Con il suo abbagliante sistema di anelli ghiacciati, Saturno è stato oggetto di fascino fin dall'antichità. Anche ora il sesto pianeta dal sole racchiude molti misteri, in parte perché la sua distanza rende difficile l'osservazione diretta e in parte perché questo gigante gassoso (che è più volte la dimensione del nostro pianeta) ha una composizione e un'atmosfera, principalmente idrogeno ed elio, così diverso da quello della Terra. Imparare di più su di esso potrebbe fornire alcune intuizioni sulla creazione del sistema solare stesso.
Uno dei misteri di Saturno riguarda l'enorme tempesta a forma di esagono al suo polo nord. Il vortice a sei facce è un fenomeno atmosferico che ha affascinato gli scienziati planetari sin dalla sua scoperta negli anni '80 dal programma americano Voyager, e la successiva visita nel 2006 della missione U.S.-European Cassini-Huygens. La tempesta è di circa 20, 000 miglia di diametro ed è delimitato da bande di venti che soffiano fino a 300 miglia all'ora. Un uragano come questo non esiste su nessun altro pianeta o luna conosciuto.
Due dei tanti scienziati, diventati cacciatori di tempeste interplanetari, che lavorano per scoprire i segreti di questa meraviglia sono Jeremy Bloxham, il professore di geofisica Mallinckrodt, e ricercatore associato Rakesh K. Yadav, che lavora nel laboratorio di Bloxham nel Dipartimento di Scienze della Terra e Planetarie di Harvard. In un articolo recentemente pubblicato in PNAS , i ricercatori hanno iniziato a capire come è nato il vortice.
"Vediamo regolarmente tempeste sulla Terra e sono sempre a spirale, a volte circolare, ma mai qualcosa con segmenti esagonali o poligoni con spigoli, " Yadav ha detto. "Questo è davvero sorprendente e completamente inaspettato. [La domanda su Saturno è] come si è formato un sistema così grande e come può un sistema così grande rimanere invariato su questo grande pianeta?"
Creando un modello di simulazione 3D dell'atmosfera di Saturno, Yadev e Bloxham credono di essere vicini a una risposta.
Nella loro carta, gli scienziati affermano che l'uragano dall'aspetto innaturale si verifica quando i flussi atmosferici nelle profondità di Saturno creano vortici grandi e piccoli (noti anche come cicloni) che circondano una corrente a getto orizzontale più grande che soffia verso est vicino al polo nord del pianeta che ha anche un numero di tempeste al suo interno. Le tempeste più piccole interagiscono con il sistema più grande e di conseguenza pizzicano efficacemente il getto orientale e lo confinano nella parte superiore del pianeta. Il processo di pizzicamento deforma il flusso in un esagono.
"Questo jet sta girando intorno al pianeta, e deve convivere con queste tempeste [più piccole] localizzate, " ha detto Yadav, l'autore principale dello studio. Pensala in questo modo:"Immagina di avere un elastico e ci mettiamo intorno un mucchio di elastici più piccoli e poi strizziamo l'intera cosa dall'esterno. Quell'anello centrale verrà compresso di alcuni pollici e formerà dei forma strana con un certo numero di bordi. Questa è fondamentalmente la fisica di ciò che sta accadendo. Abbiamo queste tempeste più piccole e stanno praticamente pizzicando le tempeste più grandi nella regione polare e poiché devono coesistere, devono in qualche modo trovare uno spazio per ospitare praticamente ogni sistema. Facendo ciò, finiscono per creare questa forma poligonale."
Il modello creato dai ricercatori suggerisce che la tempesta è profonda migliaia di chilometri, ben al di sotto delle cime delle nuvole di Saturno. La simulazione imita lo strato esterno del pianeta e copre solo il 10% circa del suo raggio. In un esperimento di un mese gli scienziati hanno eseguito, la simulazione al computer ha mostrato che un fenomeno chiamato convezione termica profonda, che si verifica quando il calore viene trasferito da un luogo all'altro mediante il movimento di fluidi o gas, può inaspettatamente dare origine a flussi atmosferici che creano grandi cicloni polari e un getto verso est ad alta latitudine modello. Quando questi si mescolano in alto si forma la forma inaspettata, e poiché le tempeste si formano nel profondo del pianeta, gli scienziati hanno detto che rende l'esagono furioso e persistente.
La convezione è la stessa forza che provoca tornado e uragani sulla Terra. È simile a far bollire una pentola d'acqua:il calore dal fondo si trasferisce alla superficie più fredda, facendo bollire la parte superiore. Questo è ciò che si crede causi molte delle tempeste su Saturno, quale, come un gigante gassoso, non ha una superficie solida come quella terrestre.
"Il modello di flusso esagonale su Saturno è un esempio lampante di turbolenta auto-organizzazione, " I ricercatori hanno scritto nel documento di giugno. "Il nostro modello produce simultaneamente e in modo coerente getti zonali alternati, il ciclone polare, e strutture poligonali esagonali simili a quelle osservate su Saturno."
Quello che il modello non ha prodotto, però, era un esagono. Anziché, la forma che i ricercatori hanno visto era un poligono a nove lati che si muoveva più velocemente della tempesta di Saturno. Ancora, la forma serve come prova del concetto per la tesi generale su come si forma la forma maestosa e perché è rimasta relativamente invariata per quasi 40 anni.
L'interesse per la tempesta esagonale di Saturno risale al 1988, quando l'astronomo David A. Godfrey ha analizzato i dati di sorvolo dei passaggi di Saturno del 1980 e 1981 della sonda Voyager e ha riportato la scoperta. Decenni dopo, dal 2004 al 2017, La sonda spaziale Cassini della NASA ha catturato alcune delle immagini più chiare e conosciute dell'anomalia prima di precipitare nel pianeta.
Si sa relativamente poco della tempesta perché il pianeta impiega 30 anni per orbitare intorno al sole, lasciando entrambi i poli nell'oscurità per quel tempo. Cassini, ad esempio, ha preso solo immagini termiche della tempesta quando è arrivata per la prima volta nel 2004. Anche quando il sole splende sul polo nord di Saturno, le nuvole sono così fitte che la luce non penetra in profondità nel pianeta.
Indipendentemente, esistono molte ipotesi su come si sia formata la tempesta. La maggior parte si concentra su due scuole di pensiero:una suggerisce che l'esagono sia poco profondo e si estenda solo per centinaia di chilometri in profondità; l'altro suggerisce che i getti zonali siano profondi migliaia di chilometri.
Le scoperte di Yadev e Bloxham si basano su quest'ultima teoria, ma devono includere più dati atmosferici da Saturno e perfezionare ulteriormente il loro modello per creare un'immagine più accurata di ciò che sta accadendo con la tempesta. Globale, il duo spera che le loro scoperte possano aiutare a dipingere un ritratto dell'attività su Saturno in generale.
"Da un punto di vista scientifico, l'atmosfera è davvero importante nel determinare quanto velocemente un pianeta si raffredda. Tutte queste cose che vedi in superficie, sono fondamentalmente manifestazioni del pianeta che si sta raffreddando e il pianeta che si sta raffreddando ci dice molto su ciò che sta accadendo all'interno del pianeta, " Ha detto Yadav. "La motivazione scientifica è fondamentalmente capire come è nato Saturno e come si evolve nel tempo".
