? In realtà, benché sia la prima volta che il propilene viene rilevato con certezza su una luna o un pianeta che non sia il nostro, per quanto la sua presenza in un mondo così remoto suoni incredibile, a stupire maggiormente gli scienziati sarebbe stata la sua assenza. È infatti dal 1980 che, grazie alle osservazioni del Voyager 1 durante il fly-by con la luna, si sapeva della presenza di idrocarburi nella sua brumosa atmosfera. In particolare, erano state rilevate tracce di tutti gli idrocarburi con uno e con due atomi di carbonio, mentre per la famiglia con tre atomi avevano risposto all’appello il membro più pesante e uno fra i più leggeri, rispettivamente il propano e il propino, ma non quello intermedio: per l’appunto, il propilene.
Un’assenza inspiegabile, e come s’è visto solo apparente, dovuta all’estrema difficoltà di rilevarne le tracce. «A renderla così impervia è che la firma del propilene, rispetto a quelle delle sostanze chimiche che lo circondano, è assai più debole», spiega Michael Flasar, responsabile di CIRS, lo spettrometro a infrarossi, a bordo della sonda Cassini della NASA, grazie al quale si è alla fine riusciti a rilevare la presenza della molecola. «Un successo», continua Flasar, «che ci fa essere ragionevolmente fiduciosi di poter trovare, nell’atmosfera di Titano, ancora molte altre sostanze chimiche».
di Marco Malaspina (INAF)

La formazione del sistema di Saturno

C’è una violenta collisione cosmica all’origine del sistema di Saturno, con il suo sistema di anelli e la sessantina di lune conosciute che orbitano intorno al pianeta. Tra cui spicca Titano, l’unica luna del Sistema solare ad avere un’atmosfera significativa. E’ proprio Titano a darci degli indizi sulla rinascita di Saturno. Con la sua enorme atmosfera di azoto, idrocarburi, mari, continenti di ghiaccio, pioggia tropicale, metano, Titano appare per certi versi come un’altra Terra. Ma perché un satellite così grande e con quelle caratteristiche si trova attorno a Saturno e non attorno a Giove? Titano a parte, la famiglia delle lune ghiacciate di Saturno, una volta liquidate come poco più che palle di neve morte, sembrano geologicamente giovani e attive. La luna Encelado per esempio sputa geyser d’acqua da un oceano sotto la superficie che potrebbe essere una dimora per la vita Per le loro dimensioni, le lune minori dovevano essere devastate in quel periodo della storia del Sistema solare chiamato  ”pesante bombardamento tardivo” (Late Heavy Bombardment LHB) avvenuto 4 miliardi di anni fa. Questo strappò la luna dalla Terra con conseguenze enormi, e  provocò  bacini da impatto giganti su Mercurio e Marte, e presumibilmente anche su Venere e la Terra. Erik Asphaug dell’Università dell’Arizona e i suoi colleghi hanno riunito le osservazioni disponibili per proporre un modello di come quel periodo abbia rimescolato e trasformato il sistema di Saturno, dandogli l’aspetto che ha oggi. I modelli al computer di Asphaug suggeriscono che Saturno abbia iniziato con diverse lune primordiali che erano delle dimensioni dei quattro principali satelliti di Giove (scoperti nel 1609 da Galileo Galilei). La teoria è che durante la LHB le loro orbite siano state perturbate e si siano scontrate cosi da fondersi e formare Titano anziché un sistema galileiano come quello di  Giove. Forse non a caso, Titano è simile in massa a tutti i satelliti galileiani messi insieme. La  diversità chimica dei satelliti e la geologia ci dicono quali parti delle lune progenitrici più grandi hanno formato lune più piccole. L’idea è che le lune più dense come Encelado, con il suo nucleo di silicati sotto un oceano di acqua, provengano dalle profondità della casa madre. Mentre le lune di ghiaccio come Tethys, a bassa densità, potrebbero provenire da un manto d’acqua-ammoniaca dei perduti satelliti galileiani. Il modello prevede che le lune ghiacciate avrebbero dovuto avere i loro anelli e subsatelliti che degradatisi si sono schiantati sulle lune. Questo potrebbe spiegare il rigonfiamento equatoriale a forma di nove  su Giapeto, dove una luna in frantumi sarebbe letteralmente piovuta dal cielo. Questo tipo di caos nel sistema solare primordiale sembra essere stato la norma. Anche la luna terrestre e il sistema satellitare di Plutone-Caronte sono nati dalle collisioni. Questo tipo di flipper planetario potrebbe essere un meccanismo comune a molti  sistemi sparsi per tutta la nostra galassia.Lo studio è pubblicato sulla rivista Icarus. 
di Antonio Marro (INAF)

