Questa immagine mostra una gigantesca tempesta di Saturno che è stata osservata alle lunghezze d'onda del medio infrarosso dal Very Large Telescope dell'Osservatorio europeo meridionale nel 2011. I gas caldi che alimentano la tempesta la fanno brillare rispetto al resto del pianeta. Credito:L. Fletcher (Università di Leicester) ed ESO
Se fermi una persona a caso sul marciapiede e chiedi loro qual è il loro pianeta preferito, è probabile che la loro risposta sarà Saturno. Gli splendidi anelli di Saturno sono uno spettacolo memorabile in qualsiasi telescopio da cortile. Ma c'è ancora molto da imparare su Saturno, soprattutto riguardo al clima e alla chimica unici del pianeta, così come l'origine del suo opulento sistema di anelli. Dopo il suo lancio nel 2021, Il telescopio spaziale James Webb della NASA osserverà Saturno, i suoi anelli, e famiglia di lune come parte di un programma completo del sistema solare.
Questo studio sarà condotto attraverso un programma di osservazione del tempo garantito guidato da Heidi Hammel, un astronomo planetario e vicepresidente esecutivo dell'Associazione delle Università per la Ricerca in Astronomia (AURA) a Washington, D.C. Hammel è stato selezionato dalla NASA come Webb Interdisciplinary Scientist nel 2002.
"Lo scopo di questo programma è dimostrare le capacità di Webb per le osservazioni del sistema solare, compresa l'osservazione di oggetti luminosi, tracciare oggetti in movimento, e individuando bersagli deboli accanto a quelli luminosi, "Ha spiegato Hammel. "I dati saranno resi disponibili alla comunità del sistema solare il prima possibile per mostrare loro che Webb può fare ciò che abbiamo promesso loro".
Webb riprenderà da dove la sonda spaziale Cassini della NASA si è interrotta. Cassini ha orbitato intorno a Saturno per 13 anni, dal 2004 fino alla fine della missione nel 2017, quando la navicella si è immersa nell'atmosfera di Saturno. Da allora, programmi come il programma Outer Planet Atmospheres Legacy del telescopio spaziale Hubble e le misurazioni a terra sono stati l'unico modo per monitorare Saturno.
Le stagioni di Saturno
Saturno sperimenta le aurore, noto anche come aurora boreale e australe, proprio come la Terra. Qui, Le osservazioni di Hubble a luce ultravioletta di un'aurora sono sovrapposte a un'immagine a luce visibile del pianeta. Credito:NASA, ESA, J. Clarke (Università di Boston), e Z. Levay (STScI)
Saturno è inclinato sul suo asse proprio come la Terra, e come risultato, sperimenta anche le stagioni mentre orbita intorno al Sole. Però, poiché l'anno saturniano è lungo 30 anni terrestri, ogni stagione dura circa 7-1/2 anni. Cassini è arrivato durante l'estate dell'emisfero australe (inverno nell'emisfero settentrionale). Ora è estate nell'emisfero settentrionale. Gli astronomi sono ansiosi di cercare i cambiamenti stagionali nell'atmosfera di Saturno.
"Queste osservazioni ci daranno un'analisi completa del sistema saturniano per vedere cosa è cambiato, per vedere come si sono evolute le stagioni dagli ultimi scorci di Cassini e per sfruttare le capacità di Webb che Cassini non ha mai avuto, " ha detto Leigh Fletcher dell'Università di Leicester, Inghilterra, un investigatore principale del programma.
Alla fine del 2010, una tempesta mostruosa scoppiò nell'emisfero settentrionale di Saturno. È iniziato come un piccolo punto ma è cresciuto rapidamente, fino alla fine di gennaio 2011 ha circondato il pianeta. Gli astronomi sono rimasti sorpresi perché tali tempeste normalmente non si formano prima del solstizio d'estate, che si è verificato nel 2017. Staranno osservando ulteriori tempeste mentre l'emisfero settentrionale di Saturno si sposta dall'estate all'autunno nel corso della missione di Webb.
