Dopo secoli passati a guardare con stupore e meraviglia la bellezza di Saturno e dei suoi anelli, ora possiamo ascoltarli, grazie agli sforzi degli astrofisici dell'Università di Toronto (U of T).

"Per celebrare il Gran Finale della missione Cassini della NASA il mese prossimo, abbiamo convertito le lune e gli anelli di Saturno in due brani musicali, "dice l'astrofisico Matt Russo, un ricercatore post-dottorato presso il Canadian Institute for Theoretical Astrophysics (CITA) presso la Facoltà di Arti e Scienze della U of T.

La conversione in musica è resa possibile dalle risonanze orbitali, che si verificano quando due oggetti eseguono un numero diverso di orbite complete nello stesso tempo, in modo che continuino a tornare alla loro configurazione iniziale. I ritmici strattoni gravitazionali tra di loro li tengono bloccati in uno schema ripetitivo stretto che può anche essere convertito direttamente in armonia musicale.

"Dove c'è risonanza c'è musica, e nessun altro posto nel sistema solare è più ricco di risonanze di Saturno, "dice Russo.

La sonda Cassini ha raccolto dati mentre orbitava intorno a Saturno dal suo arrivo nel 2004 ed è ora alle prese con una spirale mortale finale. Si tufferà nel pianeta stesso il 15 settembre per evitare di contaminare le sue lune.

Russo è stato raggiunto dall'astrofisico Dan Tamayo, un ricercatore post-dottorato presso CITA e il Center for Planetary Sciences presso l'Università di T Scarborough, e insieme sono stati in grado di suonare con uno strumento lungo più di un milione di chilometri. Le note e i ritmi musicali provengono entrambi dal moto orbitale delle lune di Saturno insieme alle orbite dei trilioni di piccole particelle che compongono il sistema di anelli.

"I magnifici anelli di Saturno agiscono come una cassa di risonanza che lancia onde in luoghi che si armonizzano con le numerose lune del pianeta, e alcune coppie di lune sono anch'esse bloccate in risonanze, "dice Tamayo.

Musica delle lune e degli anelli

Per il primo pezzo che segue il tuffo finale di Cassini, i ricercatori hanno aumentato le frequenze orbitali naturali delle sei grandi lune interne di Saturno di 27 ottave per arrivare alle note musicali. "Quello che senti sono le frequenze reali delle lune, spostato nella gamma dell'udito umano", afferma Russo. Il team ha quindi utilizzato una simulazione numerica all'avanguardia del sistema lunare sviluppata da Tamayo per riprodurre le note risultanti ogni volta che una luna completa un'orbita.

Il sistema lunare ha due risonanze orbitali che danno una struttura ritmica e armonica alla melodia altrimenti instabile in stile ninna nanna. La prima e la terza luna Mimas e Tethys sono bloccate in una risonanza 2:1 in modo che Mimas orbita due volte per ogni orbita di Tethys. La stessa relazione lega le orbite della seconda e della quarta luna Enceledus e Dione, e la combinazione dei due semplici ritmi crea interessanti schemi musicali mentre cadono dentro e fuori la sincronicità.

"Poiché raddoppiare la frequenza di una nota produce la stessa nota un'ottava più alta, le quattro lune interne producono solo due note diverse vicine a una quinta perfetta distanziate, "dice Russo, che si è anche laureato al programma di performance Jazz di U of T. "La quinta luna Rea completa un accordo maggiore che è disturbato dall'ingresso minaccioso della luna più grande di Saturno, Titano."

Russo e Tamayo sono affiancati nel progetto dal musicista di Toronto, e compagno di band di lunga data di Matt, Andrea Santaguida. "Dan comprende le risonanze orbitali come chiunque altro e Andrew è un mago della produzione musicale. Il mio lavoro è connettere questi due mondi".

Titano in realtà dà alla sonda Cassini la spinta finale che la fa precipitare verso la sua morte nel cuore di Saturno. La musica segue il volo finale di Cassini sul sistema di anelli convertendo le frequenze orbitali in costante aumento degli anelli in un drammatico tono crescente; il volume del tono aumenta e diminuisce insieme alle bande luminose e scure osservate degli anelli. La morte di Cassini mentre si schianta contro Saturno è udita come lo schianto finale di un accordo di pianoforte finale, che è stato ispirato da "A Day in the Life" dei Beatles, in cui un ricco accordo maggiore segue un crescendo altrettanto teso.

Oltre alla colonna sonora, Russo ha fatto realizzare una grande scultura in legno con gli anelli di Saturno in modo che le persone possano seguire con la punta delle dita mentre ascoltano. La scultura farà parte di una mostra di astronomia tattile e audio presso il Canadian National Institute for the Blind's Night Steps, evento di raccolta fondi per non vedenti a Toronto il 15 settembre, lo stesso giorno in cui è prevista la conclusione della missione Cassini.

Risonanze di Giano tradotte in musica

Il secondo pezzo mostra le scale suonate da Giano ed Epimeteo, due piccole lune irregolari che condividono un'orbita appena fuori dal sistema di anelli principale di Saturno. Insieme sono un esempio di risonanza 1:1, l'unico nel sistema solare. I due orbitano a distanze leggermente diverse da Saturno, ma con una differenza così trascurabile che si scambiano di posto ogni quattro anni. La composizione simula gli ultimi mesi della missione di Cassini, mentre Janus si avvicina a Epimeteo prima di rubargli il posto nel 2018. Insieme, le due lune suonano un ronzio all'unisono ma con un ritmo costantemente mutevole che si ripete ogni otto anni.
Russo ha suonato una nota C# sulla sua chitarra una volta per ogni orbita mentre un violoncello sostiene una nota per ogni risonanza all'interno degli anelli.

"Ogni anello è come una corda circolare, essendo continuamente inchinati da Giano ed Epimeteo mentre si rincorrono intorno alla loro orbita comune, " dice Russo. Cassini ha recentemente catturato un'immagine di una delle increspature che questo crea all'interno degli anelli. Per trasformarlo in musica, Russo e Santaguida hanno usato le variazioni di luminosità in questa immagine per controllare l'intensità del violoncello.

"Le lune danzanti di Saturno ora hanno una colonna sonora, "dice Russo.

Russo, Tamayo e Santaguida sono lo stesso gruppo che qualche mese fa ha convertito in musica il sistema planetario TRAPPIST-1 scoperto di recente. Hanno soprannominato il loro side-project astro-sonico SYSTEM Sounds) e sperano di continuare ad esplorare l'universo per altre prove di risonanza armonica naturale.