Giove, Saturno
e la loro numerosa corte
Fabrizio Mazzucconi
Società Astronomica Italiana
Stilo 2016
Breve storia delle osservazioni
17/09/2016
F. Mazzucconi
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Anticamente
Il fatto che Giove e Saturno non fossero
stelle come le altre era noto fin dai
Sumeri e dai popoli della Mesopotamia,
che ne studiarono attentamente il moto.
Osservazioni poi usate dagli astronomi
greci, soprattutto Ipparco e Tolomeo,
per sviluppare le loro teorie.
Ma l’osservazione ad occhio nudo non
permise di fare nessun progresso nello
studio di questi corpi
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F. Mazzucconi
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Prima Osservazione di un satellite?
Alcuni studiosi riportano l’annotazione fatta nel 362 a.C. dall’astronomo cinese Gan De di una stellina molto vicina a Giove e la interpretano
come la prima osservazione di uno dei satelliti di Gioce (Ganimede?).
In effetti sia Ganimede che Callisto avrebbero una magnitudine visuale
superiore al 6 (limite minimo per essere visibile ad occhio nudo), ma la
troppa vicinanza ad un Giove luminosissimo rende quasi impossibile tale
osservazione ad occhio nudo
17/09/2016
F. Mazzucconi
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Galileo Galilei
Il 7 gennaio 1610 osserva tre piccole stelle vicino
a Giove che “apparivano disposte esattamente
secondo una linea retta e parallela all’eclittica”
Sono 4
08/01/1610
.
Due stelle spariscono 10/01/1610
11/01/1610
Una ricompare 12/01/1610
Sono nuovamente 4 13/01/1610
15/10/1610
Le osservazioni proseguono per mesi
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Giove
Giove e i suoi quattro satelliti principali visti con uno strumento di
piccole dimensioni
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La perplessità si muta in meraviglia
“Erano sulla stessa retta con Giove, e poste esattamente secondo la linea
dello Zodiaco.
Quando vidi questo e compresi che in alcun modo potevano attribuirsi a
Giove tali spostamenti, sapendo inoltre che le stelle osservate erano
sempre le stesse (nessun’altra precedente o seguente ve n’era entro
grande intervallo sulla linea dello Zodiaco), mutando la perplessità in
meraviglia, compresi che l’apparente mutazione non era di Giove, ma
delle stelle da me scoperte”
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La controversia
La scoperta viene rivendicata da Simon Marius
(Mayr), un astronomo tedesco, un’una sua
pubblicazione del 1614, dove dice di aver osservato il
sistema dei pianeti di Giove il 29 dicembre 1609
L’IAU attribuisce la scoperta a Galileo, per il ritardo
con cui è stata pubblicata e in considerazione del fatto
che, al contrario di Galileo che usa il calendario
Gregoriano, Marius usa il calendario giuliano e quindi
la sua data corrisponde al 8 gennaio 1610
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Osservazioni successive
Nel Sidereus Nuncius non si parla della
singolarità del pianeta Saturno (osservato nel
luglio dello stesso anno) che al telescopio appare
avere due “orecchi”, che inizialmente Galileo
interpreta come satelliti vicinissimi al pianeta
Smaismrmilmepoetaleumibunenugttauiras
Altissimus planetam tergeminum observavi
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Lo strumento di Galileo
Nonostante che Galileo affermi che il
suo ultimo strumento fosse ottimo,
dobbiamo meravigliarci che con una
lente di neanche 6 cm sia riuscito a
fare simili osservazioni,
per di più con uno strumento affetto
da aberrazione sferica
e cromatica.
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Il progredire delle osservazioni
• I – Galileo 1610
• II – Scheiner 1614
• III-VIII-IX – Riccioli 1641 1650
• IV-VII – Hevelius
• X – Divini 1646
• XI – Fontana 1636
• XII – Biancani 1616 e Gassendi
1638
• XIII – Fontana 1644
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Le lenti di Chr. Hugenius
Proprio questi misteri osservativi spinsero
un brillante giovane danese, sotto la guida
di Descartes, a progettare e realizzare
delle lenti sempre migliori.
