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Un diario di cose celesti

Chi siamo? Perché?

Quanto sono vecchi gli anelli di Saturno?

16 Sep 2012 11:45 PM – Michele Diodati

Un'immagine degli anelli di Saturno ottenuta il 21 giugno 2004 dalla sonda Cassini, nove giorni prima di entrare in orbita intorno al pianeta gigante. Gli anelli sono visti nei loro colori naturali, da una distanza di 6,4 milioni di km (ogni pixel corrisponde a 38 km). L'anello B è il più brillante. Si apprezzano chiaramente le sue sfumature color sabbia, alternativamente più chiare e più scure. Cortesia: NASA/JPL/Space Science Institute

Un'immagine degli anelli di Saturno ottenuta il 21 giugno 2004 dalla sonda Cassini, nove giorni prima di entrare in orbita intorno al pianeta gigante. Gli anelli sono visti nei loro colori naturali, da una distanza di 6,4 milioni di km (ogni pixel corrisponde a 38 km). L'anello B è il più brillante. Si apprezzano chiaramente le sue sfumature color sabbia, alternativamente più chiare e più scure. Cortesia: NASA/JPL/Space Science Institute

Probabilmente nessun oggetto celeste più degli anelli di Saturno è in grado di suscitare meraviglia e mistero. Anche chi non ha mai sollevato gli occhi verso il cielo né mostrato il minimo interesse per le cose dell'astronomia sa che esiste un pianeta circondato da uno strano sistema di anelli. Ma pochi sanno, forse, che neppure gli astronomi conoscono precisamente il tempo e il modo in cui a Saturno crebbero quei famosi anelli.

Del resto, il fatto che gli esseri umani e l'astronomia siano comparsi solo alcuni miliardi di anni dopo la nascita del sistema solare rende inevitabile procedere per via di ipotesi e simulazioni al computer. Purtroppo non eravamo lì, quando un ignoto evento o, più probabilmente, un'intera serie di eventi cataclismatici generò quell'enorme e sottilissima formazione ad anelli concentrici che circonda Saturno. La struttura è veramente immensa: il raggio che va dal centro del pianeta al bordo dell'anello F, il più esterno, è di 140.220 km, il che rende il diametro della circonferenza esterna degli anelli pari a oltre 280.000 km. Oltre sette decimi della distanza media tra la Terra e la Luna e quasi il doppio del diametro di Giove! Il bordo dell'anello D, il più interno, si trova a 74.500 km dal centro di Saturno. Pertanto, l'estensione orizzontale del sistema degli anelli, dal più interno al più esterno, è di 65.720 km: occorrerebbe mettere in file cinque pianeti grandi come la Terra per colmare la stessa distanza. A dispetto di una così grande estensione orizzontale, lo spessore è veramente minimo, variando da una decina di metri a un chilometro al massimo.

Fino a non molto tempo fa, la teoria più accreditata era che gli anelli di Saturno si fossero formati non più di un centinaio di milioni di anni fa. A quell'epoca sulla Terra dominavano ancora i dinosauri, ma cento milioni di anni sono appena un battito di ciglia in termini cosmologici. Tra le principali ragioni che suggerivano questa conclusione vi è la notevole brillantezza degli anelli: se fossero antichi, ragionavano gli studiosi del problema, dovrebbero apparire molto più scuri, perché contaminati da impatti meteorici che avrebbero "sporcato" la struttura, composta ancora oggi principalmente da ghiaccio d'acqua e, in proporzioni molto minori, da polveri e particelle di origine rocciosa.

Ma poi l'arrivo nel 2004 della sonda Cassini nel sistema di Saturno ha permesso di accumulare nuove informazioni, che rendono oggi credibili nuove ipotesi. Secondo Larry Esposito, principal investigator della missione Cassini per lo spettrografo a ultravioletti, vi è una crescente evidenza a sostegno dell'idea che gli anelli di Saturno, o almeno alcuni di essi, siano tutt'altro che recenti. È possibile, anzi, afferma Esposito, che Saturno possieda i suoi anelli da diversi miliardi di anni, forse fin dall'epoca della sua formazione. Una prova a sostegno di questa ipotesi è il continuo riciclo di materiale negli anelli, osservato dalla sonda Cassini: il moto e gli urti tra le particelle sospese generano di continuo piccole e piccolissime lune, che poi si disgregano con la stessa rapidità con la quale si sono formate. Inoltre, pare che la massa di ghiaccio e roccia dispersa negli anelli sia molto maggiore di quanto prima stimato. Massa elevata e continuo riciclo spiegherebbero dunque perché gli anelli appaiono "puliti" e brillanti nonostante siano così antichi. L'inquinamento da polveri meteoriche può essere infatti assorbito e diffuso rapidamente all'interno della struttura lasciando poche tracce, se la quantità di particelle preesistenti agli impatti è tale da consentire una sufficiente diluizione. Insomma, negli anelli di Saturno potrebbe verificarsi qualcosa di analogo, se non nel meccanismo almeno nel risultato, al riciclo della crosta terrestre, che viene rinnovata di continuo dall'attività tettonica del pianeta.