Strati nebulosi di idrocarburi avvolgono la luna di Saturno, Titano. Sulla sua superficie, i fiumi di metano sfociano in mari orlati di catrame. Credito:NASA/JPL-Caltech/Istituto di scienze spaziali
Le tempeste non sono gli unici fenomeni atmosferici che Saturno e la Terra condividono. Saturno sperimenta anche le aurore, o luci del nord e del sud. Quelle aurore innescano cambiamenti chimici nell'atmosfera di Saturno, rompendo alcune molecole e permettendo di formarne di nuove. Webb cercherà le firme di quell'insolita chimica che brilla alle lunghezze d'onda del medio infrarosso, in particolare nella regione del polo nord.
Titano, La luna più grande di Saturno
La luna più grande di Saturno, Titano, cadrà anche sotto il potente sguardo di Webb. Titano è unico perché è l'unica luna nel nostro sistema solare con un'atmosfera sostanziale. Infatti, è più grande del pianeta Mercurio. La pressione atmosferica su Titano è di circa il 50% maggiore rispetto a quella terrestre. Come la Terra, quell'atmosfera è principalmente azoto, ma Titano ha anche idrocarburi vaporosi come il metano. Titano è anche molto più freddo della Terra, con una temperatura superficiale intorno a meno 290° Fahrenheit (meno 180° Celsius).
All'interno dell'atmosfera di Titano, le reazioni chimiche ne modificano costantemente la composizione. Le molecole vengono scomposte nei loro costituenti come il carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto. Quegli atomi formano nuove molecole, che filtrano nell'aria e si depositano in qualsiasi polo stia attraversando l'inverno.
le lune di Giove Io ed Europa, e le lune di Saturno Encelado e Titano, mostrano un'attività geologica notevole per le loro piccole dimensioni, con caratteristiche che vanno da vulcani e pennacchi d'acqua a possibili oceani sotto la superficie. Attestazione:J Olmsted (STScI)
"L'atmosfera di Titan è come un grande laboratorio di chimica, ", ha affermato Conor Nixon del Goddard Space Flight Center della NASA, Cintura verde, Maryland., un investigatore principale del programma. Nixon e i suoi colleghi utilizzeranno il Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) e il Mid Infrared Imager (MIRI) di Webb per studiare queste molecole in modo molto più dettagliato di quanto consentito dagli strumenti di Cassini.
Titano è anche l'unico oggetto nel nostro sistema solare oltre alla Terra con mari e laghi liquidi sulla sua superficie. Mentre la Terra ha un ciclo dell'acqua in cui l'acqua evapora, cade come pioggia, e scorre lungo i fiumi fino all'oceano, Titano sperimenta un ciclo simile con il metano. su Titano, La pioggia di metano scolpisce i letti dei fiumi attraverso il ghiaccio d'acqua duro come la roccia prima di sfociare nei mari orlati di catrame. Cassini e la sua sonda Huygens dell'Agenzia spaziale europea, che è atterrato su Titano nel 2004, fece notevoli scoperte su questa luna di Saturno. Webb studierà i cicli climatici stagionali di Titano per confrontarli con i modelli degli astronomi.
"Titan ha le nuvole e il tempo che possiamo vedere cambiare in tempo reale. La sua chimica è molto diversa da quella della Terra, ma è ancora biologico, chimica a base di carbonio, " ha detto Stefanie Milam della NASA Goddard, un co-investigatore del programma.
Mentre la durata della missione di Webb dopo il lancio è progettata per essere di almeno 5-1/2 anni, potrebbe potenzialmente durare 10 anni o più. Di conseguenza, potrebbe osservare Saturno passare dall'estate settentrionale attraverso l'equinozio d'autunno e tornare alla primavera meridionale. Ciò avrebbe quasi "completato il cerchio" iniziato quando Cassini è arrivato durante l'estate meridionale.
"Avremo davvero coperto un intero anno saturniano. Sarebbe un'esperienza piuttosto illuminante, " disse Fletcher.