Nel 1657 realizzò un obiettivo di 5,7 cm,
con una focale di circa 3,5 m che, con un
semplice oculare, permetteva 50
ingrandimenti
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Il telescopio di Huyghens
Con l’aiuto di un telescopio di 5m di
lunghezza focale, senza tubo come i
telescopi più moderni, il 25/03/1655
osservò Saturno, notando una stellina
allineata con il piano delle protuberanze e
l’equatore del pianeta
La scoperta di Galileo che Giove aveva dei
satelliti, fece supporre che anche Saturno
ne potesse avere
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Il solito scherzo
Il moto dei giorni successivi confermò
l’idea di Huygens, che annunciò la sua
scoperta con il solito sistema
Admovere oculis distantia sidera
nostris, vvvvccarrhotqx
Saturno luna sua circodatitur diebus
sexdecim, horis quator
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L’ipotesi sulle appendici
Lo strumento costruito permise a Huygens
di risolvere anche il mistero degli “orecchi”
di Saturno
Le appendici erano molto vicine al pianeta
e quindi avrebbero dovuto girare
velocemente.
La mancanza di un cambiamento delle
appendici su brevi periodi gli fecero
supporre che si trattasse di un sottile
anello
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La polemica con Divini
Nel 1656 Huygens pubblicò “De Saturni luna observatio nova” in cui dava l’annuncio
della scoperta del satellite e anticipava, con un anagramma, l’ipotesi circa la natura delle
“appendici”, data ufficialmente tre anni dopo nel saggio “Systema Saturnium”.
Quest’ultima sollevò molte polemiche, l’idea dell’anello staccato dal pianeta fu ritenuta
molto bizzarra.
Violenta fu la polemica con un altro costruttore di lenti, Eustachio Divini, che vedeva
messa in dubbio la bontà dei suoi strumenti.
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Il nome del satellite
Huygens non pensò mai a dare un
nome al satellite da lui scoperto,
continuò sempre a chiamarlo “Luna
Saturni”.
Il nome di Titano fu attribuito
nell’ottocento, quando fu deciso di
dare nomi mitologici ai vari satelliti
nel frattempo scoperti.
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F. Mazzucconi
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G. D. Cassini
Nel 1655 Cassini scopre la prima
lacuna nel sistema di anelli (che
poi prenderà il suo nome)
E altre 4 lune (Dione e Rea,
Giapeto, Teti)
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Cassini e Saturno
Alla fine del ‘600 Cassini scopri la presenza di
macchie sulla superficie di Giove (fra cui la Grande
Macchia Rossa GMR)
e studiando attentamente il moto dei satelliti si
accorse che quando Giove era vicino alla
congiunzione con il Sole (e quindi alla massima
distanza dalla Terra) le eclissi dei satelliti erano in
ritardo di 17 minuti rispetto al previsto
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La velocità della luce non è infinita
Questo permise a Rømer di ipotizzare che questo
fosse dovuto al maggior cammino che la luce (con
una velocità finita c) doveva fare per arrivare a
noi.
Non conoscendo bene l’orbita terrestre non potette
far i calcoli, ma con i dati a sua disposizione
avrebbe ricavato per c un valore di 135.000 Km/s
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Continuano le scoperte
Nel 1892 Barnard scoprì un quinto satellite Amaltea,
attualmente siamo arrivati a 67, di cui probabilmente
solo 8 sono naturali, gli altri sono probabilmente
asteroidi di passaggio catturati.
Nel 1932 Wild scoprì la presenza nello spettro del
pianeta delle bande di assorbimento dell’ammoniaca e
del metano
Infine nel 1955, dalla forte emissione radio del pianeta,
si intuì la presenza di un forte campo magnetico.
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Saturno
Per quanto riguarda Saturno nel
1899 Pickering scoprì un altro
satellite Febe, la prima luna con
orbita retrograda
A cui una sonda recente ha associato
un anello che circonda Saturno molto
esternamente
Successivamente osservazioni
confermarono che Titano aveva una
densa atmosfera
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Gli Impatti
La grande forza attrattiva della massa di Giove
giustifica il gran numero di catture di nuovi
satelliti, che talvolta finiscono sul pianeta
come la cometa Schoumaker-Levy del 22/7/1994
o un asteroide di circa 500 metri di diametro nel
2004
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F. Mazzucconi
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Gli anelli
Una scoperta fatta dalle sonde spaziali è stata la presenza
di un debole sistema di anelli
anche attorno a Giove,
costituiti principalmente da
polveri di silicati (e per questo
poco visibili) espulsi dai
quattro piccoli satelliti interni
(Metis, Adrastea, Amaltea e
Tebe)
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Le missioni spaziali
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Le grandi missioni spaziali
Lo studio vero dei due pianeti inizia con
l’era spaziale
Nel 1972 furono lanciate le due sonde
gemelle, Pioneer 10 e 11,
che raggiunsero Giove nel 1973 e la
seconda prosegui per Saturno dove giunse
nel 1974.
Attualmente entrambe viaggiano fuori del
sistema solare alla velocità di 132.000
Km/h, attualmente si trovano circa 80
U,A. di distanza con il loro messaggio
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Voyager 1
Lanciato il 5/9/1977, arrivò a Giove il
5/3/79 e a Saturno il 12/9/1980.
