Allo stesso modo in cui i terremoti fanno tremare il nostro pianeta, le oscillazioni all'interno di Saturno fanno oscillare leggermente il gigante gassoso. Quei movimenti, a sua volta, causare increspature negli anelli di Saturno.

In un nuovo studio accettato sulla rivista Astronomia della natura , due astronomi del Caltech hanno analizzato quegli anelli increspati per rivelare nuove informazioni sul nucleo di Saturno. Per il loro studio, hanno usato i dati più vecchi catturati dal Cassini della NASA, un veicolo spaziale che ha orbitato intorno al gigante dagli anelli per 13 anni prima che si tuffasse nell'atmosfera del pianeta e si disintegrasse nel 2017.

I risultati suggeriscono che il nucleo del pianeta non è una dura palla di roccia, come alcune teorie precedenti avevano proposto, ma una zuppa di ghiaccio diffusa, musica rock, e fluidi metallici, o ciò che gli scienziati chiamano un nucleo "sfocato". L'analisi rivela anche che il nucleo si estende per il 60% del diametro del pianeta, che lo rende sostanzialmente più grande di quanto precedentemente stimato.

"Abbiamo usato gli anelli di Saturno come un gigantesco sismografo per misurare le oscillazioni all'interno del pianeta, " dice il co-autore Jim Fuller, assistente professore di astrofisica teorica al Caltech. "Questa è la prima volta che siamo stati in grado di sondare sismicamente la struttura di un pianeta gigante gassoso, e i risultati sono stati piuttosto sorprendenti."

"L'analisi dettagliata degli anelli increspati di Saturno è una forma molto elegante di sismologia per dedurre le caratteristiche del nucleo di Saturno, "dice Jennifer Jackson, il William E. Leonhard Professor di Fisica Minerale nel Laboratorio Sismologico del Caltech, che non è stato coinvolto nello studio ma utilizza diversi tipi di osservazioni sismiche per comprendere la composizione del nucleo terrestre e per rilevare potenzialmente eventi sismici su Venere in futuro.

L'autore principale dello studio è Christopher Mankovich, uno studioso post-dottorato ricercatore associato in scienze planetarie che lavora nel gruppo di Fuller.

I risultati offrono le migliori prove finora per il nucleo sfocato di Saturno e si allineano con le recenti prove della missione Juno della NASA, il che indica che anche il gigante gassoso Giove potrebbe avere un nucleo similmente diluito.

"I nuclei sfocati sono come una melma, " spiega Mankovich. "L'idrogeno e l'elio nel pianeta si mescolano gradualmente con sempre più ghiaccio e roccia man mano che ci si sposta verso il centro del pianeta. È un po' come parti degli oceani della Terra dove la salsedine aumenta man mano che si arriva a livelli sempre più profondi, creando una configurazione stabile."

L'idea che le oscillazioni di Saturno possano produrre onde nei suoi anelli e che gli anelli possano quindi essere utilizzati come sismografo per studiare l'interno di Saturno è nata negli studi all'inizio degli anni '90 di Mark Marley (BS '84) e Carolyn Porco (Ph.D. .'83), che in seguito divenne il leader del Cassini Imaging Team. La prima osservazione del fenomeno è stata fatta da Matt Hedman e P.D. Nicholson (Ph.D. '79) nel 2013, che ha analizzato i dati presi da Cassini. Gli astronomi hanno scoperto che l'anello C di Saturno conteneva molteplici schemi a spirale guidati dalle fluttuazioni nel campo gravitazionale di Saturno e che questi schemi erano distinti dalle altre onde negli anelli causate dalle interazioni gravitazionali con le lune del pianeta.

Ora, Mankovich e Fuller hanno analizzato il modello delle onde negli anelli per costruire nuovi modelli dell'interno ondeggiante di Saturno.

"Saturno trema sempre, ma è sottile, " dice Mankovich. "La superficie del pianeta si muove di circa un metro ogni una o due ore come un lago che si increspa lentamente. Come un sismografo, gli anelli raccolgono i disturbi gravitazionali, e le particelle dell'anello iniziano a dimenarsi, " lui dice.

I ricercatori affermano che le increspature gravitazionali osservate indicano che il profondo interno di Saturno, mentre sguazza nel suo insieme, è composto da strati stabili che si sono formati dopo che i materiali più pesanti sono sprofondati al centro del pianeta e hanno smesso di mescolarsi con materiali più leggeri sopra di essi.

"Affinché il campo gravitazionale del pianeta oscilli con queste particolari frequenze, l'interno deve essere stabile, e questo è possibile solo se la frazione di ghiaccio e roccia aumenta gradualmente man mano che ti avvicini al centro del pianeta, "dice Fuller.

I loro risultati indicano anche che il nucleo di Saturno è 55 volte più massiccio dell'intera Terra, con 17 masse terrestri di cui sono ghiaccio e roccia e il resto un fluido di idrogeno ed elio.

Hedman, che non fa parte dello studio in corso, dice, "Christopher e Jim sono stati in grado di dimostrare che una particolare caratteristica dell'anello ha fornito una forte evidenza che il nucleo di Saturno è estremamente diffuso. Sono entusiasta di pensare a ciò che tutte le altre caratteristiche dell'anello generate da Saturno potrebbero essere in grado di dirci su quel pianeta".

Inoltre, i risultati pongono sfide agli attuali modelli di formazione del gigante gassoso, che trattengono che si formano prima i nuclei rocciosi e poi attirano grandi involucri di gas. Se i nuclei dei pianeti sono davvero sfocati come indica lo studio, i pianeti potrebbero invece incorporare gas prima nel processo.

Il Astronomia della natura studio, intitolato, "Un nucleo diffuso in Saturno rivelato dalla sismologia ad anello, " è stato finanziato dalla Rose Hills Foundation e dalla Sloan Foundation.