Questa immagine degli anelli di Saturno è stata scattata dalla sonda spaziale Cassini della NASA il 13 settembre. 2017. È tra le ultime immagini che Cassini ha inviato sulla Terra. Credito:NASA/JPL-Caltech/Istituto di scienze spaziali
Gli anelli distintivi di Saturno sono stati osservati con dettagli senza precedenti dalla sonda spaziale Cassini della NASA, e gli scienziati hanno ora utilizzato quelle osservazioni per sondare l'interno del pianeta gigante e ottenere la prima determinazione precisa della sua velocità di rotazione. La lunghezza di un giorno su Saturno, secondo i loro calcoli, è 10 ore 33 minuti e 38 secondi.
I ricercatori hanno studiato i modelli d'onda creati all'interno degli anelli di Saturno dalle vibrazioni interne del pianeta. In effetti, gli anelli agiscono come un sismografo estremamente sensibile rispondendo alle vibrazioni all'interno del pianeta stesso.
Simile alle vibrazioni della Terra da un terremoto, Saturno risponde alle perturbazioni vibrando a frequenze determinate dalla sua struttura interna. La convezione termica all'interno è la fonte più probabile delle vibrazioni. Queste oscillazioni interne fanno fluttuare la densità in qualsiasi punto particolare del pianeta, che fa oscillare alle stesse frequenze il campo gravitazionale esterno al pianeta.
"Le particelle negli anelli sentono questa oscillazione nel campo gravitazionale. Nei punti in cui questa oscillazione risuona con le orbite degli anelli, l'energia si accumula e si lascia trasportare come un'onda, " ha spiegato Christopher Mankovich, uno studente laureato in astronomia e astrofisica all'UC Santa Cruz.
Mankovich è l'autore principale di un articolo, pubblicato il 17 gennaio nel Giornale Astrofisico , confrontando i modelli d'onda negli anelli con i modelli della struttura interna di Saturno.
L'anello C di Saturno ospita una serie sorprendentemente ricca di strutture e trame. Gran parte della struttura vista nelle porzioni esterne degli anelli di Saturno è il risultato di perturbazioni gravitazionali sulle particelle dell'anello da parte delle lune di Saturno, ma alcune delle caratteristiche degli anelli sono dovute alle vibrazioni del pianeta stesso. Credito:NASA/JPL-Caltech/Istituto di scienze spaziali
La maggior parte delle onde osservate negli anelli di Saturno sono dovute agli effetti gravitazionali delle lune orbitanti al di fuori degli anelli, ha detto il coautore Jonathan Fortney, professore di astronomia e astrofisica all'UC Santa Cruz. "Ma alcune delle caratteristiche degli anelli sono dovute alle oscillazioni del pianeta stesso, e possiamo usarli per comprendere le oscillazioni interne del pianeta e la struttura interna, " Egli ha detto.
Mankovich ha sviluppato una serie di modelli della struttura interna di Saturno, li usava per prevedere lo spettro di frequenza delle vibrazioni interne di Saturno, e confrontato quelle previsioni con le onde osservate da Cassini nell'anello C di Saturno. Uno dei principali risultati della sua analisi è il nuovo calcolo della velocità di rotazione di Saturno, che è stato sorprendentemente difficile da misurare.
Come un pianeta gigante gassoso, Saturno non ha una superficie solida con punti di riferimento che potrebbero essere tracciati mentre ruota. Saturno è anche insolito per avere il suo asse magnetico quasi perfettamente allineato con il suo asse di rotazione. L'asse magnetico di Giove, come quella della Terra, non è allineato con il suo asse di rotazione, il che significa che il polo magnetico oscilla mentre il pianeta ruota, consentendo agli astronomi di misurare un segnale periodico in onde radio e calcolare la velocità di rotazione.
La velocità di rotazione di 10:33:38 determinata dall'analisi di Mankovich è di diversi minuti più veloce rispetto alle stime precedenti basate sulla radiometria della sonda Voyager e Cassini.
Questa immagine di Cassini mostra con dettagli senza precedenti un'onda di densità nell'anello B di Saturno, molto probabilmente causato da una piccola luna che perturba sistematicamente le orbite delle particelle dell'anello. Credito:NASA/JPL-Caltech/Istituto di scienze spaziali
"Ora abbiamo la lunghezza del giorno di Saturno, quando pensavamo di non essere in grado di trovarlo, " ha detto la scienziata del progetto Cassini Linda Spilker. "Hanno usato gli anelli per scrutare l'interno di Saturno, e ne è uscito fuori questo a lungo cercato, qualità fondamentale del pianeta. Ed è un risultato davvero solido. Gli anelli contenevano la risposta."
L'idea che gli anelli di Saturno potessero essere usati per studiare la sismologia del pianeta fu suggerita per la prima volta nel 1982, molto prima che fossero possibili le necessarie osservazioni. Coautore Mark Marley, ora all'Ames Research Center della NASA nella Silicon Valley, successivamente concretizzò l'idea per il suo dottorato di ricerca. tesi nel 1990, ha mostrato come si potevano fare i calcoli, e prevedeva dove sarebbero state le caratteristiche degli anelli di Saturno. Ha anche notato che la missione Cassini, poi nelle fasi di progettazione, sarebbe in grado di fare le osservazioni necessarie per testare l'idea.
"Due decenni dopo, le persone hanno guardato i dati di Cassini e hanno trovato le caratteristiche degli anelli nelle posizioni delle previsioni di Mark, "Fortney ha detto.