Il suo viaggio sta proseguendo al di
fuori del sistema solare, nel 2017
raggiungerà una distanza di 140 U.A.
Fra 38.000 mila anni passerà ad una
distanza di 1,7 a.l. dalla stella Glise
445 dell’Orsa Maggiore.
Immagine della Terra fotografata da 6
miliardi di km.
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Voyager 2
Gemella della Voyager 2, ha avuto un destino diverso. Giunta a Saturno, la sua
rotta è stata deviata per sfruttare un favorevole allineamento planetario, che l’ha
portata a sorvolare Urano e Nettuno.
Tra circa 40.000 anni passerà a circa 1,7 a. l. dalla stella Ross 248, distante dal
Sole 10,32 anni luce, situata nella costellazione di Andromeda (a quell'epoca Ross
248 sarà la stella più vicina al Sole, a circa 3 anni luce).
Invece tra circa 296.000 anni passerà a circa 4,3 a. l. dalla stella Sirio, distante dal
Sole 8,6 anni luce.
Anche lei porta un messaggio per eventuali incontri
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F. Mazzucconi
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La sonda Galileo
Appositamente progettata per una
missione su Giove e i suoi satelliti, è
entrata in orbita il 7/12/1995 e ha
funzionato fino al 21/9/2003, quando
è stata spinta verso il pianeta in modo
da evitare un’eventuale contaminazione dei satelliti.
Nel luglio 1995 ha lanciato una sonda
che è penetrata nell’atmosfera e ha
raccolto dati per 62 minuti
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F. Mazzucconi
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28 Atm – 185°C
Origine dell’idea Cassini
L’idea della sonda Cassini–Huygens nasce nel 1982 a
seguito del successo dei Voyagers ed è figlia dei suoi tempi.
La sonda nasce come approfondimento delle scoperte dei
Voyagers e soprattutto come primo esempio di stretta
collaborazione fra la NASA e le agenzie spaziali europee e
questa fu la sua salvezza.
Infatti l’ESA e l’ASI si misero subito al lavoro,
soprattutto sulla sonda Huygens e sul sistema di radiocomunicazione della sonda, mentre la NASA si dedicò allo
studio della restante navicella e del vettore.
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Le prime difficoltà
Dovendo la sonda operare a lungo nel sistema di Saturno, dove l’energia solare è
decisamente troppo debole, si studiò un sistema di alimentazione elettrica basato su
celle al Plutonio e questo scatenerà le associazioni ambientaliste, che cercheranno di
bloccarne il lancio fino alla fine.
Poi si imbattè in un improvviso restringimento nei fondi concessi alla NASA e con la
conseguente riduzione ad un solo tipo, il Mariner Mark II, delle sonde utilizzabili.
Inizialmente due furono le missioni salvate dallo stretto giro di vite, appunto Cassini
e CRAF (Comet Rendevuz/Asteroid flyby), poi saltò la CRAF (1992) ed infine
sembrò che dovesse saltare anche la Cassini.
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Faster, better, cheaper
La nuova politica della NASA doveva uniformarsi al motto “faster, better, cheaper”
(risultati immediati, migliori e a basso costo) e una sonda di 6 -7 tonnellate, dedicata ad
una missione di durata minima 7 anni, non si confaceva a nessuna delle parole d’ordine.
Nei tre anni successivi al 1992 la Cassini corse due rischi seri di annullamento
Il primo su richiesta dell’Amministratore della NASA, che fu scongiurato da una
lettera molto dura del direttore dell’ESA, che minacciò di sospendere qualsiasi altra e
futura collaborazione
Il secondo per un comitato parlamentare americano che ne propose la cancellazione, per
fortuna non accolta.
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La Cassini in cifre
• Costo totale della sonda = 3,27 miliardi di dollari
•
Contributo italiano = 160 milioni di dollari
• Peso della navicella = 5.712 kg
• Navicella = 2.125 kg
• Huygens = 320 kg
• Propellente = 3.132 kg
• Lunghezza = 7 m
• Diametro = 4 m
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Il razzo vettore e la rotta
A causa dei risparmi imposti, il razzo vettore utilizzato
(Titan IV/Centaur) non aveva la potenza necessaria a
spingere la massiccia sonda fino a Saturno
Conseguentemente la missione ha dovuto ricorrere ad un
trucco per poter portare la sonda fino a Saturno:
Una quadrupla assistenza gravitazionale, due volte di
Venere, una volta della Terra ed infine di Giove
Cap. 2
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Il viaggio
Durante questo lungo viaggio la sonda ha passato il tempo in una specie di
sonno, interrotto periodicamente da alcuni controlli per verificare la funzionalità
degli strumenti.
