Concetto artistico della navicella spaziale Cassini mostrato contro una foto reale di Saturno e dei suoi anelli mentre Cassini attraversava il piano degli anelli. Credito:NASA/JPL-Caltech
Uno degli ultimi atti della navicella spaziale Cassini della NASA prima della sua morte immergersi nell'atmosfera di idrogeno ed elio di Saturno è stato quello di costeggiare tra il pianeta e i suoi anelli e lasciare che lo strattonassero, fungendo essenzialmente da sonda gravitazionale.
Le misurazioni precise della traiettoria finale di Cassini hanno ora permesso agli scienziati di fare la prima stima accurata della quantità di materiale negli anelli del pianeta, pesandoli in base alla forza della loro attrazione gravitazionale.
Quella stima—circa il 40 percento della massa della luna di Saturno Mimas, che di per sé è 2, 000 volte più piccolo della luna terrestre:dice loro che gli anelli sono relativamente recenti, avendo avuto origine meno di 100 milioni di anni fa e forse fino a 10 milioni di anni fa.
La loro giovane età mette a tacere una discussione di vecchia data tra gli scienziati planetari. Alcuni pensavano che gli anelli si fossero formati insieme al pianeta 4,5 miliardi di anni fa dai detriti ghiacciati rimasti in orbita dopo la formazione del sistema solare. Altri pensavano che gli anelli fossero molto giovani e che Saturno avesse, ad un certo punto, catturato un oggetto dalla cintura di Kuiper o una cometa e gradualmente ridotto a macerie orbitanti.
La nuova stima della massa si basa su una misurazione di quanto la traiettoria di volo di Cassini è stata deviata dalla gravità degli anelli quando la navicella ha volato tra il pianeta e gli anelli durante la sua ultima serie di orbite nel settembre 2017. Inizialmente, però, la deflessione non corrispondeva alle previsioni basate sui modelli del pianeta e degli anelli. Solo quando il team ha tenuto conto dei venti che fluiscono molto profondi nell'atmosfera su Saturno, qualcosa di impossibile da osservare dallo spazio, le misurazioni hanno avuto un senso, permettendo loro di calcolare la massa degli anelli.
"La prima volta che ho guardato i dati non ci credevo, perché mi fidavo dei nostri modelli e ci è voluto un po' per capire che c'era qualche effetto che cambiava il campo gravitazionale che non avevamo considerato, " disse Burkhard Militzer, professore di scienze della terra e planetarie all'Università della California, Berkeley, che modella gli interni dei pianeti. "Si sono rivelati flussi massicci nell'atmosfera almeno 9, 000 chilometri di profondità intorno alla regione equatoriale. Pensavamo in via preliminare che queste nuvole fossero come nuvole sulla Terra, che sono confinati in uno strato sottile e non contengono quasi massa. Ma su Saturno sono davvero enormi".
Hanno anche calcolato che le nuvole di superficie all'equatore di Saturno ruotano del 4% più velocemente dello strato 9, 000 chilometri (circa 6, 000 miglia) di profondità. Quello strato più profondo impiega 9 minuti in più per ruotare rispetto alla sommità delle nuvole all'equatore, che fanno il giro del pianeta una volta ogni 10 ore, 33 minuti.
"La scoperta di strati profondamente rotanti è una rivelazione sorprendente sulla struttura interna del pianeta, " ha detto la scienziata del progetto Cassini Linda Spilker del Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California. "La domanda è cosa fa andare così in profondità la parte dell'atmosfera che ruota più rapidamente e cosa ci dice questo sull'interno di Saturno".
L'interno di Saturno è composto principalmente da tre strati:un profondo nucleo interno composto principalmente da elementi pesanti, con un involucro di idrogeno metallico liquido, circondato da uno strato di idrogeno molecolare. Le misurazioni di Cassini stanno dicendo agli scienziati le dimensioni del nucleo, il flusso dei venti nell'atmosfera, e la massa degli anelli. Credito:immagine di sfondo della NASA/JPL-Caltech
Militzer è stato anche in grado di calcolare che il nucleo roccioso del pianeta deve essere compreso tra 15 e 18 volte la massa della Terra, che è simile alle stime precedenti.
Il gruppo, guidato da Luciano Iess dell'Università La Sapienza di Roma, Italia, hanno riportato i loro risultati oggi sulla rivista Scienza .
Gli anelli provengono dalla cometa ghiacciata?
Stime precedenti della massa degli anelli di Saturno, tra la metà e un terzo della massa di Mimas, provenivano dallo studio delle onde di densità che viaggiano intorno alla roccia, anelli di ghiaccio. Queste onde sono causate dai 62 satelliti del pianeta, compreso Mimas, che crea la cosiddetta divisione di Cassini tra i due anelli maggiori, A e B. Mimas è liscio e rotondo, 246 chilometri di diametro. Ha un grande cratere da impatto che lo fa assomigliare alla Morte Nera dei film di Star Wars.
"La gente non si fidava delle misurazioni delle onde perché potrebbero esserci particelle negli anelli che sono massicce ma non partecipano alle onde, " Ha detto Militzer. "Abbiamo sempre sospettato che ci fosse qualche massa nascosta che non potevamo vedere tra le onde".
Per fortuna, mentre Cassini si avvicinava alla fine della sua vita, La NASA lo ha programmato per eseguire 22 immersioni tra il pianeta e gli anelli per sondare il campo gravitazionale di Saturno. I radiotelescopi terrestri hanno misurato la velocità del veicolo spaziale entro una frazione di millimetro al secondo.
Il nuovo valore della massa dell'anello rientra nell'intervallo delle stime precedenti e consente ai ricercatori di determinarne l'età.
Questi calcoli dell'età, guidato da Philip Nicholson della Cornell University e Iess, costruito su una connessione che gli scienziati avevano precedentemente stabilito tra la massa degli anelli e la loro età. La massa inferiore indica un'età più giovane, perché gli anelli sono inizialmente fatti di ghiaccio e sono luminosi ma col tempo vengono contaminati e oscurati da detriti interplanetari.
"Queste misurazioni sono state possibili solo perché Cassini è volato così vicino alla superficie nelle sue ultime ore, " Ha detto Militzer. "Era un classico, modo spettacolare per terminare la missione."
