Formazione dell'Atlante, una delle piccole lune interne di Saturno. è piatto, ravioli è il risultato di una collisione fusione di due corpi di dimensioni simili. L'immagine è un'istantanea nel mezzo della collisione, prima che il riorientamento della luna dovuto alle maree sia completato. Credito:A. Verdier
Le piccole lune interne di Saturno sembrano ravioli giganti e spaetzle. La loro forma spettacolare è stata rivelata dalla sonda spaziale Cassini. Per la prima volta, ricercatori dell'Università di Berna mostrano come si sono formate queste lune. Le forme peculiari sono un risultato naturale della fusione di collisioni tra piccole lune di dimensioni simili, come dimostrano le simulazioni al computer.
Quando Martin Rubin, astrofisico all'Università di Berna, visto le immagini delle lune di Saturno Pan e Atlas su internet, era perplesso. I primi piani ripresi dalla sonda Cassini nell'aprile 2017 hanno mostrato oggetti che la NASA ha descritto nel suo comunicato stampa come dischi volanti con un diametro di circa 30 km. Con le loro grandi creste e centri bulbosi, Anche Pan e Atlas assomigliavano a ravioli giganti. Martin Rubin si chiese come si fossero formati questi particolari oggetti e chiese al collega Martin Jutzi se potessero essere il risultato di collisioni, simile a quella che formò la cometa Chury, come Jutzi aveva dimostrato in precedenza con simulazioni al computer.
Martin Jutzi e Adrien Leleu, entrambi membri del NCCR PlanetS, ha accettato la sfida di calcolare il processo di formazione delle piccole lune interne di Saturno. Il primo, semplici test hanno funzionato bene. "Ma allora, abbiamo preso in considerazione le forze di marea e i problemi si sono accumulati, " ricorda Adrien Leleu. "Le condizioni vicino a Saturno sono molto speciali, " conferma Martin Jutzi. Poiché Saturno ha 95 volte più massa della Terra e le lune interne orbitano attorno al pianeta a una distanza inferiore alla metà della distanza tra Terra e Luna, le maree sono enormi e fanno a pezzi quasi tutto. Perciò, Le lune interne di Saturno non potrebbero essersi formate con queste forme peculiari per graduale accrescimento di materiale attorno a un singolo nucleo. Un modello alternativo chiamato regime piramidale suggerisce che queste lune siano state formate da una serie di fusioni di piccole lune di dimensioni simili.
La riga in alto mostra 3 piccole lune di Saturno riprese dalla sonda Cassini. In basso sono mostrati i risultati del modello. Le simulazioni non solo riproducono le forme, ma può anche spiegare perché le creste su Pan e Atlas sembrano diverse dal resto dei loro corpi:sono fatte di materiale liscio che è stato spremuto durante il processo di fusione. Le crepe sul corpo principale potrebbero essere il risultato di sollecitazioni di trazione causate dalla deformazione degli oggetti che si fondono. La luna modellata simile a Prometeo mostra le stesse punte ad entrambe le estremità come si vede nelle immagini di Cassini. Credito:NASA/JPL-Caltech/Istituto di scienze spaziali/Università di Berna
Avendo risolto i loro problemi iniziali, i ricercatori hanno potuto verificare il regime piramidale, ma anche di più:hanno mostrato che le collisioni delle lune hanno prodotto esattamente le forme immaginate da Cassini. Vicino a fusioni frontali portano a oggetti appiattiti con grandi creste equatoriali, come osservato su Atlas e Pan. Con angoli di impatto leggermente più obliqui, le collisioni hanno portato a forme allungate simili a spaetzle che ricordavano da vicino la luna Prometeo lunga 90 km così come è stata fotografata da Cassini.
L'immagine in alto mostra la grande luna di Saturno Giapeto osservata da Cassini. Ha una forma sferoidale oblata e una cresta equatoriale. In basso:il risultato della simulazione di una fusione frontale di due corpi di uguali dimensioni con metà della massa di Giapeto. Credito:NASA/JPL/Istituto di scienze spaziali/Università di Berna
Le collisioni frontali hanno un'alta probabilità
Sulla base dell'attuale orbita delle lune e del loro ambiente orbitale, i ricercatori sono stati in grado di stimare che le velocità di impatto erano dell'ordine di pochi 10 m/s. Simulazione di collisioni in questa gamma per vari angoli di impatto, ottennero varie forme stabili simili a ravioli e spaetzle, ma solo per angoli a basso impatto. "Se l'angolo di impatto è maggiore di dieci gradi, le forme risultanti non sono più stabili, " dice Adrien Leleu. Qualsiasi oggetto a forma di anatra come la cometa Chury cadrebbe a pezzi a causa delle maree di Saturno. "Ecco perché le piccole lune di Saturno sembrano molto diverse dalle comete che spesso hanno forme bilobate, " spiega Martin Jutzi.
interessante, gli scontri frontali non sono così rari come si potrebbe pensare. Si ritiene che le piccole lune interne provengano dagli anelli di Saturno, un disco sottile situato nel piano equatoriale del pianeta. Poiché Saturno non è una sfera perfetta ma piuttosto oblata, rende difficile per qualsiasi oggetto lasciare questo piano stretto. Così, gli scontri ravvicinati frontali sono frequenti e l'angolo di impatto tende a ridursi ulteriormente negli scontri successivi. "Una frazione significativa di tali collisioni di fusione avviene al primo incontro o dopo 1-2 eventi mordi e fuggi, " riassumono gli autori nel loro paper pubblicato oggi in Astronomia della natura . "Nel rispetto, Saturno è quasi un sistema giocattolo per studiare questi processi, "dice Martin Rubin.
Sebbene i ricercatori si siano concentrati principalmente sulle piccole lune interne di Saturno, hanno anche trovato una possibile spiegazione per un mistero di vecchia data riguardante la terza luna più grande di Saturno chiamata Giapeto. Perché Giapeto ha una forma oblata e una caratteristica cresta equatoriale? "I nostri risultati di modellazione suggeriscono che queste caratteristiche potrebbero essere il risultato di una fusione di lune di dimensioni simili che si verificano con un angolo di impatto vicino alla testa, simili alle lune più piccole, " riassumono i ricercatori.