Questi periodici controlli hanno mostrato alcuni difetti, anche drammatici, che
però non hanno pregiudicato la funzionalità della sonda
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Difetti - 1
Autunno 2000: si è scoperto un difetto allucinante, che poteva
essere drammatico, di progettazione della sonda:
il ricevitore montato sulla Cassini, per ricevere i dati della
Huygens, aveva una banda troppo stretta, che non teneva conto
dello spostamento di frequenza dovuto alla velocità relativa fra i
due veicoli
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Difetto 1
Gli ingegneri che avevano costruito il sistema di trasmissione fra
Huygens e Cassini si erano dimenticati dell’effetto Doppler
Si è dovuto studiare sei mesi per trovare un rimedio:
si è provveduto a variare la rotta della Cassini per minimizzare la
velocità relativa, questo è costato un terzo delle riserve di
carburante
Il timore era che questo pregiudicasse l’estensione della missione fino al 2008.
La sonda era previsto che rimanesse operativa almeno fino al 2010, ma in
effetti sta operando tuttora
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Il lancio di Huygens
•Primo passaggio: 26/10/04
Distanza: 1.200 km
•Secondo passaggio: 13/12/04
Distanza: 1.200 km
•Terzo passaggio: 14-15/01/04
Distanza: 60.000 km
Distanza: 1.577 km
•Quarto passaggio: 31/03/05
Distanza: 2.402 km
•Altri 39 passaggi
Distanza minima 950 km
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La sonda Juno
Proprio in questi
giorni è arrivata a
Giove una nuova
sonda: Juno con lo
scopo di studiare
l’interno del
pianeta, il campo
magnetico e il
contenuto di acqua
e ammoniaca nella
bassa atmosfera
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F. Mazzucconi
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Giove e la sua corte
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F. Mazzucconi
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Giove
Ha una composizione simile a quella solare: tanto H e He con piccole quantità di
altri composti quali ammoniaca, metano, acqua e silicati – L’esistenza del nucleo
centrale è ancora discussa
17/09/2016
F. Mazzucconi
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L’atmosfera
L’atmosfera non ha un limite inferiore, la transizione con lo strato sottostante è
graduale.
Le nubi di ammoniaca hanno uno spessore di circa 50 km e si suddividono in bande
scure e zone chiare, la cui esatta composizione è ancora incerta, sembra che la
diversità di colore sia determinata dalla convezione atmosferica:
Nelle zone, l’affiorare di celle dell’atmosfera inferiore porta alla cristallizzazione
dell’ammoniaca che nasconde le zone sottostanti; nelle bande il movimento è inverso,
discendente verso regioni più calde.
Nell’atmosfera si vedono spesso fulmini di inaudita potenza
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F. Mazzucconi
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La GMR
L’atmosfera mostra centinaia di
vortici di natura ciclonica e
anticiclonica. Il più noto è la GMR
le cui dimensioni variano fra 25 e
40.000 km ed è osservabile da
secoli.
La sua struttura supera le nubi
circostanti di circa 8 km di altezza
17/09/2016
F. Mazzucconi
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Il campo magnetico
La rotazione del mantello di H metallico
genera un campo magnetico molto grande e
intenso, che si estende per molti raggi del
pianeta (> 40 RJ).
Le eruzioni di Io contribuiscono a complicare la struttura, producendo un toroide di
plasma (particelle elettricamente cariche),
generando inoltre delle aurore perenni ai poli
del pianeta
17/09/2016
F. Mazzucconi
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Vita su Giove?
Una tale struttura pare proprio che
non sia adatta a creare e mantenere
forme di vita.
Ma non vi dice nulla la composizione
dell’atmosfera: ammoniaca, metano,
acqua, idrogeno in presenza di scariche
elettriche
A qualcuno ha ricordato l’esperimento
di Miller-Urey
17/09/2016
F. Mazzucconi
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Io
Metia
Adrastea
Tebe
Amaltea
Trascurando i satelliti minori, il primo satellite che
incontriamo è Io, l’oggetto geologicamente più
attivo del Sistema Solare, con i suoi oltre 300
vulcani attivi.
Tale attività è dovuta agli stress mareali creati
dalla grande massa di Giove e da quella degli altri
satelliti medicei.
