Un Gigante Gassoso: Saturno

Occhi su Saturno 2013
Appunti di Astronomia ed Astrofotografia Amatoriale
email: [email protected]
Un Gigante Gassoso:
Saturno
Autore: Domenico Gerardi
18 Maggio 2013
2
Prima di iniziare a raccontarvi di Saturno, ricordiamo alcune semplici caratteristiche che ci aiutano a capire meglio quali, tra i tantissimi corpi celesti che gironzolano
ormai da miliardi di anni nel nostro Universo, possono essere definiti pianeti imparando a distinguere in maniera più chiara la loro differenza con le stelle, come il nostro
Sole. Un pianeta è un corpo celeste che non emette luce propria, ma brilla di luce
riflessa della stella vicina, questo perchè durante la sua formazione non ha raggiunto
una massa tale, e quindi una forza gravitazionale, da provocare le fusioni nucleari che
caratterizzano corpi con una massa molto più grande, le stelle.
I pianeti sono formati da materiali pesanti o gassosi e, attratti gravitazionalmente
dalla propria stella, ruotano descrivendo un orbita attorno ad essa: i pianeti cosidetti
rocciosi sono caratterizzati da materiali duri allo stato solido e risultano più vicini alla
stella, mentre pianeti composti da gas, i cosidetti pianeti gassosi sono disposti più lontani da questa. Affinchè su un pianeta possa nascere e svilupparsi la vita, deve essere
presente necessariamente acqua allo stato liquido, inoltre deve essere disposto ad una
distanza tale, dalla propria stella, che l’acqua su di esso non finisca per ghiacciarsi
completamente o, ancora peggio evaporare per sempre. Inoltre è importantissima la
presenza di un’atmosfera, come sulla Terra, che impedisce alle molecole d’acqua e non
solo di disperdersi nello spazio, mantenendo un escursione termica superficiale non eccessiva, come si osserva ad esempio sulla superficie lunare sulla quale si passa da una
temperatura di 130 ° a circa −170 °. Naturalmente, per chi si dedica ad una semplice
osservazione visiva degli astri è più “utile” distinguere, tra tutti quei piccoli lumi che
vediamo muoversi sull’enorme manto scuro che chiamiamo volta celeste, un pianeta da
una stella. Immaginate per un momento due ciottoli , uno piccolo e l’altro più grande, sul fondo di un ruscello e provate ad osservare la forma di questi. Il movimento
caotico dell’acqua ci mostra una forma poco definita dei due ciottoli, in particolare di
quello più piccolo per il quale l’immagine risulterà maggiormente mossa. Qualcosa di
simile avviene visivamente anche in cielo dove la perturbazione atmosferica devia ed
altera la luce proveniente da stelle e pianeti, rendendo così un pianeta un bel pallino
luminescente mentre una stella, seppur più grande ma molto più lontana da noi, un
piccolo puntino luminoso a luce intermittente. Ricordando questo buffo effetto riusciremo facilmente a distinguere, tra tutti gli astri dispersi nel nostro Universo, i pianeti
del nostro bellissimo sistema solare dalle stelle visibili che creano questa apparente
intermittenza cosmica.
Saturno
Ma raccontiamo ora chi è Saturno e perchè ha questo nome.
Saturno è uno tra i più belli oggetti celesti che è possibile vedere dal nostro grande
osservatorio, la Terra. E’ conosciuto fin dal 700 a.C. quando gli Assiri ne denotarono
la brillante presenza nel cielo, descrivendolo come un pianeta circondato da un “anello
di serpenti”, probabilmente perchè gli Assiri associavano molti fenomeni celesti al
Culto delle Serpi, diffusosi tra le civiltà mesopotamiche, descrivendo il serpente come
il primo essere vivente del cielo, che donò all’uomo il fuoco dell’intelligenza. Si passò
agli Egizi che vedevano in questo pianeta un aspetto di Horus, una divinità celeste
egizia, e veniva chiamato stella orientale che attraversa il cielo, per poi assumere
le sembianze di Crono il dio del tempo e dell’agricoltura, forse per la sua posizione
durante la stagione del raccolto, ed infine Saturno dall’omonimo dio dell’agricoltura
della civiltà romana, il nome del quale fu associato uno dei giorni della settimana, il
Sabato, tradizione avuta origine in Babilonia dove attribuivano ai giorni i nomi del
3
Sole, della Luna e delle divinità dei cinque pianeti, giungendo fino alle civiltà latine e
germaniche.
Chi ha osservato Saturno?
Era il 1610 quando, l’astronomo pisano Galileo Galilei, puntò il suo cannocchiale verso
Saturno osservandone la forma peculiare ma, non riuscendo a risolvere completamente
la figura del pianeta dai suoi anelli, il pianeta gli apparve acompagnato da altri due
corpi laterali, definendolo così tricorporeo.
