Gli anelli di Saturno stanno scomparendo: una ricerca spiega perché

Una ricerca illustra il fenomeno della “Ring Rain”. Nella ricerca sono inclusi dati ottenuti dalle osservazioni delle sonde Voyager.

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Una nuova ricerca della NASA ha recentemente evidenziato che Saturno, il più iconico pianeta del sistema solare, potrebbe vedere nel suo futuro la scomparsa di ciò che lo ha reso così famoso: il suo sistema di anelli. In aggiunta, pare che la velocità con cui gli anelli si stanno estinguendo è anche una delle più alte fisicamente possibili per questo tipo di fenomeno.
Queste considerazioni provengono da una elaborazione di dati ottenuti analizzando il pianeta tramite le sonde Voyager 1 e 2, ottenuti quindi oltre due decenni fa, e dalle più recenti osservazioni della sonda Cassini. La ricerca, che contiene spiegazioni molto interessanti sul fenomeno, è stata pubblicata sulla rivista scientifica Icarus nel mese di dicembre.

La "Ring Rain" su Saturno

Per spiegare il fenomeno va tenuto conto del fatto che gli anelli sono dipendenti dal campo gravitazionale di Saturno, ed inoltre interagiscono con il campo magnetico del pianeta. In questo apparente equilibrio di forze, gli anelli vengono attratti da Saturno come una pioggia di polvere composta da particelle di ghiaccio sotto l'influenza del campo magnetico de pianeta. Si fa riferimento a questo fenomeno con la locuzione "Ring Rain" (o anche "Pioggia Anulare"). E difatti, lo si può immaginare come un rovescio di dimensioni incalcolabili; anzi, non proprio incalcolabile perché, come spiega James O'Donoghue (l'autore della ricerca) del Goddard Space Flight Center della NASA, "stimiamo che questa 'pioggia anulare' riversi una quantità d'acqua tale da riempire una piscina olimpionica ogni mezz'ora". E considerando che una piscina olimpionica possiede in media un volume di 2500 m^3, ovvero 2.500.000 di Litri, il fenomeno è caratterizzato dalla caduta di 5 milioni di litri d'acqua ogni ora. E nonostante questa cifra sia davvero difficile da apprezzare, lo scorrere del tempo nello spazio lo è ancora di più: saranno necessari 300 milioni di anni affinché l'intera struttura anulare si disgreghi.
Per essere precisi, è vero che l'intero sistema di anelli sarà completamente sparito tra 300 milioni di anni, ma se a questo dato vi si aggiungono le misurazioni effettuate dalla sonda Cassini in merito alla "caduta" degli anelli nell'equatore di Saturno, si arriva alla conclusione che gli anelli dureranno meno di 100 milioni di anni. Questo tempo è relativamente breve in scala astronomica, soprattutto se lo si compara all'età di Saturno: oltre 4 miliardi di anni.

In passato, sono stati effettuati studi per determinare l'età del pianeta e quella dei suoi anelli più interni, con l'obiettivo di raccogliere dati sulle meccaniche di formazione di questo gigante gassoso. Gli scienziati si sono a lungo domandati se Saturno si fosse formato in contemporanea ai suoi anelli o se questi fossero stati acquisiti in un secondo momento. Ebbene questa nuova ricerca pare propendere verso quest'ultimo scenario, e tra l'altro l'uomo moderno si è ritrovato a poter osservare queste strutture durante una finestra temporale "fortunata".
Secondo O'Donoghue "siamo fortunati ad esistere per vedere il sistema di anelli di Saturno, che sembra essere nel bel mezzo della sua vita". Tuttavia, se gli anelli risultano essere delle strutture temporanee, allora non è da escludere che anche pianeti come Giove, Urano e Nettuno siano stati caratterizzati in passato da sistemi anulari, di cui oggi permangono deboli tracce o "piccoli riccioli", come vengono chiamate da O'Donoghue.