La sua orbita è in risonanza 2:1 con Europa e 4:1
con Ganimede, mentre la sua rotazione è sincrona,
come quella di tutti i satelliti gioviani
17/09/2016
F. Mazzucconi
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Composizione di Io
A differenza degli altri satelliti, in cui
l’acqua è uno dei costituenti principali, Io
ha una densità notevole (3,53 gr/cm3), il che
suggerisce un interno formato da un nucleo
di composti del ferro (non covettivo) e un
mantello ricco di silicati, che sembra allo
stato fluido negli ultimi 50 km.
La superficie dovrebbe essere composta da
basalti e zolfo depositati dai fenomeni di
vulcanesimo.
17/09/2016
F. Mazzucconi
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La superficie
A differenza della maggior parte dei
satelliti Io presenta pochissimi crateri da
impatto, in quanto la sua superficie è
giovanissima
continuamente rinnovata dalle eruzioni
vulcaniche, che la colorano di varie
tonalità dal giallo all’arancio, a causa dei
composti dello zolfo.
17/09/2016
F. Mazzucconi
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Acqua e atmosfera
Io praticamente non ha acqua, a
differenza delle altre lune di Giove, molti
possono essere i motivi, ma probabilmente
a causa dell’eccessivo calore prodotto dagli
stress mareali ha fatto espellere tutti gli
elementi volatili.
Anche l’atmosfera non sembra molto
adatta alla vita, molto debole e composta
essenzialmente da composti dello zolfo.
17/09/2016
F. Mazzucconi
Nella figura un immagine dell’atmosfera di Io in
eclisse, i vari colori indicano diversi componenti: verde
il sodio, rosso l’ossigeno e blu i gas vulcanici
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Il toro di Io
Ma il materiale espulso da Io va a
formare un anello toroidale
composto essenzialmente di ioni di
zolfo, ossigeno e sodio che vanno
ad arricchire il materiale delle
atmosfera di Giove, rendendo più
ricche le nubi.
17/09/2016
F. Mazzucconi
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Europa
Grandi aspettative ci riserva il secondo satellite
mediceo le cui osservazioni ci dicono che
dovrebbe essere fatto di silicati con una crosta
di acqua ghiacciata e con una debole atmosfera
di ossigeno.
La sua superficie è priva di montagne e crateri
da impatto (quindi estremamente giovane),
probabilmente continuamente rimodellata e
presenta un’albedo estremamente elevata (0,64)
17/09/2016
F. Mazzucconi
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Le linee scure
Una delle caratteristiche più notevoli
della superficie sono una serie di
striature che attraversano tutto il
satellite.
Potrebbero essere fratture determinate
dagli stress mareali nella crosta di
ghiaccio, che permettono la fuoriuscita
di acqua
Il loro orientamento vario suggerisce
che la crosta ruoti più velocemente
dell’interno, suggerendo la possibile
esistenza di un oceano sottostante
17/09/2016
F. Mazzucconi
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Attività tettonica
Lo spessore della superficie dovrebbe essere
abbastanza sottile, come suggerisce la
piccola altezza (~200 metri) raggiunta dai
rilievi (effetto iceberg).
Sono state osservate zone di subduzione
che suggeriscono la presenza di una
tettonica a zolle
E gayser di acqua che arrivano ad
un’altezza di oltre 200 Km
17/09/2016
F. Mazzucconi
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Struttura interna
In base alla densità media (3 gr/cm3) Europa
dovrebbe avere uno strato esterno (~100 km)
di acqua, ghiacciata in superficie e liquida e
salata all’interno.
La sonda Galileo ha rilevato infatti, ad una
profondità di 5-20 km, uno strato di materiale
che conduce elettricità.
Sotto ci dovrebbe essere un mantello di silicati
e un nucleo di ferro metallico
17/09/2016
F. Mazzucconi
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Europa ospita forme di vita?
La presunzione che la vita potesse svilupparsi
solo sfruttando la luce solare fu cancellata
dalla scoperta negli abissi oceanici di abitat in
cui una numerosa colonia di esseri viventi
prosperavano sfruttando l’energia delle
sorgenti idrotermali.
Questo potrebbe consentire a forme di vita di
prosperare sul fondo dell’oceani di Europa,
oppure attaccato al fondo del ghiaccio
superficiale oppure fluttuante nell’oceano
17/09/2016
F. Mazzucconi
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Ganimede
I Voyager stabilirono che Ganimede, con i suoi
5.262,4 km di diametro è il più grande satellite
del sistema solare (più grande di Mercurio).
La sua bassa densità (1,936 gr/cm3) suggerisce
che sia costituito da un 45% di acqua e da
materiali rocciosi.
