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Viaggio nel sistema solare: le lune di Saturno

livello elementare
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ARGOMENTO: ASTRONOMIA
PERIODO: NA
AREA: SISTEMA SOLARE
parole chiave: Saturno, colonizzazione

 

Rea, una luna di Saturno con i suoi anelli

Dopo aver sorvolato virtualmente Saturno non possiamo non dare un’occhiata anche alle sue tante lune. Come vedremo, alcune appaiono interessanti per una futura colonizzazione e potrebbero ospitare qualche forma di vita primordiale. Ma non anticipiamo nulla e accendiamo i motori verso le lune del Signore degli anelli.

La loro scoperta
Le prime lune di Saturno furono scoperte mediante dei telescopi ottici. La più grande luna, Titano, fu scoperta nel 1655 dal famoso astronomo Christiaan Huygens. In seguito furono scoperte Thetis, Dione, Rea e Iapeto, tra il 1671 e il 1684, da Giovanni Domenico Cassini. Mimas ed Encelado furono poi scoperte nel 1789 da William Herschel mentre Hyperion nel 1848 da W.C. Bond, G.P. Bond e William Lassell. Ulteriori lune furono scoperte attraverso la lunga esposizione di lastre fotografiche. La prima fu Phoebe nel 1899 da W.H. Pickering. Nel 1966 fu individuato Janus da Audouin Dollfus. Nel 1980, si aggiunsero tre ulteriori lune, chiamate Helene, Telesto e Calypso, successivamente confermate dalle sonde Voyager.

Prometeo fotografato dalla sonda Cassini – NASA

Di fatto, lo studio dei pianeti esterni fu rivoluzionato dalla disponibilità di sonde spaziali Voyager che raggiunsero Saturno nel 1980-1981 portando alla scoperta di tre lune aggiuntive: Atlante, Prometeo e Pandora. Nell’estate del 2004, arrivò a Saturno la sonda Cassini che scoprì che nella struttura degli anelli vi erano molte lune in orbita al loro interno. Ma non solo … nel 2008 un impoverimento di elettroni energetici nella magnetosfera di Saturno, vicino a Rea, rivelò la presenza di un tenue sistema ad anello attorno alla seconda luna più grande di Saturno. In altre parole si scoprì che anche la luna Rea possedeva degli anelli come Saturno. 

Come si formarono le lune di Saturno?
Alcune lune furono catturate dalla gravità di Saturno, altre si formarono dall’urto di corpi celesti che si disintegrarono creando polveri e rocce oppure si fusero insieme. Ad esempio, il sistema di Titano si potrebbe essere sviluppato a causa di una seconda luna che si distrusse, producendo anelli e lune interne di medie dimensioni, oppure, in un’ipotesi ancora più suggestiva, a causa della fusione di due grandi lune che poi formarono Titano. Una caratteristica interessante di alcune lune è la presenza sulla loro superficie di crio-vulcani ovvero di vulcani di ghiaccio. Una scoperta straordinaria perché si ritiene che queste strutture possano essere la culla della vita nell’universo, con le loro sorgenti d’acqua nascoste sotto il guscio superficiale del corpo celeste.

Siamo ora arrivati al momento di avvicinarci alle sue lune per esplorarle
Le lune di Saturno sono numerose e diverse, che vanno da minuscoli moonlet (piccole lune) dell’ordine delle decine di metri fino all’enorme Titano, che è più grande del pianeta Mercurio. Saturno ha circa 82 lune, battendo per ora Giove che si è fermato a 79. le loro orbite non  sono incorporate nei suoi anelli che sono formati da milioni di rocce e particelle. Per comodità ci dedicheremo alle lune maggiori tra le quali, forse, potremmo scoprire condizioni idonee per colonizzazioni future.