Una strana nube al polo sud di Titano

Il cambio di stagione in corso su Titano sta innescando cambiamenti radicali nell’atmosfera di quella che è la più grande luna di Saturno. Un’altra prova evidente arriva da una nube di ghiaccio che sta prendendo forma nei pressi del polo sud del pianetino. Di che tipo di ghiaccio si tratti non lo sappiamo, ma una nube di questo tipo era da tempo visibile sopra al polo nord, da cui ora sta svanendo, come mostrato dal Composed Infrared Spectrometer (CIRS) sulla sonda Cassini. Per comparire invece a Sud. La nube di ghiaccio meridionale, visibile nel lontano infrarosso, è la prova che un pattern importante di circolazione atmosferica su Titano ha invertito la sua direzione. Quando Cassini ha osservato per la prima volta quella circolazione, l’aria calda dall’emisfero sud si spostava in alto nell’atmosfera, e veniva trasportata verso il più freddo polo nord. Lì, l’aria si raffreddava cadendo verso gli strati più bassi e formando nuvole di ghiaccio. Gli scienziati si aspettavano da tempo un’inversione di circolazione, quando il polo nord avesse iniziato a riscaldarsi e il polo sud invece a raffreddarsi. Il passaggio ufficiale da inverno a primavera al polo nord di Titano si è verificato nel mese di agosto 2009, e i primi segnali evidenti si sono visti nei dati acquisiti nei primi mesi del 2012. Nonostante ciò, la nube di ghiaccio sul polo sud non era ancora apparsa. Lo strumento CIRS non l’ ha rilevata fino al luglio 2012. “Questo ritardo ha senso, perché prima il nuovo pattern di circolazione doveva portare grandi carichi di gas al polo sud. Poi l’aria doveva sprofondare. E il polo doveva restare abbastanza tempo in ombra per permettere ai vapori di condensare in ghiaccio “ ha detto Carrie Anderson, membro del team CIRS al NASA Goddard Space Center. Finora, la composizione del ghiaccio resta un mistero, anche se gli scienziati hanno escluso composti chimici semplici, come metano, etano e cianuro di idrogeno, che sono tipicamente presenti su Titano. Una possibilità è che sia una miscela di composti organici.
Redazione Media Inaf