La superficie ha un’albedo media di 0,43 e
suggerisce una percentuale di ghiaccio d’acqua che
va dal 50% (zone scure) al 90% (zone chiare)
17/09/2016
F. Mazzucconi
59
Struttura interna
Le osservazioni della sonda Galileo sembrano
indicare la presenza di un nucleo di composti del
ferro (probabilmente diviso in due parti) con
raggio di circa 700-900 km,
un mantello di silicati (spessore intorno ai 900
km)
e un strato esterno di acqua di spessore analogo,
suddiviso in tre strati, con la crosta ghiacciata
esterna (il cui spessore dovrebbe essere di circa
200 km) che scivola su di uno strato di acqua
allo stato liquido
17/09/2016
F. Mazzucconi
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La superficie
La superficie presenta due aspetti ben distinti:
Zone scure (come la Galileo Regio) altamente
craterizzate, la cui età dovrebbe risalire al grande
bombardamento secondario (3,5- 4 mliardi di anni
fa)
E zone più chiare, meno craterizzate e quindi più
recenti, in cui sono presenti scarpate e striature di
chiara origine tettonica
17/09/2016
F. Mazzucconi
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Possibilità di vita
Le possibilità che, nell’oceano
interno a Ganimede, si siano
accresciute forme di vita sono
pressoché le stesse di quelle di
Europa,
salvo che lo spessore dello strato
di ghiaccio superficiale è tale da
rendere impensabile riuscire ad
arrivare a scoprirlo.
17/09/2016
F. Mazzucconi
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Callisto
Presenta una grande differenza con Ganimede
forse dovuta a una più lunga gestazione
(10.000 anni per Ganimede contro 100.000
anni per Callisto) che ha portato ad un
raffreddamento del satellite, prima che la
differenzazione interna avesse luogo.
La densita media di 1,83 gr/cm3 ci dice che è
composto in egual misura di ghiaccio d’acqua e
silicati
17/09/2016
F. Mazzucconi
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La superficie
La superficie è fortemente craterizzata
e non mostra nessuna indicazione di
attività tettonica, la sua età ci riporta
all’epoca di formazione del sistema
solare (circa 4,5 miliardi di anni)
Le uniche strutture più recenti sono
alcuni grandi crateri da impatto, come
il bacino Valhalla, che presenta una
regione chiara centrale di 600 km e
anelli concentrici fino a 3.600 km
17/09/2016
F. Mazzucconi
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La struttura interna
La struttura interna non mostra una grande
differenzazione, sotto la supeficie vi è una
litosfera dello spessore di circa 100 km
Alcune indicazioni (la presenza di un campo
magnetico indotto) indicano la presenza di
uno strato conduttivo rappresentato da un
oceano di acqua (spessore che va sa 10 a 200
km)
All’interno un nucleo composto da ghiaccio e
silicati, la cui presenza potrebbe aumentare
con la profondità
17/09/2016
F. Mazzucconi
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La vita su Callisto?
Nel caso di Callisto le
probabilità che la vita si sia
sviluppata diminuiscono in
modo drastico,
perché oltre alla mancanza
della luce solare, in questo caso
manca anche una qualsiasi
forma di energia
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Saturno e la sua corte
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Saturno
Saturno, con un raggio medio 9,5 volte
quello della Terra, è composto per il
75% di H e il 23% di elio.
Nella sua atmosfera si rincorrono venti
a 1.800 Km/h, ma le bande sono meno
marcate di quelle di Giove.
Vistoso è il sistema di anelli costituiti
principalmente in particelle di ghiaccio
(per questo sono molto luminosi) e in
parte di polveri rocciose
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L’interno
La struttura è simili a quella di
Giove, ma il piccolo nucleo è roccioso contiene una massa di più di
una decina di masse terrestri
Ed è circondato da uno strato di
H liquido metallico, che poi salendo diviene molecolare con elio.
All’esterno vi è un’atmosfera di H
in cui sono state osservate tracce
di ammoniaca, acetilene, etano,
metano e propano
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L’atmosfera
Le bande sono molto deboli tanto che
fino all’arrivo dei Voyager non erano
state osservate.
Sono molto meno marcate a causa
della bassa temperatura che nello
strato superiore forma una nebbia di
ammoniaca ghiacciata.
Sotto vi sono nubi di ghiaccio d’acqua
e idrosolfuro di ammonio, in cui si
notano violente tempeste e fulmini
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L’esagono polare
Al polo nord esiste una strana struttura
esagonale molto stabile nel tempo, i cui
lati misurano ciascuno 13.800 km, che
compie un intero giro in 10h 39m 23s che
corrisponde alla velocità di rotazione del
campo magnetico e probabilmente risulta
strettamente ancorata alle strutture
interne.
