Onde negli anelli di Saturno

Allo stesso modo in cui i terremoti fanno risuonare il nostro pianeta, le oscillazioni all’interno di Saturno fanno oscillare leggermente il gigante gassoso. Questi movimenti, a loro volta, causano increspature negli anelli di Saturno.

In un nuovo studio accettato sulla rivista Nature Astronomy, due ricercatori del Caltech hanno analizzato quegli anelli increspati per rivelare nuove informazioni sul nucleo di Saturno. Per il loro studio, hanno utilizzato i dati precedenti acquisiti dalla Cassini della NASA, una navicella spaziale che ha orbitato attorno al gigante dagli anelli per 13 anni prima di tuffarsi nell’atmosfera del pianeta e si disintegrarsi nel 2017.

I risultati suggeriscono che il nucleo del pianeta non è una dura palla di roccia, come avevano proposto alcune teorie precedenti, ma una zuppa diffusa di ghiaccio, roccia e fluidi metallici, o ciò che gli scienziati chiamano nucleo “sfocato“. L’analisi rivela anche che il nucleo si estende per il 60% del diametro del pianeta, il che lo rende sostanzialmente più grande di quanto stimato in precedenza.

“Abbiamo usato gli anelli di Saturno come un gigantesco sismografo per misurare le oscillazioni all’interno del pianeta”, afferma il co-autore Jim Fuller, assistente professore di astrofisica teorica al Caltech. “Questa è la prima volta che siamo stati in grado di sondare sismicamente la struttura di un pianeta gigante gassoso e i risultati sono stati piuttosto sorprendenti”.

“L’analisi dettagliata degli anelli increspati di Saturno è una forma molto elegante di sismologia per dedurre le caratteristiche del nucleo di Saturno“, afferma Jennifer Jackson insieme al professore di fisica minerale William E. Leonhard nel laboratorio sismologico del Caltech, che non è stato coinvolto nello studio, ma utilizza diversi tipi di osservazioni sismiche per comprendere la composizione del nucleo terrestre e per rilevare potenziali eventi sismici su Venere in futuro.

L’autore principale dello studio è Christopher Mankovich, un ricercatore post-dottorato in scienze planetarie che lavora nel gruppo di Fuller.

I risultati offrono le migliori prove finora rinvenute sul nucleo sfocato di Saturno e si allineano con le recenti scoperte della missione Juno della NASA, che indicano che anche il gigante gassoso Giove potrebbe avere un nucleo similmente diluito.

“I nuclei sfocati sono come una melma”, spiega Mankovich. “L’idrogeno e il gas elio nel pianeta si mescolano gradualmente con  ghiaccio e roccia mentre ti muovi verso il centro del pianeta. È un po’ come parti degli oceani della Terra dove la salsedine aumenta man mano che si arriva a livelli sempre più profondi, creando un ambiente stabile.”

L’idea che le oscillazioni di Saturno possano produrre onde nei suoi anelli e che gli anelli possano quindi essere utilizzati come sismografo per studiare l’interno di Saturno è nata negli studi all’inizio degli anni ’90 di Mark Marley e Carolyn Porco, che in seguito divenne il capo del Cassini Imaging Team. La prima osservazione del fenomeno è stata fatta da Matt Hedman e PD Nicholson nel 2013, che hanno analizzato i dati rilevati da Cassini. Gli astronomi hanno scoperto che l’anello C di Saturno conteneva molteplici schemi a spirale guidati dalle fluttuazioni nel campo gravitazionale di Saturno e che questi schemi erano distinti dalle altre onde negli anelli causate dalle interazioni gravitazionali con le lune del pianeta.

Ora, Mankovich e Fuller stanno analizzando il modello delle onde negli anelli per costruire nuovi modelli dell’interno ondeggiante di Saturno.

“Saturno trema sempre, ma è sottile”, dice Mankovich. “La superficie del pianeta si muove di circa un metro ogni una o due ore come un lago che si increspa lentamente. Come un sismografo, gli anelli raccolgono i disturbi gravitazionali e le particelle dell’anello iniziano a muoversi”, sostiene.

I ricercatori affermano che le increspature gravitazionali osservate indicano che l’interno profondo di Saturno, pur oscillando nel suo insieme, è composto da strati stabili che si sono formati dopo che i materiali più pesanti sono sprofondati al centro del pianeta e hanno smesso di mescolarsi con materiali più leggeri sopra di essi.

“Affinché il campo gravitazionale del pianeta oscilli con queste particolari frequenze, l’interno deve essere stabile, e questo è possibile solo se la frazione di ghiaccio e roccia aumenta gradualmente man mano che ci si avvicina al centro del pianeta”, afferma Fuller.

I loro risultati indicano anche che il nucleo di Saturno è 55 volte più massiccio dell’intera Terra, con 17 masse terrestri composte da ghiaccio e roccia mentre il resto è composto da un fluido di idrogeno ed elio.

Hedman, che non fa parte dello studio attuale, afferma: “Christopher e Jim sono stati in grado di dimostrare che una particolare caratteristica dell’anello ha fornito una forte evidenza che il nucleo di Saturno è estremamente diffuso. Sono entusiasta di pensare a ciò e che tutte le altre caratteristiche dell’anello generate da Saturno potrebbe essere in grado di parlarci di quel pianeta”.

Inoltre, i risultati pongono sfide agli attuali modelli di formazione di giganti gassosi, che sostengono che i nuclei rocciosi si formino prima e in seguito attirino grandi involucri di gas. Se i nuclei dei pianeti sono davvero sfocati come indica lo studio, i pianeti potrebbero invece incorporare gas nelle prime fasi del processo.