Mondi a confronto

Facciamo un gioco: trovare analogie e diversità tra rocce, crateri e altri dettagli di panorami apparentemente simili. In realtà, malgrado le similitudini, quelli che stiamo guardando sono mondi diversi, distanti tra loro milioni di chilometri.
L’immagine di oggi è un montaggio in cui sono state riportate in scala e assemblate le fotografie scattate su diverse superfici planetarie dalle missioni spaziali che le hanno visitate. Un simbolo della lunga collaborazione tra le varie agenzie spaziali e le comunità scientifiche che hanno permesso l’esplorazione contemporanea di corpi diversi del sistema solare. Ma anche una carrellata di mondi solo apparentemente simili ma con storie evolutive molto differenti, che hanno dato vita a condizioni di vita completamente diverse. L’immagine è stata realizzata dal planetologo Mike Malaska, per conto della americana Planetary Society. Mike ha selezionato alcune immagini storiche dell’esplorazione spaziale, portandole in scala e ordinandole (da sinistra verso destra) per complessità geologica crescente, da un primordiale asteroide fino a uno dei tanti oceani che ricoprono la nostra Terra. La prima è stata scattata sulla superficie di Itokawa, un piccolo Near Earth Asteroid dalla forma di una nocciolina lunga 600 m e del diametro medio di circa 300 m. Iotokawa ha ospitato la visita della sonda giapponese Hayabusa che lo ha raggiunto nel 2005 dopo un viaggio di oltre due anni, atterrando su di essa e prelevando dei campioni del suolo, successivamente riportati a Terra. Itokawa è il secondo asteroide su cui sia atterrata una sonda, dopo Eros visitato da NEAR nel 2001. Ed è in assoluto  il primo da cui si siano riportati a terra dei campioni. La superficie, è quella di un corpo indifferenziato e senza atmosfera, craterizzato da impatti con altri corpi, ma privo degli effetti di fenomeni geologici che ne abbiano potuto modificare la superficie. Nella seconda immagine, la Luna fotografata nel 1972 dagli astronauti dell’Apollo 17, l’ultima missione umana realizzata dalla NASA. L’Apollo 17 è allunata a Taurus-Littrow, una valle scelta proprio per analizzare l’altopiano lunare più antico, risalente all’impatto che ha formato il Mare Imbrium e valutare le possibilità di un’attività vulcanica nelle vicinanze. L’immagine racconta la storia di un corpo non modellato da agenti atmosferici e geologicamente poco attivo. Non agendo sulla Luna forze tettoniche, non si vedono tracce di eruzioni vulcaniche o fenomeni sismici ad averne modificato la superficie di recente. Il terzo panorama è stato realizzato sul suolo di Venere ed è una immagine storica, realizzata dalla missione sovietica Venera 14. Insieme alla sua gemella Venera 13 questa sonda è stata lanciata nel 1981 per atterrare sulla superficie del pianeta e raccogliere dati e preziose immagini resistendo per qualche ora alle terribili condizioni venusiane. A differenza dei corpi precedenti, Venere ha una densissima atmosfera composta principalmente da anidride carbonica che genera una pressione al suolo di 90 volte quella terrestre e un effetto serra tale da comportare tempertaure medie di oltre 400 gradi su tutto il pianeta. Quella che vediamo nell’immagine è una superficie più giovane delle precedenti, figlia dall’intensissima attività vulcanica che ha rimodellato il suolo del pianeta in un passato relativamente recente. A seguire, Marte, fotografato più recetemente da Spirit, il primo dei due rover gemelli della NASA che dal 2004 hanno inziato a esplorare il pianeta, funzionando contro ogni aspettativa fino al 2011. L’immagine sembrerebbe quella di un deserto di sabbia con rocce stratificate e dai bordi taglienti, dunque poco esposte a processi atomsferici. E se attualmente le condizioni sul pianeta rosso, la sua tenue atmosfera e le condizioni di pressione e temperatura al suolo, rendono impossibile l’esistenza di acqua liquida, gli scienziati sono sempre più convinti che in un passato più o meno lontano questa possa essere esistita ed aver modificato la superficie del pianeta, esattamente come succede oggi per la Terra. E proprio come succede per la Terra, anche Marte ha un clima che risente di stagioni periodiche, un’intensa attività vulcanica e alcuni indizi suggeriscono che nella sua storia sia esistita attivita tettonica. La penultima immagine è l’orizzonte di Titano, fotografato dalla sonda europea Huygens nel 2005, alla fine della sua avventurosa discesa nell’atmosfera della Luna di Saturno. Qui, il panorama potrebbe sembrare terrestre, con rocce arrotondate, levigate da processi atmosferici simili a quelli del nostro pianeta. I dati raccolti dagli strumenti ancora funzionanti sulla Cassini-Huygens parlano di una luna con una atmosfera di azoto, metano e idrocarburi dove esiste un ciclo del metano che alimenta i laghi che si trovano sulla sua superficie, in tutto e per tutto simile a quello terrestre dell’acqua. Acqua protagonista dell’ultima immagine, decisamente terrestre, uno dei tanti oceani che ricoprono oltre il 70% del nostro pianeta. Una delle possibili conclusioni di una serie di processi evolutivi, che in presenza di alcune fortuite e quasi miracolose condizioni (definite da quella che si chiama “zona abitabile” del pianeta) può portare, in alcuni rari casi, alla nascita della vita.
Per l’immagine originale:
http://www.planetary.org/multimedia/space-images/charts/distant-horizons-different-horizons.html
di Livia Giacomini (INAF)

