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Viaggio nel sistema solare: Saturno, il Signore degli anelli

Reading Time: 9 minutes

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livello elementare
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ARGOMENTO: ASTRONOMIA
PERIODO: NA
AREA: NA
parole chiave: Saturno

 

Il Signore degli anelli
Saturno
è il sesto pianeta dal Sole e il secondo pianeta più grande del nostro sistema solare. Adornato con migliaia di bellissimi boccoli, Saturno è unico tra i pianeti. Non è l’unico pianeta ad avere anelli – fatti di pezzi di ghiaccio e roccia – ma nessuno è spettacolare o complicato come quello di Saturno. Come Giove, Saturno è composto principalmente da idrogeno ed elio.

Conosciuto fino dall’antichità
I più antichi documenti scritti che documentano l’esistenza di Saturno sono del VII secolo avanti Cristo e sono attribuiti agli Assiri. Descrissero il pianeta come una scintilla nella notte chiamandolo la “Stella di Ninib“. Nel IV secolo a.C . gli astronomi greci chiamarono quella che pensavano fosse una stella errante Kronos, il dio dell’agricoltura. Nome che fu cambiato dai Romani con l’analoga divinità Saturno. Nel XVII secolo Galileo Galilei individuò gli anelli di Saturno attraverso un telescopio. Inizialmente il pianeta gli apparve accompagnato da altri due corpi sui lati, e pertanto lo definì “tricorporeo”. Galileo nei suoi numerosi schizzi ipotizzò varie soluzioni per la forma di quel “bizzarro”, come lui lo definiva, pianeta. Fra di esse anche la presenza di possibili anelli, tangenti la superficie del corpo celeste. Nel 1649 Eustachio Divini, un costruttore di telescopi marchigiano, pubblicò per la prima volta un’illustrazione dettagliata degli anelli di Saturno. Fu però Christiaan Huygens che nel 1655 definì la struttura anulare intorno a Saturno e la sua luna più grande, Titano. Nel 1675 l’astronomo Gian Domenico Cassini scoprì una “divisione” spaziale tra quelli che ora sono chiamati gli anelli A e B e scoprì anche quattro delle sue lune.

Febe, il misterioso satellite retrogrado di Saturno, credit NASA

Nel 1899 William Henry Pickering scoprì Febe, un suo satellite irregolare che non ruota in sincronia con Saturno come le altre lune maggiori, bensì in un’orbita retrograda. Nel XX secolo i progressi della tecnica portarono le prime sonde intorno al gigante gassoso. Il primo veicolo spaziale a raggiungere Saturno fu Pioneer 11, nel settembre 1979, che scoprì l’anello F ed una nuova luna. Nel 1980 fu la volta di Voyager 1 che mostrò la struttura del sistema degli anelli. L’anno seguente Voyager 2 fornì immagini più dettagliate e documentò nuovi particolari sulla densità degli anelli. Il 1 luglio 2004, la navicella spaziale Cassini della NASA orbitò per prima attorno a Saturno, iniziando una missione decennale che rivelò molti segreti e sorprese. Di particolare importanza fu l’atterraggio, il 14 gennaio 2005 della sonda Huygens dell’Agenzia spaziale europea sulla superficie della gigantesca luna di Saturno, Titano. La sonda fornì il primo studio diretto della sua atmosfera e le prime e uniche immagini dirette della superficie di Titano.

pittorico della Sonda Cassini nella sua lunga missione intorno a Saturno

Negli anni seguenti vennero scoperti nuovi anelli, alcuni coincidenti con le orbite di alcune lune. Tra di essi, nel 2009 un gigantesco anello a bassa densità associato alla più lontana luna di Saturno, Febe. La sonda Cassini, dopo tredici anni di osservazioni, nel settembre 2017 fu diretta verso il pianeta, attraversando la sua atmosfera raccogliendo nuovi dati. Lo studio sul signore degli anelli non è terminato e continua con il telescopio Hubble.