Rea – NASA

Solo sette lune di Saturno sono abbastanza grandi da aver assunto una forma ellissoidale, sebbene solo una o due di queste, Titano e forse Rea, sembrino aver raggiunto un equilibrio idrostatico. Ventiquattro delle lune di Saturno sono satelliti regolari, hanno orbite progradi ed includono i sette satelliti principali e quattro piccole lune che esistono in un’orbita troiana. Altri due satelliti regolari orbitano all’interno di spazi vuoti negli anelli di Saturno. Hyperion, una luna relativamente grande, è invece bloccata in una risonanza con Titano. Le restanti lune regolari orbitano vicino al bordo esterno dell’anello A, all’interno dell’anello G, poste tra le lune principali Mimas ed Encelado.

I satelliti regolari prendono tradizionalmente il nome di Titani con nomi associati al mitologico dio Saturno. I rimanenti 58, con diametri medi che vanno dai 4 ai 213 km, sono invece dei satelliti irregolari, le cui orbite sono molto più lontane da Saturno, hanno alte inclinazioni e possono essere sia progradi che retrogradi.

I satelliti irregolari sono stati suddivisi, in base alle loro caratteristiche orbitali, nei gruppi Inuit, Norreno e Gallico, facilmente attribuibili grazie a i nomi legati alle rispettive mitologie. La più grande delle lune irregolari è Phoebe, la nona luna di Saturno, scoperta alla fine del XIX secolo. Gli anelli di Saturno, come abbiamo descritto nell’articolo su Saturno, sono costituiti da oggetti di dimensioni variabili da polveri a rocce di centinaia di metri di diametro, ciascuno nella propria orbita attorno a Saturno. Sarebbe troppo complesso occuparci di tutte e per questo motivo ci concentreremo solo sulle lune maggiori, in particolare su quelle che ci possono interessare maggiormente per una futura colonizzazione.

Le lune maggiori
Le più grandi lune interne di Saturno orbitano all’interno del suo tenue Anello E insieme a tre lune più piccole del gruppo degli Alkyonides.

MIMAS
è la più piccola e meno massiccia delle lune rotonde interne. Ha una forma ovoidale, più corto ai poli e più lungo all’equatore (di circa 20 km) a causa degli effetti della gravità di Saturno.

Mimas – NASA

Mimas possiede un enorme cratere di impatto (che si estende per un terzo del suo diametro) chiamato Herschel, situato nel suo emisfero principale. Mimas non sembra avere attività geologiche né passate né presenti per cui la morfologia craterizzata deriva da urti di meteoriti o altri corpi. Le uniche caratteristiche tettoniche conosciute sono alcune depressioni arcuate e lineari, che probabilmente si sono formate quando Mimas fu devastata dall’impatto dell’asteroide che generò Herschel.

ENCELADO
Encelado è una delle più piccole lune di Saturno di forma sferica e ancora geologicamente attivo. La sua superficie è morfologicamente diversa; comprende aree con presenza di crateri e ampie pianure con pochi crateri da impatto. Molte pianure su Encelado sono fratturate e intersecate da canali.

Encelado – immagine raccolta dalla sonda Cassini – NASA

La sonda Cassini ha rilevato intorno al polo sud della luna una zona particolarmente calda con la presenza di un sistema di fratture lungo circa 130 km, da cui vengono emessi getti di vapore acqueo e polvere. Questi getti possono formare un grande pennacchio che funge da fonte principale di ioni nella magnetosfera di Saturno. Poiché la gravità di Encelado è troppo debole per trattenere un’atmosfera, essa potrebbe essere rifornita dai vulcani di ghiaccio o da dei geyser. Inoltre, gli scienziati ritengono che Encelado possa avere acqua liquida al di sotto della superficie sud-polare. Il ghiaccio puro sulla sua superficie lo rende uno degli oggetti più luminosi conosciuti nel Sistema Solare con un’albedo che supera il 140%.

TETHYS
Tethys è la terza più grande delle lune interne di Saturno. Volandoci intorno potremmo notare subito un enorme cratere del diametro di 400 km che è stato chiamato Odisseo ed un vasto sistema di canyon chiamato Itaca Chasma che si estende per almeno 270° attorno alla luna.

