La longeva missione internazionale Cassini ha rivelato una caratteristica sorprendente che emerge al polo nord di Saturno mentre si avvicina l'estate:un riscaldamento, vortice d'alta quota di forma esagonale, simile al famoso esagono visto più in profondità nelle nuvole di Saturno. Ciò suggerisce che l'esagono a bassa quota può influenzare ciò che accade in alto, e che potrebbe essere una struttura imponente che si estende per centinaia di chilometri di altezza.

Quando Cassini arrivò al sistema saturniano nel 2004, l'emisfero australe si godeva l'estate, mentre il nord era in pieno inverno. La navicella ha individuato un ampio, caldo, vortice d'alta quota al polo sud di Saturno, ma nessuno al polo nord del pianeta.

Un nuovo studio a lungo termine ha ora individuato i primi scorci di un vortice polare settentrionale che si forma in alto nell'atmosfera mentre l'emisfero settentrionale di Saturno si avvicinava all'estate. Questo caldo vortice si trova a centinaia di chilometri sopra le nuvole, in uno strato di atmosfera noto come stratosfera, e rivela una sorpresa inaspettata.

"I bordi di questo vortice appena scoperto sembrano essere esagonali, corrispondendo esattamente a un famoso e bizzarro modello di nuvole esagonali che vediamo più in profondità nell'atmosfera di Saturno, "dice Leigh Fletcher dell'Università di Leicester, UK, autore principale del nuovo studio.

"Mentre ci aspettavamo di vedere un vortice di qualche tipo al polo nord di Saturno mentre diventava più caldo, la sua forma è davvero sorprendente. O un esagono si è generato spontaneamente e in modo identico a due diverse altitudini, uno più in basso tra le nuvole e uno in alto nella stratosfera, o l'esagono è in effetti una struttura torreggiante che copre un raggio verticale di diverse centinaia di chilometri."

I livelli delle nuvole di Saturno ospitano la maggior parte del clima del pianeta, compreso il preesistente esagono polare nord. Questa caratteristica è stata scoperta dalla navicella spaziale Voyager della NASA negli anni '80 ed è stata studiata per decenni; è un'onda di lunga durata potenzialmente legata alla rotazione di Saturno, un tipo di fenomeno visto anche sulla Terra in strutture come il Polar Jet Stream.

Le sue proprietà sono state rivelate in dettaglio da Cassini, che lo ha osservato in più lunghezze d'onda – dall'ultravioletto all'infrarosso – utilizzando strumenti tra cui il suo Composite Infrared Spectrometer (CIRS). Però, all'inizio della missione questo strumento non poteva scrutare più in alto nella stratosfera settentrionale, che aveva temperature intorno a -158 gradi Celsius - circa 20 gradi troppo basse per osservazioni affidabili a infrarossi CIRS - lasciando queste regioni ad alta quota relativamente inesplorate per molti anni.

"Un anno saturniano copre circa 30 anni terrestri, così gli inverni sono lunghi, " aggiunge la coautrice Sandrine Guerlet del Laboratoire de Météorologie Dynamique, Francia.

"Saturno ha cominciato ad emergere dalle profondità dell'inverno settentrionale solo nel 2009, e gradualmente si riscaldò man mano che l'emisfero settentrionale si avvicinava all'estate".

Uno strano processo in atto all'interno dell'atmosfera di Saturno ha accelerato questo riscaldamento:quando l'aria è affondata al polo nord, l'esagono superiore si scaldava sempre più velocemente, ed il trasporto dell'aria verso il basso rendeva più concentrata l'abbondanza di parecchie specie minori. L'aumento della temperatura ha permesso a Fletcher e colleghi di studiare il vortice polare alla luce infrarossa.

"Siamo stati in grado di utilizzare lo strumento CIRS per esplorare la stratosfera settentrionale per la prima volta, dal 2014 in poi, " aggiunge Guerlet. "Man mano che il vortice polare diventava sempre più visibile, abbiamo notato che aveva bordi esagonali, e ci siamo resi conto che stavamo vedendo l'esagono preesistente ad altitudini molto più elevate di quanto si pensasse in precedenza."

Ciò indica che i due poli di Saturno si comportano in modo molto diverso:non c'era un esagono al polo sud, o alle cime delle nuvole o sopra, quando fu osservato all'inizio della missione di Cassini durante l'estate australe. Il vortice settentrionale non è neanche lontanamente maturo come il vortice meridionale, perché è più fresco, e mostra dinamiche diverse dalla sua controparte meridionale.

"Questo potrebbe significare che c'è un'asimmetria fondamentale tra i poli di Saturno che dobbiamo ancora capire, o potrebbe significare che il vortice polare nord si stava ancora sviluppando nelle nostre ultime osservazioni e continuava a farlo dopo la scomparsa di Cassini, " aggiunge Fletcher. La missione Cassini si è conclusa a settembre 2017.

La presenza di un esagono in alto nella stratosfera settentrionale di Saturno, centinaia di chilometri sopra le nuvole, suggerisce che c'è molto altro da imparare sulle dinamiche in gioco nell'atmosfera del gigante gassoso.

Una sola, un'imponente struttura esagonale che si estende attraverso l'atmosfera sarebbe improbabile dato che le condizioni del vento cambiano considerevolmente con l'altitudine. Però, studiando le proprietà atmosferiche nella regione settentrionale, Fletcher e colleghi hanno anche stabilito che onde come l'esagono non dovrebbero essere in grado di propagarsi verso l'alto - dovrebbero rimanere intrappolate nelle cime delle nuvole, come si pensava in precedenza.

"Un modo in cui l''informazione' dell'onda può fuoriuscire verso l'alto è attraverso un processo chiamato evanescenza, dove la forza di un'onda decade con l'altezza ma è abbastanza forte da persistere ancora nella stratosfera, " spiega Fletcher. "Abbiamo semplicemente bisogno di saperne di più. È piuttosto frustrante che abbiamo scoperto questo esagono stratosferico solo alla fine della vita di Cassini".

Capire come e perché il vortice polare nord di Saturno ha assunto una forma esagonale farà luce su come i fenomeni più profondi in un'atmosfera possono influenzare l'ambiente in alto, qualcosa che è di particolare interesse per gli scienziati che cercano di capire come l'energia viene trasportata nelle atmosfere planetarie.

La regione polare nord di Saturno dovrebbe continuare a svilupparsi nei prossimi anni; l'emisfero settentrionale ha superato il solstizio d'estate nel maggio 2017, ed è sulla buona strada per il suo equinozio d'autunno nel 2024.

"L'esagono settentrionale di Saturno è una caratteristica iconica di uno dei membri più carismatici del Sistema Solare, quindi scoprire che racchiude ancora grandi misteri è molto eccitante, "dice Nicola Altobelli, Project Scientist dell'ESA per la missione Cassini-Huygens.

"Il veicolo spaziale Cassini ha continuato a fornire nuove intuizioni e scoperte fino alla fine. Senza un veicolo spaziale capace come Cassini, questi misteri sarebbero rimasti inesplorati. Mostra esattamente cosa può essere realizzato da un team internazionale che invia un sofisticato esploratore robotico verso una destinazione precedentemente inesplorata, con risultati che continuano a fluire anche quando la missione stessa è terminata".