In primo piano Teti, una luna ghiacciata di Saturno. Sullo sfondo una vista parziale del sistema degli anelli, ripreso dal lato non illuminato, da un'elevazione di circa 2° (il nord è in alto, ruotato di 35° verso destra). I colori sono reali, così come le sfumature oro e marrone degli anelli. L'immagine fu acquisita dalla sonda Cassini il 29 ottobre 2007, da una distanza di circa 2,1 milioni di km da Teti, che ha un diametro di 1062 km. Cortesia: NASA/JPL/Space Science Institute

In primo piano Teti, una luna ghiacciata di Saturno. Sullo sfondo una vista parziale del sistema degli anelli, ripreso dal lato non illuminato, da un'elevazione di circa 2° (il nord è in alto, ruotato di 35° verso destra). I colori sono reali, così come le sfumature oro e marrone degli anelli. L'immagine fu acquisita dalla sonda Cassini il 29 ottobre 2007, da una distanza di circa 2,1 milioni di km da Teti, che ha un diametro di 1062 km. Cortesia: NASA/JPL/Space Science Institute

Tutto ciò non spiega comunque l'origine degli anelli. Una delle teorie più articolate e plausibili in merito alla loro formazione è stata presentata alla fine del 2010 dall'esperta di scienze planetarie Robin Canup. Circa 4,5 miliardi di anni fa, i pianeti giganti Giove e Saturno emersero da dischi di polveri e gas, i cui residui circondavano i due pianeti appena formati. Dai continui urti di particelle in quei dischi, si formarono a poco a poco lune fatte di ghiaccio e roccia. Quelle lune percorrevano orbite disturbate dall'attrito dei materiali dispersi nei dischi. L'immensa attrazione gravitazionale dei pianeti giganti sulle lune più interne produceva intanto abbastanza calore da provocare l'affondamento del materiale roccioso, più pesante, verso il nucleo delle lune, lasciando il ghiaccio negli strati esterni. Le orbite delle lune, poi, disturbate dall'attrito, diventavano rapidamente instabili, finché i giovani satelliti cominciavano a spiraleggiare verso Giove e Saturno, per poi, da ultimo, finire disintegrati. Prima di essere distrutte, le lune primordiali venivano però private, dall'attrito con le particelle e i gas che formavano il disco circumplanetario, di tutto il ghiaccio contenuto nei loro strati esterni, che rimaneva così sospeso a formare anelli orbitali. Ma le lune successive, precipitando verso i pianeti giganti, distruggevano le formazioni di anelli create dalle lune precedenti.

Questo processo di formazione e distruzione di lune e di anelli – sostiene la teoria della Canup – proseguì finché vi fu abbastanza materiale nei dischi di polveri e gas che circondavano Giove e Saturno. Quando l'attrito non fu più sufficiente per frenare le lune, deviare le loro orbite e strappare il ghiaccio dagli strati superficiali, i due sistemi planetari si cristallizzarono in una situazione stabile. Nel caso di Giove, ciò condusse alla formazione di un piccolo anello e alla sopravvivenza di quattro lune giganti: Io, Europa, Ganimede e Callisto. Nel caso di Saturno, invece, l'estinzione del disco, o almeno della sua capacità di interferire con le lune, giunse dopo la distruzione di un satellite grande almeno quanto Titano. In conseguenza di ciò, Saturno possiede oggi una sola luna gigante, Titano, e un magnifico, enorme sistema di anelli, residuo, quantomeno, degli strati superficiali strappati via all'ultima grande luna finita distrutta.

Secondo le simulazioni al computer condotte dalla Canup, la distruzione di una luna così grande avrebbe dovuto lasciare un sistema di anelli centinaia o migliaia di volte più massiccio di quello che vediamo oggi. Ma l'acqua in eccesso fu in parte assorbita da Saturno stesso e in parte, infine, andò a formare le piccole lune ghiacciate che, stranamente, percorrono orbite interne agli anelli. Gli anelli furono poi "contaminati" nel corso dei miliardi di anni trascorsi dalla loro formazione da una serie innumerevole di impatti meteorici. Ciò spiega perché non siano formati da puro ghiaccio d'acqua, ma contengano, invece, anche piccole percentuali di materiali rocciosi.

Quest'immagine, acquisita dalla sonda Cassini il 26 luglio 2009, permette di scorgere la lunga ombra proiettata da una piccolissima luna che si eleva di qualche centinaio di metri sopra il piano degli anelli. La scoperta di oggetti come questo è possibile solo quando gli anelli si trovano di taglio rispetto al Sole, cosa che rende massima la lunghezza delle ombre proiettate. Tale posizione corrisponde all'equinozio di Saturno, che si ripete all'incirca ogni quindici anni terrestri. L'ultimo equinozio di Saturno risale ad agosto 2009, pochi giorni dopo che Cassini ebbe inviato a Terra quest'immagine. I due punti luminosi visibili sulla destra sono stelle di sfondo, che appaiono allungate per via dello spostamento intercorso durante l'esposizione. Cortesia: NASA/JPL/Space Science Institute

Quest'immagine, acquisita dalla sonda Cassini il 26 luglio 2009, permette di scorgere la lunga ombra proiettata da una piccolissima luna che si eleva di qualche centinaio di metri sopra il piano degli anelli. La scoperta di oggetti come questo è possibile solo quando gli anelli si trovano di taglio rispetto al Sole, cosa che rende massima la lunghezza delle ombre proiettate. Tale posizione corrisponde all'equinozio di Saturno, che si ripete all'incirca ogni quindici anni terrestri. L'ultimo equinozio di Saturno risale ad agosto 2009, pochi giorni dopo che Cassini ebbe inviato a Terra quest'immagine. I due punti luminosi visibili sulla destra sono stelle di sfondo, che appaiono allungate per via dello spostamento intercorso durante l'esposizione. Cortesia: NASA/JPL/Space Science Institute

Rappresentazione artistica delle aggregazioni di particelle ghiacciate che si formano e si disfano di continuo nel sistema degli anelli di Saturno. Cortesia: NASA/JPL/University of Colorado

Rappresentazione artistica delle aggregazioni di particelle ghiacciate che si formano e si disfano di continuo nel sistema degli anelli di Saturno. Cortesia: NASA/JPL/University of Colorado

Riferimenti

Tag: anelli di saturno, Giove, simulazioni, missione cassini, articoli, saturno

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