Thetys – NASA

Nonostante non siano state notate attività geologiche, l’area crateale occupa la maggior parte della sua superficie, con una minima regione che presenta delle pianure. Gli scienziati ritengono che quest’ultima potrebbe essere geologicamente più giovane. La luna ha una bassa densità per cui potrebbe essere costituita da ghiaccio d’acqua con piccole zone rocciose.

DIONE
Dione è la seconda luna interna più grande di Saturno, con una densità compresa tra quella di Encelado (maggiore) e di Rea (minore)

Dione – NASA

Anche questa luna è coperta da una vasta rete di canali e linee, indicando un passato in cui esisteva un’attività tettonica. Le pianure presentano anche alcuni grandi crateri da impatto che raggiungono i 250 chilometri di diametro. Nelle distese pianeggianti sono presenti piccoli rari crateri da impatto. Dione potrebbe essere geologicamente attivo anche se su una scala molto più piccola di Encelado. Ciò è stato confermato dalle misurazioni del campo magnetico effettuate dalla sonda Cassini che mostrano che Dione sia una fonte di plasma nella magnetosfera di Saturno, proprio come Encelado.

REA
Rea è la seconda più grande delle lune di Saturno. Una sua peculiarità è che potrebbe a vere degli anelli equatoriali.

Rea – NASA

Nel 2005 Cassini rilevò un impoverimento di elettroni nella scia del plasma di Rea fu ipotizzato che esso fosse causato dalla presenza di particelle concentrate in alcuni deboli anelli equatoriali. Se confermato, un tale sistema ad anello renderebbe Rea l’unica luna nel Sistema Solare per avere anch’essa degli anelli. Rea non evidenzia alcuna attività geologica interna ed ha una tipica superficie fortemente craterizzata, con eccezione di alcune grandi fratture, e due bacini di impatto molto grandi sul suo emisfero opposto a Saturno, che sono di circa 500 km di larghezza. Il primo, denominato Tirawa, è approssimativamente paragonabile al bacino di Odisseo su Thetys. Esiste anche un cratere da impatto di 48 km di diametro chiamato Inktomi che è prominente a causa di un esteso sistema di raggi luminosi, forse uno dei crateri più giovani sulle lune interne di Saturno.

TITANO
Titano, con ben 5.149 chilometri di diametro, è la seconda luna più grande del Sistema Solare ed è anche la più grande di Saturno.

Titano – NASA

Titano è l’unica luna con un’atmosfera densa (con una pressione superficiale di 1,5 atmosfere), ed è costituita principalmente da azoto con una piccola frazione di metano. L’atmosfera densa produce frequentemente delle nuvole convettive bianche molto luminose, specialmente nella regione del polo sud.

Immagine (in falsi colori) dell’atmosfera di Titano – sonda Voyager 1. È visibile lo strato di foschia distaccato (in blu) che sovrasta la parte più densa dell’atmosfera (in arancio). – NASA

Nel 2013, gli scienziati dell’IAA-CSIC rilevarono degli idrocarburi policiclici aromatici nell’atmosfera superiore di Titano, elemento di particolare interesse. La sua superficie è difficile da osservare a causa della persistente foschia atmosferica, ma mostra alcuni crateri da impatto. Con la presenza di canali di flusso e criovulcani, nelle regioni scure si osservano campi di dune longitudinali modellati da venti di marea, dove la sabbia è costituita da acqua ghiacciata o da idrocarburi. Titano è l’unico corpo nel Sistema Solare, oltre alla Terra, che presenta depositi liquidi sulla sua superficie, sotto forma di laghi di metano-etano nelle regioni polari nord e meridionali. In particolare, gli scienziati ritengono che esista un oceano sotterraneo fatto di acqua mescolata con ammoniaca, che possa eruttare sulla superficie della luna, creando fenomeni di criovulcanismo.

Non laghetti trascurabili … il suo lago più grande, il Kraken Mare, è più grande del Mar Caspio ed ha una densità simile a quella del Mar Morto.

