Circa un anno fa, una spettacolare immersione in Saturno ha concluso la missione Cassini della NASA, e con essa un'esperienza unica, Spedizione di ricerca di 13 anni nel sistema saturniano. Negli ultimi cinque mesi della missione, la sonda è entrata di nuovo in un territorio inesplorato:ventidue volte, si tuffò nella regione quasi inesplorata tra il pianeta Saturno e il suo anello più interno, l'anello D. Di venerdì, 5 ottobre 2018, il giornale Scienza sta pubblicando sei articoli che descrivono i primi risultati di questa fase della missione.

In uno di questi documenti, un gruppo di ricerca guidato dal Max Planck Institute for Solar System Research in Germania e dall'Applied Physics Laboratory della Johns Hopkins University negli Stati Uniti riporta le uniche cinture di radiazioni protoniche formate in prossimità del pianeta. A causa della presenza della densa A, B, e anelli C, quest'area è quasi completamente disaccoppiata dalla fascia di radiazione principale e dal resto della magnetosfera, che si estendono ulteriormente verso l'esterno.

Quando la sonda spaziale Cassini è entrata nella sua prima orbita attorno a Saturno e ai suoi anelli il 1° luglio, 2004, la suite di rilevatori di particelle Magnetospheric Imaging Instrument (MIMI), compreso il sistema di misurazione magnetosferica a bassa energia (LEMMS), sviluppato e costruito sotto la guida di MPS, intravide brevemente la regione tra il pianeta e l'anello a D più interno. Le misurazioni hanno indicato che può essere presente una popolazione di particelle cariche, ma la sua esatta composizione e proprietà rimasero oscure. Negli anni successivi, MIMI-LEMMS ha studiato le particelle intrappolate dal forte campo magnetico di Saturno al di fuori dei suoi anelli, formando la sua fascia di radiazione principale che consiste di protoni ed elettroni ad alta energia. La fascia di radiazione protonica si estende per più di 285, 000 chilometri nello spazio ed è fortemente influenzato dalle numerose lune di Saturno, che lo segmentano in cinque settori. "Solo 13 anni dopo, poco prima della fine della missione, ci è stata data l'opportunità di seguire le nostre primissime misurazioni su Saturno e vedere se un ulteriore settore della fascia di radiazioni coesiste con l'anello D e l'atmosfera superiore del pianeta, " spiega Elias Roussos, scienziato del Max Planck Institute for Solar Systems, autore principale dello studio attuale.

La prova di pazienza durata 13 anni ora ha dato i suoi frutti. Nella loro corrente Scienza articolo, gli scienziati dipingono un quadro completo dei protoni che circondano Saturno nelle immediate vicinanze. Due articoli sulla rivista Lettere di ricerca geofisica elaborare questi risultati.

Simile alla fascia protonica principale di Saturno, i protoni che popolano la regione vicina al pianeta sono generati dalla radiazione cosmica galattica incidente. Quando la radiazione cosmica interagisce con il materiale nell'atmosfera di Saturno o nei suoi anelli densi, innesca una catena di reazioni che generano protoni ad alta energia che vengono successivamente intrappolati dal campo magnetico del pianeta.

Il campo magnetico di Saturno è più di 10 volte più forte vicino al pianeta di quanto non lo sia nelle principali fasce di radiazione. Ciò rende l'intrappolamento così efficiente che i protoni possono rimanere per anni nella stessa linea del campo magnetico. Ciò li costringe ad interagire continuamente con l'anello a D e l'atmosfera saturniana ea perdere gradualmente la loro piena energia. Ma con le densità del tenue anello a D sconosciute, non era chiaro quanto velocemente si sviluppa questa perdita di energia e se una cintura di radiazioni potesse essere mantenuta. La modellazione teorica ha indicato che uno scenario praticabile potrebbe essere MIMI che misura nient'altro che il rumore.

Ciò fortunatamente non è accaduto, almeno per i protoni. Le misurazioni LEMMS hanno rivelato un accumulo stabile di protoni energetici che si estende dall'atmosfera di Saturno e in tutto l'anello D. L'energia che molti di questi protoni hanno è estrema:più di 10 volte superiore a quella che LEMMS è stata progettata per misurare. "Abbiamo dovuto scavare vecchi disegni meccanici dello strumento e costruirne nuovi modelli per capire come si sarebbe misurato in un ambiente così estremo, " aggiunge Rossi.

"Fuori dall'anello a D, Saturno A, Gli anelli B e C sono significativamente più densi e polverosi, formando un efficace 62, barriera di 000 chilometri per l'intrappolamento di particelle cariche, " Continua Roussos. Ciò significava che il bordo esterno dell'anello a D era il più lontano possibile da questa nuova cintura di protoni - e le misurazioni LEMMS lo hanno confermato. "Questo crea una cintura di radiazioni completamente isolata dal resto della magnetosfera, " dice lo scienziato MPS Dr. Norbert Krupp, Principal Investigator del team MIMI-LEMMS e coautore dello studio in Scienza .

Questa regione è unica nel sistema solare. Offre la possibilità di esaminare una cintura di radiazioni in condizioni simili a quelle di un laboratorio, poiché i suoi protoni sono creati da un processo molto stabile, guidato e controllato dal forte campo magnetico di Saturno. Nella cintura di radiazione principale di Saturno e nelle cinture di radiazione della Terra e di Giove, queste condizioni sono diverse e molto più complicate. A Terra, Per esempio, un afflusso variabile di particelle ad alta energia dal sole può avere una forte influenza sulla struttura della fascia di radiazione.

Altrettanto preziose sono le nuove informazioni che LEMMS aggiunge sul sistema D ring, che è troppo debole per essere studiato solo con l'imaging. Questo anello contiene un totale di tre riccioli stretti, tutto più luminoso del resto dell'anello e chiamato D68, D72 e D73. Mentre l'intensità dei protoni è stata ridotta dai riccioli D68 e D73, il ricciolo D72 che si trova tra di loro non sembra avere effetto. "Anche se i boccoli D72 e D68 sono ugualmente luminosi, Le misurazioni dei LEMMS ci mostrano che in realtà devono essere molto diversi, "dice Rossi.

Le misurazioni MIMI hanno anche rivelato un secondario, fascia di radiazione protonica a bassa energia ad un'altitudine inferiore a diverse migliaia di chilometri. Questa cintura si forma occasionalmente quando gli atomi di idrogeno neutri veloci creati nella magnetosfera di Saturno rimangono intrappolati vicino al pianeta quando colpiscono la sua atmosfera e si caricano. "La presenza di questa fascia a bassa quota mostra che alcune informazioni minime dalla variabile di Saturno, la magnetosfera distante può essere trasmessa attraverso gli anelli densi del pianeta, " aggiunge Krupp.

Nei 13 anni trascorsi a Saturno lo strumento MIMI/LEMMS, ha condotto una delle indagini più complete su una fascia di radiazioni planetarie diversa da quella della Terra e ha persino aiutato a scoprire anelli sconosciuti. Un riassunto di queste e di ulteriori scoperte può essere trovato nel libro Saturno nel 21° secolo , pubblicato questo mese dalla Cambridge University Press. Il Dr. Norbert Krupp dell'MPS è tra i suoi quattro redattori.