Una teoria che funziona

Sono state proposte varie teorie per spiegare l'origine degli anelli di Saturno. Una di queste suggerisce che gli anelli si sarebbero formati a seguito degli scontri tra piccole lune ghiacciate in orbita attorno a Saturno stesso. Scontri magari dovuti a perturbazioni gravitazionali generate dal passaggio di qualche asteroide particolarmente massiccio o da una cometa di grosse dimensioni. E per quanto riguarda la "Ring Rain"? Le prime tracce dell'esistenza di una pioggia anulare provengono dalle osservazioni della sonda Voyager, che si interessò a fenomeni apparentemente non correlati: variazioni della ionosfera di Saturno, variazioni di densità negli anelli di Saturno ed anche un trio di bande scure e strette che circondano il pianeta alle latitudini settentrionali.
Queste bande scure sono apparse nelle immagini della stratosfera di Saturno, immagini realizzate dalla missione Voyager 2 della NASA nel 1981. (l'immagine che segue è del 2004, ma mostra chiaramente il fenomeno)

Quando si scava a fondo

Qualche anno dopo, nel 1986, Jack Connerney della NASA pubblicò un articolo sul Geophysical Research Letters con l'intento di relazionare quelle bande scure alla forma assunta dall'enorme campo magnetico di Saturno, avanzando l'ipotesi che le particelle di ghiaccio, caricate elettricamente degli anelli di Saturno, fluttuassero lungo le invisibili linee di un campo magnetico, fino ad impattare nell'atmosfera del pianeta proprio in corrispondenza di queste bande scure.
La presenza di ghiaccio d'acqua è il fulcro di questi ragionamenti. Gli anelli di Saturno sono per lo più composti da frammenti di ghiaccio d'acqua di dimensioni variabili, partendo da microscopici granelli di polvere fino ad arrivare a veri e propri massi di diversi metri di diametro.

Le particelle che costituiscono ogni anello sono in equilibrio tra l'attrazione della gravità di Saturno, che le attira verso sé, e la loro velocità orbitale, che tende a farle avanzare verso l'esterno, come ad allontanarle dal Pianeta. In effetti, i più attenti lettori di Everyeye hanno incontrato questo fenomeno anche quando si è parlato del James Webb Telescope, in merito alla sua orbita e posizione molto particolare nello Spazio.
Inoltre, queste piccole particelle possono essere caricate elettricamente tramite la luce ultravioletta proveniente dal Sole e quando ciò accade, le particelle possono avvertire anche l'attrazione del campo magnetico di Saturno, che si curva verso l'interno del pianeta, intersecando il piano degli anelli.
In alcune parti degli anelli, una volta caricati, l'equilibrio delle forze su queste minuscole particelle cambia drasticamente, e la gravità di Saturno li trascina lungo le linee del campo magnetico nell'atmosfera superiore.

Una volta giunte lì, le particelle ghiacciate dell'anello si vaporizzano e l'acqua può reagire chimicamente con la ionosfera di Saturno. Un risultato di queste reazioni è che le particelle cariche elettricamente, chiamate ioni H3 + e composte da tre protoni e due elettroni, persistono per più tempo senza combinarsi ad altre molecole. Quando sono energizzati dalla luce solare, gli ioni H3 + sono visibili nella luce infrarossa, una porzione dello spettro della luce visibile oggetto di osservazioni proprio dal team di ricerca guidato da O'Donoghue, che si è avvalso della strumentazione offerta dal telescopio Keck a Mauna Kea, nelle Hawaii.

Le loro osservazioni hanno rivelato bande incandescenti negli emisferi nord e sud di Saturno, proprio dove le linee del campo magnetico entrano nel pianeta. Dopo un'analisi nell'infrarosso per determinare l'entità della pioggia causata dall'anello ed i suoi effetti sulla ionosfera di Saturno, il team ha scoperto che la quantità di "pioggia" era sensibilmente legata agli sbalzi dei valori atmosferici osservati da Connerney più di tre decenni addietro. Ed inoltre si aggiunge, ad uno scenario già molto ricco, anche Encelado.

Il team ha anche scoperto una banda luminosa ad una latitudine più elevata nell'emisfero meridionale. È qui che il campo magnetico di Saturno interseca l'orbita di Encelado, una luna geologicamente attiva che sta emettendo nello spazio geyser composti da particelle di acqua ghiacciata, alcune delle quali arrivano su Saturno. Quest'ultima osservazione era deducibile: più di dieci anni fa, sono stati osservati dei geyser attivi sulla superficie di Encelado.
Sono stati scoperti per la prima volta dagli strumenti di Cassini nel 2005, e si pensa che provengano da un oceano di acqua liquida presente sotto la superficie ghiacciata della piccola luna, e che la sua attività geologica e il suo oceano d'acqua rendano Encelado uno dei luoghi più promettenti per la ricerca della vita extraterrestre. Ma di questo, parleremo in una prossima occasione.