Queste tre vedute di Saturno furono registrate dal telescopio spaziale Hubble quando l’emisfero sud del pianeta raggiunse la sua massima inclinazione di 27 gradi verso la Terra. Le immagini utilizzate per costruire le immagini (a falsi colori) sono state realizzate attraverso una combinazione di filtri che coprono lo spettro elettromagnetico dalle lunghezze d’onda ultraviolette (in alto), visibili (al centro) e agli infrarossi (in basso), evidenziando le diverse caratteristiche delle bande e degli anelli atmosferici di Saturno. credit NASA

Saturno
Ci siamo avvicinati a questo grande gigante gassoso, poco più piccolo di Giove, che possiede un raggio di oltre 58000 chilometri, circa nove volte più grande della Terra. Mediamente si trova ad una distanza di circa 1,4 miliardi di chilometri, circa 9,5 unità astronomiche, dal Sole. Da quella distanza, la luce del Sole impiega circa 80 minuti per arrivare a Saturno. Come Giove, si formò circa 4,5 miliardi di anni fa, quando la gravità tirò gas vorticoso e polvere per diventare questo gigante gassoso. Circa 4 miliardi di anni fa, Saturno si stabilì nella sua attuale posizione nel sistema solare esterno, addensando gas e polveri in un gigante gassoso costituito da idrogeno ed elio, curiosamente gli stessi due componenti principali che compongono il Sole.

La distanza media di Saturno dal Sole è di 1,4 ×109 km e impiega circa 29,5 anni a compiere un’orbita, qui rappresentata in rosso, attorno al Sole. da Wikipedia

Saturno impiega solo 10,7 ore per effettuare una rotazione completa e compie un’orbita completa attorno al Sole (il suo anno solare) in circa 29,4 anni terrestri. Grazie ad un’inclinazione di circa 27 gradi rispetto alla sua orbita intorno al Sole presenta delle stagioni come il pianeta Terra, anche se molto più lunghe. Saturno possiede numerosi satelliti che però visiteremo in un prossimo viaggio. Se ne conoscono ben 53 lune confermate con 29 la cui determinazione è ancora incerta.

Geologia
Come abbiamo premesso l’atmosfera di Saturno è composta principalmente da Idrogeno (95%) e Elio (3%) a cui seguono gli altri elementi. Al centro di Saturno c’è un denso nucleo di metalli come ferro e nichel circondati da materiale roccioso ed altri composti solidificati dall’intensa pressione e calore. È avvolto da idrogeno metallico liquido, simile al nucleo di Giove ma di dimensioni notevolmente minori. Sebbene possa apparire strano, la sua densità media è inferiore all’acqua.

tempesta su Saturno – credit NASA

Essendo un gigante gassoso, non ha una vera superficie. Potremmo immaginarlo come una sfera di gas vorticoso che avvolge un livello liquido più in profondità. Saturno è ricoperto da nuvole che appaiono come strisce deboli, getti d’acqua e tempeste. Il pianeta mostra molte sfumature diverse che vanno dal giallo al marrone fino al grigio. Nell’atmosfera di Saturno oltre a Idrogeno e Elio, sono state rilevate anche tracce di ammoniaca, acetilene, etano, propano, fosfina e metano. Le nubi superiori sono costituite da cristalli di ammoniaca, che gli conferiscono il tipico aspetto giallognolo, mentre quelle degli strati inferiori sembrano essere composte da idrosolfuro di ammonio (NH4SH) e acqua. 

Struttura di Saturno da Wikipedia opera di Andrea Pittalis

Una cosa incredibile è che Saturno, nonostante la sua distanza dal Sole,  è molto più caldo di quanto si possa immaginare. Al pari di Giove, Saturno irradia radiazioni nella banda dell’infrarosso, energeticamente più che doppie rispetto a quelle che riceve dal Sole. Questo fenomeno è forse legato a goccioline d’elio che sprofondano nell’oceano liquido sottostante e, con l’aumento della pressione in gioco, si comprimono liberando il calore che riscalda l’atmosfera. A causa di ciò la sua temperatura media è quindi di 130 gradi Celsius.

tempesta su Saturno NASA

Se provassimo a volare nella sua tempestosa atmosfera saremmo sottoposti a venti impetuosi che possono raggiungere oltre 1500 km/ora all’Equatore. Il suo polo nord ha un’interessante caratteristica atmosferica: un flusso a getto con sei facce. Questo modello a forma esagonale fu notato per la prima volta nelle immagini del veicolo spaziale Voyager I e, in seguito, più attentamente osservato dal veicolo spaziale Cassini.

credit NASA

Con un’estensione di circa 20.000 miglia l'”esagono” è modulato da venti che soffiano ad oltre 300 chilometri all’ora intorno ad un’enorme tempesta rotante al centro. Un fenomeno unico che non ha riscontro in nessun’altra parte del sistema solare.