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Gli anelli
Gli anelli iniziano a 6.600 km al di
sopra delle nubi e si estendono fino a
120.000 km dal pianeta, con uno
spessore medio di circa 10 metri.
La loro origine è controversa, ma
probabilmente le particelle ghiacciate
nella parte centrale sono dovute al
criovulcanesimo del satellite Encelado
L’interazione con alcuni satelliti (detti
pastore) crea probabilmente le
suddivisioni negli anelli
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I satelliti pastore
L’anello di Febe
Nel 2009 la sonda Spitzer ha rilevato
nell’infrarosso un grande anello attorno
al sistema di Saturno, esteso fra i 6 e i
12 milioni di Km, che si pensa sia
originato dai materiali espulsi durante
gli impatti sul satellite Febe.
Che chiarisce lo strano aspetto di altri
satelliti dalla «faccia sporca» come
Iapeto
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I satelliti
Saturno ha numerosissimi satelliti
(attualmente ne sono noti 62), ma la
maggior parte non presentano alcun
interesse per noi (48 hanno un
diametro sotto i 50 km),
Poco interessanti anche quelli più
grandi, in gran parte lune ghiacciate,
se si escludono Titano, l’unico
satellite con un’atmosfera e
Encelado, che ha dimostrato di
essere un corpo molto attivo.
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Ma perché Encelado?
In effetti questo satellite avrebbe
poche caratteristiche apparenti per
attirare la nostra attenzione:
è uno dei più piccoli dei satelliti
naturali (diametro 504 km)
Ha una superficie quasi
completamente di ghiaccio d’acqua
Riflette quasi il 100% della luce solare
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Carattestiche interessanti
Ma ad una visione più attenta ha rivelato
alcune caratteristiche peculiari che hanno
risvegliato l’interesse degli esobiologi.
Il satellite emette continuamente dei getti di
vapore d’acqua, specialmente dalla regione
del polo sud
La sua superficie presenta pochi crateri da
impatto, quindi è molto giovane
Ci sono emissioni di calore dall’interno
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Da dove viene l’energia per questa attività?
Per la sonda Cassini Encelado era una delle priorità,
viste le molte domande poste dalle osservazioni delle
Voyager, e quindi ha sorvolato a più riprese il
satellite sino a transitare a soli 25 km di altezza il
9/10/2008.
Queste osservazioni hanno permesso di conoscere
bene la superficie, la cui temperatura è di -201°C,
che mostra fessure, terreni corrugati e altre
caratteristiche che indicano che l’interno della luna
dovrebbe essere liquido
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Le tiger stripes
Il satellite è troppo piccolo per essere
riscaldato dal decadimento radioattivo,
mentre potrebbe essere attivo un
riscaldamento mareale dovuto alla sua
risonanza orbitale (2:1) con Dione, ma
insufficiente a mantenere liquida l’acqua.
Nella regione polare sud si notano delle
fratture (tiger Stripes) i cui bordi sono
formati da ghiaccio d’acqua cristallino
giovanissimo e composti organici semplici
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L’interno
Recenti misure hanno dato un valore della
massa di Encelado superiore al previsto e
una densità media di 1,61 gr/cm3, questo
dato ha modificato l’idea su come dovrebbe
essere l’interno del satellite.
Nel nucleo interno di silicati ci potrebbero
essere ancora attivi elementi radioattivi che,
assieme alla risonanza mareale sarebbe in
grado di mantenere liquido una parte del
mantello, almeno sotto il polo sud
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L’anello E
La composizione dell’anello E, formato da
materiale espulso da Encelado, vede ghiaccio con una percentuale significativa di sali
di sodio, quindi l’oceano sottostante dovrebbe essere salato, con tracce di componenti organici.
Secondo i dati trasmessi dalla Cassini sotto
il polo sud ci dovrebbe essere un oceano
salato di 30-40 km e profondo 8 km, con un
fondale roccioso,
ambiente ottimo per la formazione della
vita
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VI - Titano
Il gigantesco Titano (2.575 km di
raggio) è l’unico satellite del sistema
solare ad avere una densa atmosfera.
Ma proprio la sua densa atmosfera,
composta al 95% di azoto, ci ha
impedito l’osservazione, non solo da
Terra. Ma anche alle sonde che gli
sono passate vicine.
L’Atmosfera
Cassini
Per questo la sonda Cassini aveva un
modulo (Huygens) destinato ad
attraversare l’atmosfera e tentare un
atterraggio (o un ammaraggio) sulla
superficie
La discesa
L’avvicinamento
La zona dell’atterraggio
Quello che si vede
La sonda scendendo ha fotografato un altipiano di colore chiaro, composto
principalmente da ghiaccio, letti di fiume scuri, dove si pensa che scorra metano
liquido e pianure dove questo liquido si raccoglie.