Fatti un aerosol su Titano

Chi segue il dibattito sul riscaldamento globale (quello terrestre, si intende) ha ormai familiarizzato con la parola. Aerosol, ovvero sospensioni di particelle solide o minuscole goccioline di liquido in un gas. Sono aerosol le nuvole o la nebbia, ma assume questa forma anche lo smog prodotto dalle emissioni inquinanti. E sulla Terra, lo studio degli aerosol e del modo in cui assorbono o riflettono la luce solare è fondamentale per capire come evolverà il nostro clima. Ma gli aerosol esistono anche su altri corpi del Sistema Solare, e qui la domanda è prima di tutto come si formino. Uno studio appena pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences descrive con un dettaglio mai raggiunto finora la formazione di aerosol nella parte più alta dell’atmosfera di Titano, la principale Luna di Saturno che, grazie ai dati della missione Cassini, è ormai di gran lunga uno dei corpi planetari più studiati (anche e soprattutto per le sue interessanti somiglianze con la Terra).
Secondo i ricercatori dell’Università francese di Reims, il tipico “smog” tra il rossiccio e il marrone di Titano sarebbe causato dall’effetto della radiazione solare sulle molecole di azoto e metano nella ionosfera del pianeta. Questa creerebbe una sorta di “zuppa” di ioni negativi e positivi, le cui collisioni con le molecole organiche darebbero luogo a sospensioni di particelle più grandi e complesse, appunto alla base degli aerosol. Nelle parti più basse dell’atmosfera, gli aerosol tendono invece a coagulare, finendo poi per dare luogo alle piogge di idrocarburi che formano laghi e canali sulla superficie di Titano.
I dati utilizzati dal team vengono da tre diversi spettrometri a bordo di Cassini. I ricercatori hanno paragonato i loro risultati a quelli raccolti dalla sonda Huygens (quella che nel 2005 scese sulla superficie di Titano) e hanno trovato risultati paragonabili.
L’importanza di questo studio sta prima di tutto nel fatto che il meccanismo individuato per Titano potrebbe essere valido anche per altri pianeti dotati di ionosfera, in particolare Saturno e Giove. Inoltre, lo studio degli aerosol di Titano può essere un tassello in più per prevedere il comportamento di quelli causati dall’inquinamento terrestre.
di Nicola Nosengo (INAF)

Cosa copre i crateri di Titano?

Proprio come certe star del cinema, Titano (il principale satellite di Saturno) potrebbe nasconderci la sua vera età, coprendo i segni del tempo con uno strato di trucco. Lo sospettano i ricercatori del team della missione Cassini, secondo cui la scarsità di crateri sulla superficie di Titano rispetto ad altri satelliti di Saturno sarebbe dovuta non al fatto che sia più giovane. Al contrario, sarebbe solo dovuta al fatto che sulla sua superficie si muovono dune di sabbia che lentamente riempiono e ricoprono i crateri nascondendoli alla nostra vista.
“La maggior parte dei satelliti di Saturno, i fratelli di Titano, hanno migliaia di crateri” spiega Catherine Neish, radarista nel team di Cassini. “Ma finora, su quel 50 per cento della superficie di Titano che abbiamo studiato in alta risoluzione, abbiamo trovato appena una sessantica di crateri. È possibile che ce ne siano in realtà molti di più, ma che non siano visibili dallo spazio perché sono stati erosi troppo. Tipicamente noi usiamo proprio il numero di crateri per stimare l’età di un pianeta: più ce ne sono più è vecchia la superficie. Ma se processi come l’erosione o lo spostamento di dune di sabbia li riempiono, allora il pianeta potrebbe essere molto più vecchio di come appare”.
Questo sembra essere il caso di Titano, la sola luna nel sistema solare con una atmosfera densa, e l’unico corpo oltre alla Terra con laghi e mari sulla sua superficie. Neish e il suo team hanno confrontato i crateri di Titano con quelli di Ganimede, una luna di Giove per molti versi simile, ma priva di atmosfera, e quindi di vento o precipitazioni che possano erodere la superficie. Hanno scoperto che i crateri di Titano sono in media centinaia di metri meno profondi di quelli di Ganimede, evidentemente perché qualcosa interviene a riempirli.
Il candidato più probabile è che frammeni di metano (presente nell’atmosfera) vadano a formare molecole di idrocarburi complessi nelle zone superiori dell’atmosfera, formando un denso smog arancione che poi cade sulla superficie in forma di pioggia. A questo punto le particelle più grandi si legano formando una sorta di sabbia.
“Su Titano vediamo crateri a tutti gli stadi” spiega Neish. “Alcuni che iniziano appena ad essere riempiti, altri a metà strada, alcuni completamente pieni. Questo fa pensare che sia all’opera un processo in cui la sabbia viene spinta dal vento e riempie i crateri a un ritmo costante”.
di Nicola Nosengo (INAF)

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