Le sonde spaziali hanno permesso di osservare da vicino l’atmosfera di Saturno che mostra avere delle bande simili a quelle di Giove, anche se meno evidenti. Esse sono più larghe vicino all’equatore. Le formazioni atmosferiche (macchie, nubi) sono così deboli da non essere mai state osservate prima dell’arrivo delle sonde Voyager. Grazie al telescopio Hubble è possibile condurre regolari osservazioni delle sue caratteristiche atmosferiche. Interessante quelle che hanno evidenziato delle tempeste di forma ovale molto simili a quelle di Giove.

credit Nasa

Il mistero dei suoi anelli
La caratteristica più nota di Saturno sono i suoi anelli, probabilmente resti di comete, asteroidi e rocce in frantumi che si distrussero prima di raggiungere il pianeta, lacerati dalla sua potente gravità. In pratica miliardi di piccoli pezzi di ghiaccio e roccia ricoperti da polveri. Alcune sono grandi come montagne. Di colore biancastro, ogni anello orbita ad una velocità diversa intorno al pianeta. Il sistema di anelli di Saturno si estende fino a 175.000 miglia dal pianeta, ma l’altezza verticale è in genere di circa 10 metri negli anelli principali.

Gli anelli furono scoperti in epoche diverse per cui non hanno un nome distintivo ma vengono denominati con una lettera sequenziale partendo da A a G. Gli anelli sono relativamente vicini l’uno all’altro, ad eccezione di un’area larga circa 2.900 miglia chiamata Divisione Cassini che separa gli Anelli A e B. Gli anelli principali sono A, B e C. mentre quelli D, E, F e G, scoperti di recente, sono più deboli. A partire da Saturno e spostandosi verso l’esterno, troviamo gli anelli D, C, e B, poi la divisione Cassini, seguita dagli anelli A, F, G e infine quello più lontano E.

Ma c’è di più. Nell’ottobre del 2009 grazie al telescopio spaziale Spitzer, fu scoperto il più grande anello di Saturno alla periferia del suo sistema, posto in un’orbita inclinata di 27° rispetto al piano dei sette anelli principali. Il nuovo anello, viene chiamato di Febe in quanto si ritiene si sia originato dal satellite esterno Febe. Questo anello è probabilmente composto di ghiaccio e polveri alla temperatura di -157 °C. ed è visibile solo agli infrarossi.

immagine ripresa da Hubble – credit NASA e ESA

Magnetosfera
L’esistenza della magnetosfera di Saturno è stata accertata dalla sonda Pioneer 11 nel 1979. Sebbene il suo campo magnetico sia minore di quello di Giove è ancora 578 volte più potente di quello terrestre. Saturno, gli anelli e molti dei satelliti si trovano tutti all’interno della magnetosfera di Saturno. La magnetosfera è composta da fasce di radiazione toroidali nelle quali si ritrovano elettroni e nuclei atomici ionizzati. Il tutto si estende per oltre due milioni di chilometri e anche oltre nella direzione opposta a quella del Sole. L’interazione tra la magnetosfera e la ionosfera provoca aurore polari che circondano i poli. La sonda Cassini ha dimostrato che alcune di esse sono simili a quelle di Giove e sono in gran parte non influenzate dal vento solare ma causate dalla combinazione di particelle espulse dalle lune di Saturno e dalla velocità di rotazione rapida del suo campo magnetico. Un bel mistero che non è stato ancora completamente compreso.

magnetosfera da sito 

Colonizzazione
Il nostro viaggio, come ricorderete, è inteso a scoprire un’alternativa al pianeta Terra per i secoli a venire. Purtroppo anche l’ambiente di Saturno non è favorevole alla vita come la concepiamo. Le temperature, le pressioni e i materiali che caratterizzano questo pianeta sono troppo estremi. Un veicolo spaziale non avrebbe nessun posto dove atterrare su Saturno e non sarebbe nemmeno in grado di attraversare la sua atmosfera in quanto sarebbe soggetto a pressioni e temperature estreme che lo schiaccerebbero e lo vaporizzerebbero. Ma c’è una speranza … alcuni satelliti di Saturno, che visiteremo nel prossimo viaggio, sembrano essere particolarmente interessanti, avendo grandi oceani interni che potrebbero ospitare qualche forma di vita. Scaldiamo quindi i motori per le lune di Saturno.

 

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