 I dati raccolti dal radar Cassini mostrano che i mari di Titano sono ricchi di metano liquido. Credito: Swelllinesmag.com


HYPERION
Hyperion è la luna più vicina a Titano con cui interagisce in una risonanza di movimento che comporta che mentre Titano fa quattro rivoluzioni attorno a Saturno mentre Hyperion ne fa esattamente tre.

Hyperion – NASA

Ha una forma estremamente irregolare e una superficie ghiacciata di colore marrone chiaro molto strana che ricorda una spugna. La sua densità media è di circa 0,55 g / cm3 indicando che la sua porosità supera il 40%. La superficie è coperta da numerosi crateri da impatto, quelli con diametri da 2 a 10 km sono particolarmente abbondanti. Una curiosità: Hyperion è l’unica luna nota per avere una rotazione caotica, il che significa che non ha poli o equatori ben definiti con un comportamento rotazionale sostanzialmente molto poco prevedibile.

IAPETO
Iapeto è la terza luna più grande di Saturno e si distingue per la sua decisamente insolita superficie bicolore; il suo emisfero principale è nero come la pece mentre il resto è brillante come la neve fresca.

Iapeto – NASA

Le immagini della sonda Cassini hanno mostrato che il materiale scuro è confinato in una vasta area quasi equatoriale nell’emisfero principale chiamato Cassini Regio, che si estende approssimativamente da 40 ° Nord a 40 ° Sud. Le immagini catturate da Cassini mostrano almeno quattro grandi bacini di impatto con diametri da 380 a 550 km e numerosi piccoli crateri da impatto ma nessuna attività endogena. L’aspetto bicolore di Iapeto deriva dal contrasto tra le aree luminose, principalmente ricoperte di ghiaccio, e le regioni scure, scoperte dopo la perdita di ghiaccio superficiale.

Le lune irregolari 
Queste lune sono piccoli satelliti con orbite a grande raggio, inclinate e spesso retrograde, che si ritiene siano state catturate da Saturno. Sono di colore neutro o moderatamente rosso, simili agli asteroidi di tipo C, tipo P o tipo D, sebbene siano molto meno rossi degli oggetti della cintura di Kuiper.

Il gruppo Inuit comprende sette lune esterne prograde che sono abbastanza simili nelle loro distanze dal pianeta, le loro inclinazioni orbitali (45–50 °) e i loro colori da poter essere considerati un gruppo. La più grande tra queste è Siarnaq con una dimensione stimata di circa 40 km. Oltre al gruppo Iniut, abbiamo il gruppo gallico, costituito da quattro lune esterne prograde ed il gruppo norvegese (o Phoebe) composto da ben 46 lune esterne retrograde.

Phoebe – immagine sonda cassini – NASA

Tra le galliche, la maggiore è Phoebe, con diametro di circa 214 km, di gran lunga il più grande dei satelliti irregolari di Saturno. Ha un’orbita retrograda e ruota sul suo asse ogni 9,3 ore. Phoebe fu la prima luna di Saturno ad essere studiata in dettaglio da Cassini, nel giugno 2004; durante questo incontro Cassini fu in grado di mappare quasi il 90% della superficie della luna. Phoebe ha una forma quasi sferica e una densità relativamente alta di circa 1,6 g / cm3.

pittorico sonda Cassini – NASA

Le immagini di Cassini hanno rivelato una superficie scura segnata da numerosi impatti. Le analisi spettroscopiche hanno rivelato che la sua superficie sia costituita da ghiaccio d’acqua, anidride carbonica, fillosilicati, sostanze organiche e possibilmente minerali contenenti ferro.

Colonizzazione delle lune di Saturno
Finalmente abbiamo trovato due lune interessanti per future colonizzazioni … certo non si tratta di pianeti o satelliti con caratteristiche simili alla Terra ma che possono fornire ai coloni fonti di deuterio ed elio-3 per guidare un’economia di fusione, ovvero quelle risorse necessarie per stabilire una presenza umana.

