Le cinture di radiazione della Terra e di Saturno differiscono più fortemente di quanto precedentemente ipotizzato. In queste cinture, particelle molto energetiche, come elettroni e protoni, muoversi intorno al pianeta ad alta velocità - catturato dal suo campo magnetico. Nel caso della Terra, il vento solare, una corrente di particelle cariche provenienti dal Sole di intensità variabile, controlla l'intensità della fascia di radiazione sia direttamente che indirettamente. Le cinture di radiazione di Saturno, però, si sviluppano in modo del tutto indipendente dal vento solare e sono invece decisamente influenzati dalle lune del gigante gassoso. Questi risultati sono stati pubblicati oggi sulla rivista Nature Astronomy da un gruppo di ricercatori dell'Istituto Max Planck per la ricerca sul sistema solare (MPS) in Germania, co-conducendo lo studio più completo sull'argomento fino ad oggi. La chiave per le nuove scoperte sono le misurazioni dello strumento MIMI-LEMMS a bordo della sonda spaziale Cassini della NASA, che ha esplorato il sistema di Saturno per più di 13 anni prima della sua immersione nel pianeta il 15 settembre di quest'anno.

L'attività del Sole – e con essa la forza del vento solare – segue un ciclo di undici anni. Indagare l'influenza a lungo termine del vento solare sulle fasce di radiazione di un pianeta richiede quindi pazienza e missioni spaziali di notevole lunghezza. "Se la missione di Cassini nel sistema di Saturno fosse terminata dopo quattro anni, come inizialmente previsto, non saremmo mai stati in grado di raggiungere questi risultati, " spiega il dottor Elias Roussos del MPS. Fortunatamente, la missione è stata prorogata più volte. Il Magnetospheric Imaging Instrument (MIMI) con il suo rivelatore di particelle ad alta energia (LEMMS) a bordo di Cassini è stato quindi in grado di registrare la distribuzione di particelle cariche nelle vicinanze di Saturno in un periodo di tempo che include un ciclo solare completo. "Dati così estesi in situ sulle fasce di radiazione di un pianeta sono altrimenti disponibili solo per la Terra, " afferma il ricercatore MPS Dr. Norbert Krupp, che guida il team MIMI-LEMMS.

Come mostrano i dati di Cassini, Le cinture di radiazione protonica di Saturno sono gigantesche:raggiungono dall'anello più interno del pianeta fino all'orbita della luna Tethys - e quindi più di 285, 000 chilometri nello spazio. Una differenza decisiva per la Terra:mentre la nostra luna si trova ben oltre i limiti della magnetosfera e delle fasce di radiazione, Le cinture di radiazione di Saturno contengono molti dei suoi satelliti, come le grandi lune Giano, Mimas, ed Encelado. "Le lune di Saturno influenzano in modo decisivo le fasce di radiazione, " dice Krupp. Agiscono come una sorta di muro di cinta su particelle molto energetiche, in particolare protoni. Tutti i protoni che si diffondono ulteriormente verso l'interno dal loro luogo di origine vengono assorbiti e quindi fermati quando interagiscono con una luna. "Questo crea aree nella fascia di radiazioni che sono completamente isolate l'una dall'altra, " dice Roussos. A differenza di Saturno, le particelle che sorgono al di fuori delle cinture di radiazioni della Terra possono viaggiare verso l'interno e ricostituire il suo contenuto.

Sulla terra, le particelle ad alta energia che formano le cinture di radiazione hanno due origini. Alcuni sono forniti direttamente dal vento solare. Altri derivano da protoni incidenti di estrema energia provenienti dalla nostra Galassia, chiamati raggi cosmici galattici. Quando i raggi cosmici galattici raggiungono l'atmosfera del pianeta, mette in moto una catena di reazioni, al termine della quale vengono creati elettroni e protoni ad alta energia. Poiché il vento solare scherma parzialmente e quindi modula questa radiazione cosmica, anche l'attività del Sole gioca un ruolo decisivo in questo processo.

Nel sistema saturniano questo è diverso. "Nei primi anni della missione Cassini, abbiamo osservato che il vento solare potrebbe causare cambiamenti drammatici nella magnetosfera di Saturno, "dice Roussos. "Tuttavia, questa influenza diretta si fermò bruscamente all'orbita della luna Teti."

Tuttavia, in un primo momento tutto indicava che il vento solare contribuisce ancora a modellare le fasce di radiazione – anche se solo indirettamente:i primi anni della missione Cassini coincisero con un declino dell'attività del Sole; l'intensità delle fasce di radiazione è aumentata come previsto. Nel periodo dal 2010 al 2012, però, c'è stato un rapido calo di intensità che non può essere attribuito alla modulazione del vento solare dei raggi cosmici galattici, che cambia su tempi molto più lunghi. E anche tempeste solari, violente eruzioni di particelle e radiazioni solari, non poteva essere responsabile. Mentre di volta in volta sulla Terra tali eventi causano un improvviso calo di intensità, ampie simulazioni eseguite dai ricercatori mostrano, che questo effetto non può nemmeno spiegare la diminuzione di un anno testimoniata da Cassini.

Piuttosto, gli scienziati sospettano che la causa possa essere la radiazione ultravioletta estrema del Sole. Questa radiazione può riscaldare localmente l'atmosfera di un pianeta. I venti turbolenti risultanti trasmettono queste informazioni alla ionosfera che è "ancorata" alla magnetosfera attraverso il campo magnetico del pianeta. Di conseguenza, i protoni nelle fasce di radiazione si diffondono in modo molto più efficiente del solito. Sulla loro strada, incontrano le lune di Saturno e vengono assorbiti:l'intensità delle fasce di radiazione diminuisce così significativamente. "Osserviamo che il calo di intensità nelle fasce di radiazione protonica di Saturno coincide esattamente con forti cambiamenti nella radiazione EUV dal Sole, " Roussos descrive i nuovi risultati. È quindi possibile che mentre il vento solare non ha alcun impatto sulle fasce di radiazione, il Sole può ancora.

"Le nostre analisi ci ricordano anche quanto fortemente le proprietà delle fasce di radiazione dipendano dalla struttura del particolare sistema planetario, questo è, la posizione e il numero di lune per il caso di Saturno", dice Rossi. Questa conoscenza potrebbe essere utile anche per uno sguardo oltre i confini del sistema solare:se in futuro si potessero rilevare le fasce di radiazione di un esopianeta, questi dati potrebbero contenere anche indirettamente informazioni sulle proprietà e sulla struttura del sistema.