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Il terreno risultò
asciutto con una
consistenza pari
a quella della
sabbia bagnata,
costituita da una
miscela di acqua
e idrocarburi
La situazione su
Titano somiglia a
quella sulla Terra,
ma i componenti
sono diversi.
I silicati sono
sostituiti dal
ghiaccio d’acqua e
l’acqua liquida dal
metano
Interno
La sua densità media (1,88) ci indica una
composizione formata dal 50% di acqua e il
resto di materiale roccioso, che costituisce il
nucleo.
Una parte del mantello di acqua potrebbe
essere allo stato liquido in quanto l’interno
potrebbe aver mantenuto parte del calore.
Inoltre una traslazione della crosta osservata
in immagini raccolte in epoche successive
avvalorerebbe l’ipotesi di uno strato liquido
sottostante la crosta ghiacciata
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La zona di atterraggio
Non è stato facile identificare il luogo di atterraggio, probabilmente un
“continente” di ghiaccio
In questo caso il suolo potrebbe essere il fondo di un fiume in secca (la forma dei
ciottoli) da non molto tempo
Questo potrebbe essere dovuto a cambiamenti climatici estesi o stagionali
Il clima su Titano dovrebbe essere infatti molto complicato a causa di:
• Anno di Saturno dura 29 anni
• Inclinazione sull’eclittica di 29°
• Rivoluzione di Titano in 16 giorni
• Per non parlare di variazioni a più lungo termine
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Materiale organico
• Il fatto che la sua atmosfera sia ricca di materiali organici e che gli
organismi viventi che noi conosciamo siano a loro volta composti di
materiali organici è particolarmente interessante.
• Ma attenzione, con il termine “organico” si vuole dire semplicemente
che il materiale è composto da molecole che si basano sui composti del
carbonio, senza che questo indichi un qualsiasi legame con organismi viventi.
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Mappa radar
Quelle riprese dalla Huygens sono le uniche
immagini visive della superficie di Titano.
Ma la sonda Cassini continua a monitorare il
satellite con lo spettrometro infrarosso.
Questa è una mappa radar di Titano ripresa nel
febbraio 2009 con una risoluzione di mezzo
km.
Comunque l’osservazione radar ha permesso la
scoperta di numerose strutture molto
interessanti
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I laghi di Titano sono veri laghi?
• L'esistenza di oceani o laghi di metano liquido su Titano era stata predetta più
di 20 anni fa. Ma, dato che una densa atmosfera nebbiosa impediva una chiara
visione, non era stato possibile confermare la loro presenza.
• Fino al passagio del 22 luglio 2006 di Cassini che da la prova convincente
dell'esistenza odierna di larghe estensioni di liquido.
Attenzione le prossime immagini sono mappe radar e non immagini ottiche
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Osservazioni recenti – I laghi di Titano
13/03/07
27/02/07
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Siamo sicuri che siano laghi?
Nonostante che le caratteristiche suggeriscano che si stiano osservando dei laghi
liquidi, un'altra possibilità potrebbe essere che si tratti di depressioni e canali
formatesi nel passato e attualmente riempite da depositi di bassa densità, più scuri
al radar del terreno normale di Titano.
Tuttavia l'assenza di strutture ondulate create dal vento sulla loro superficie rende
la bassa densità un'ipotesi improbabile.
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La regione polare nord di Titano
Anche questa è una mappa radar,
quindi le diversità sono imputabili ad
una diversa riflessione del segnale
inviato.
Ma probabilmente queste strutture sono
effettivamente laghi di metano ed etano
liquidi.
Ovviamente i colori sono falsi, usati
solo per facilitare l’interpretazione della
mappa
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Vita su Titano?
L’atmosfera di Titano presenta una composizione simile a
quella della seconda atmosfera terrestre, che supportò lo
sviluppo degli esseri viventi sulla Terra, anche se ad una
temperatura ben diversa.
Ma la similitudine potrebbe non essere necessaria perché la
presenza di metano allo stato liquido potrebbe fare a meno
dell’acqua e sfruttare l’idrogeno e l’acetilene, che dovrebbe
essere abbondante ed invece non è stato rilevato su Titano,
per produrre energia e dare origine ad un ciclo basato sugli
idrocarburi
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F. Mazzucconi
Analizzando le
condizioni trovate
sui vari corpi dei
sistemi di Giove e
Saturno ci viene il
sospetto che la vita
potrebbe essere più
facile da trovare di
quanto non si creda
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Basta ovviamente non pretendere di trovare gli
omini verdi
FINE
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