Lo scienziato Robert Zubrin identificò Titano come maggiore candidato per una futura colonizzazione grazie all’abbondanza di tutti gli elementi necessari per sostenere la vita. La superficie di Titano presenta pochi crateri ed è probabilmente composta da ghiaccio d’acqua e laghi di idrocarburi liquidi nelle sue regioni polari.

pittorico dell’atmosfera di Titano da Wikipedia

La temperatura è mediamente molto bassa (95 K – -178 Celsius) e l’atmosfera sufficientemente densa. Si sospetta che possano verificarsi inondazioni improvvise causate da piogge di idrocarburi allo stato liquido. Le immagini scattate dalla sonda Cassini nell’ottobre 2004 hanno infatti permesso di individuare nubi di alta quota in prossimità del polo sud del satellite, ma con una composizione a differente dal metano.

le similitudini con la Terra sono incredibili … A sinistra, Belet e Fensal, due diverse distese di dune su Titano, fotografate dal radar della sonda Cassini. A destra, due distese simili presenti sulla Terra, a Rub’ al-Khali‎, in Arabia Saudita.  Crediti: NASA/JPL–Caltech/ASI/ESA, USGS/ESA

Osservazioni all’infrarosso effettuate, tramite i telescopi Keck e il Very Large Telescope, hanno rivelato che sul satellite si sviluppano frequenti piogge di metano, cosa che fa ipotizzare che su Titano si sia sviluppato un completo ciclo del metano che provvede ad alimentare i laghi di metano che si trovano sulla superficie.

Un’altra luna interessante è Encelado. Il 9 marzo 2006, la sonda spaziale Cassini della NASA scoprì possibili prove della presenza di acqua allo stato liquido nel sottosuolo di Encelado. Ciò comporta che un’eventuale base potrebbe raccogliere molto più facilmente e in modo sicuro. Inoltre, si potrebbe ottenere metano dalla decomposizione dei clatrati di metano/acqua, un processo che richiede temperature più basse rispetto alle eruzioni di acqua liquida.

Encelado espelle pennacchi di acqua salata misti a granelli di sabbia ricca di silice, azoto (ammoniaca), e molecole organiche, incluse tracce di idrocarburi semplici come metano (CH4), propano (C3H8), e altre molecole contenenti carbonio. Questo fa presupporre che esista una attività idrotermale nell’oceano sotterraneo di Encelado, che potrebbe essere sfruttata come fonte di energia.

attività idrotermale su Encelado – immagine raccolta dalla sonda Cassini – NASA

La presenza di un oceano salato interno con un ambiente acquatico con una fonte di energia e composti organici complessi a contatto con il nucleo roccioso di Encelado, fa ipotizzare che potrebbero ospitare forme di vita extraterrestre microbiche. Fantascienza? Non proprio … è quello che avviene nelle profondità dei nostri oceani, nelle black smoke.

black smoke abissali – wikipedia

Una possibilità di colonizzazione talmente elevata che sono state proposte diverse missioni robotiche per esplorare Titano e Encelado e valutarne l’effettiva abitabilità. Tra tutte la missione Journey to Enceladus and Titan (JET) per valutare il potenziale di abitabilità di Encelado e Titano. Il concetto di JET fu proposto nel 2011 dal Jet Propulsion Laboratory al Discovery Program della NASA per la sua 13a missione, ma non fu selezionato come semifinalista.

Un’altra proposta di missione è la Enceladus Life Signatures and Habitability (ELSAH), proposta nel 2017 al programma New Frontiers della NASA per inviare un veicolo spaziale su Encelado per cercare segnature biologiche e valutarne l’abitabilità.
Nessun dettaglio della missione è stato ancora reso pubblico, ma gli osservatori ipotizzano che si tratterebbe di una missione di raccolta dati orbitali. I due finalisti, annunciati il 20 dicembre 2017, sono Dragonfly to Titan e CAESAR (Comet Astrobiology Exploration Sample Return), una missione intesa a prelevare dei campioni di sedimento sulla cometa 67P / Churyumov – Gerasimenko.

Il futuro ci riserverà sempre nuove sorprese … ma intanto continuiamo il nostro viaggio verso Nettuno.

 

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