Per gli standard terreni, La luna di Saturno, Titano, è un posto strano. Più grande del pianeta Mercurio, Titano è avvolto in una densa atmosfera (è l'unica luna nel sistema solare ad averne una) e ricoperta da fiumi e mari di idrocarburi liquidi come metano ed etano. Sotto questi c'è una spessa crosta di ghiaccio d'acqua, e sotto potrebbe esserci un oceano di acqua liquida che potrebbe potenzialmente ospitare la vita.

Ora, decenni di misurazioni e calcoli hanno rivelato che l'orbita di Titano intorno a Saturno si sta espandendo, il che significa, la luna si sta allontanando sempre di più dal pianeta, a una velocità circa 100 volte più veloce del previsto. La ricerca suggerisce che Titano è nato molto più vicino a Saturno ed è migrato alla sua attuale distanza di 1,2 milioni di chilometri (circa 746, 000 miglia) in 4,5 miliardi di anni.

I risultati sono descritti in un articolo che appare sulla rivista Astronomia della natura l'8 giugno.

"La maggior parte dei lavori precedenti aveva previsto che lune come Titano o la luna di Giove Callisto si fossero formate a una distanza orbitale simile a quella in cui le vediamo ora, " dice Jim Fuller di Caltech, assistente professore di astrofisica teorica e coautore del nuovo articolo. "Ciò implica che il sistema lunare di Saturno, e potenzialmente i suoi anelli, si sono formati e si sono evoluti in modo più dinamico di quanto si credesse in precedenza."

Per comprendere le basi della migrazione orbitale, possiamo guardare alla nostra luna. La luna terrestre esercita una piccola attrazione gravitazionale sul pianeta mentre orbita. Questo è ciò che causa le maree:gli strattoni ritmici della luna fanno sì che gli oceani della Terra si gonfino da un lato all'altro. I processi di attrito all'interno della terra convertono parte di questa energia in calore, distorcendo il campo gravitazionale terrestre in modo che spinga la luna in avanti nella sua orbita. Questo fa sì che la luna guadagni energia e si allontani gradualmente dalla terra, ad una velocità di circa 3,8 centimetri all'anno. Questo processo è veramente graduale, anche se; La Terra non "perderà" la luna fino a quando sia la terra che la luna non saranno inghiottite dal sole tra circa sei miliardi di anni.

Titano esercita un'attrazione simile su Saturno, ma i processi di attrito all'interno di Saturno sono generalmente considerati più deboli di quelli all'interno della Terra a causa della composizione gassosa di Saturno. Le teorie standard prevedono che, a causa della sua distanza da Saturno, Titano dovrebbe migrare via a un ritmo lento di al massimo 0,1 centimetri all'anno. Ma i nuovi risultati contraddicono questa previsione.

Nel lavoro dettagliato nel documento Nature Astronomy, due gruppi di ricercatori hanno utilizzato ciascuno una tecnica diversa per misurare l'orbita di Titano per un periodo di 10 anni. Una tecnica, chiamato astrometria, ha prodotto misurazioni precise della posizione di Titano rispetto alle stelle di sfondo nelle immagini scattate dalla sonda Cassini. L'altra tecnica, radiometria, misurò la velocità di Cassini in quanto influenzata dall'influenza gravitazionale di Titano.

"Utilizzando due set di dati completamente indipendenti, astrometrici e radiometrici, e due diversi metodi di analisi, abbiamo ottenuto risultati in pieno accordo, " dice il primo autore dello studio, Valéry Lainey ex di JPL (che Caltech gestisce per la NASA), ora dell'Osservatorio di Parigi, Università PSL. Lainey ha lavorato con il team di astrometria.

I risultati sono anche in accordo con una teoria proposta nel 2016 da Fuller, che predisse che il tasso di migrazione di Titano sarebbe stato molto più veloce di quanto stimato dalle teorie di marea standard. La sua teoria osserva che Titano dovrebbe schiacciare gravitazionalmente Saturno con una particolare frequenza che fa oscillare fortemente il pianeta, in modo simile a come oscillare le gambe su un'altalena con il giusto tempismo può portarti sempre più in alto. Questo processo di forzatura delle maree è chiamato blocco della risonanza. Fuller ha proposto che l'elevata ampiezza dell'oscillazione di Saturno dissiperebbe molta energia, che a sua volta farebbe migrare Titano verso l'esterno lontano dal pianeta a un ritmo più veloce di quanto si pensasse in precedenza. Infatti, le osservazioni hanno scoperto che Titano sta migrando lontano da Saturno a una velocità di 11 centimetri all'anno, più di 100 volte più veloce di quanto previsto dalle teorie precedenti.

"La teoria del blocco della risonanza può essere applicata a molti sistemi astrofisici. Ora sto facendo del lavoro teorico per vedere se la stessa fisica può verificarsi nei sistemi binari di stelle, o sistemi di esopianeti, "dice Fuller.

Il documento è intitolato "Risonanza bloccata in pianeti giganti indicata dalla rapida espansione orbitale di Titano".