Fu nel 1655 che l’astronomo olandese Christiaan Huygens intuì la natura anulare
dei corpi visti da Galileo attorno al pianeta, scoprendo inoltre il satellite Titano. Mentre fu Giandomenico Cassini, un altro italiano che, nel 1675 ipotizzò la natura degli
anelli di Saturno individuando la prima suddivisione che ancora oggi è denominata
Suddivisione di Cassini. Inoltre scoprì altre quattro lune saturniane: Rea, Giapeto,Dione e Teti. Nell’era moderna invece, le osservazioni di questo immenso pianeta
sono state condotte da sonde spaziali che hanno attraversato più di un miliardo di
chilometri per eseguire dei fly-by(sorvolo ravvicinato) del pianeta a partire dal 1979
con le sonde Pioneer 11, Voyager 1 e 2 , perchè destinate all’esplorazione del sistema
solare; giungendo nel 2004 con la sonda Cassini-Huygens destinata all’esplorazione
esclusiva del sistema Saturno e in particolare alla sua luna Titano.
Carta d’identità di Saturno
Saturno ha 4,5 miliardi di anni e la sua formazione è dovuta all’aggregazione di particelle che hanno portato alla formazione di un nucleo roccioso sul quale, per effetto
della forza di gravità, si è addensato gas di idrogeno ed elio, portando ad un aumento
della rotazione del protopianeta per effetto della conservazione del momento angolare:
lo stesso effetto si può osservare nella piroetta di una pattinatrice che, per aumentare
la sua velocità di rotazione, avvicina le braccia e quindi la massa attorno al suo asse
di rotazione. Saturno è il sesto pianeta del Sistema Solare in ordine di distanza dal
Sole e dista circa 1.4 miliardi di chilometri, 9,6 volte quella della Terra, e proprio per
questo motivo la luce del Sole su Saturno appare 100 volte meno intensa risp tto a
quella da noi osservata sulla Terra, rendolo un luogo glaciale.
Un giorno su Saturno equivale a 10,6 ore terrestri, mentre un anno a 29 anni terrestri,
quindi vedremmo sorgere e tramontare il Sole per circa 24000 volte nel corso di un
anno saturniano anzichè 365. E’ il secondo pianeta per dimensioni del Sistema Solare(circa 9 volte il diametro terrestre) e ciò è legato, oltre alla sua massa che è 95 volte
quella della Terra, anche alla sua composizione gassosa che occupa la maggior parte
della sua massa totale, idrogeno ed elio, determinando un volume 750 volte quello
terrestre.
Nonostante le notevoli dimensioni, la gravità sulla supericie di Saturno è poco più
grande di quella terrestre, infatti un essere umano di 70 kg su Saturno ne peserebbe
75 kg. Infatti è così leggero, in densità, che se lo immergessimo in un immenso oceano
galleggerebbe. Ciò che però affascina maggiormente gli studiosi ed in particolare gli
osservatori amatoriali è questo maestoso e scintillante sistema di anelli che circonda il
pianeta, dei quali si sa ancora poco riguardo alla loro formazione ed al loro destino.
Gli anelli hanno un diametro di 280 000 km, poco meno di tre quarti della distanza
Terra-Luna, 21 pianeti come la Terra affiancati, impiegheremmo 2 giorni a percorrerli
con un’astronave ad altissima velocità. Inoltre il loro spessore è inferiore ai 20 metri,
4
infatti visti di profilo scomparirebbero. Questo meraviglioso sistema, costituito da 7
fasce anulari con densità e caratteristiche differenti, sono formati da miliardi di corpi
celesti, oggetti ghiacciati di grandezza che può variare dalle dimensioni di un palazzo
alle dimensioni della neve più fine che, scontrandosi continuamente durante il loro
moto vorticoso attorno a Saturno si sono polverizzati riducendosi in particelle molto
piccole. Data la loro composizione sono in grado di illuminare molto di più la parte
buia di Saturno di quanto non faccia la Luna piena qui sulla Terra. Infine il sistema
di Saturno è arricchito dalla presenza di circa 60 lune che orbitano attorno al pianeta
e non tutte sono dotate di nomi propri. Tra queste, il satellite più interessante è senza
dubbio Titano, l’unico satellite del sistema solare a possedere una densa atmosfera e
sul quale possono svilupparsi forme di vita extraterrestri. Mentre vi sono alcune lune,
Pastori, che grazie alla loro azione gravitazionale influenzano il materiale costituente
alcuni anelli. La loro origine probabilmente deriva dagli stessi anelli; un gregge di
pecore che per non disperdersi si costruisce da solo un paio di cani da pastore.
Cosa accade su Saturno?
Quest’enorme palla gassosa è in continua evoluzione, un mondo dinamico, e ciò che
accade su di esso potrebbe rappresentare l’apocalisse qui sulla nostra amata Terra.
Attraversando le fitte nubi di Saturno, che nascondono probabilmente fenomeni non
ancora conosciuti su questo pianeta, saremmo soggetti ad una pressione atmosferica
tale da produrre la distruzione della nostra navicella, rendendo così inutile una missione spaziale all’interno del pianeta, trascinati da venti che soffiano a più di 1600 km/h.
Enormi tempeste si sviluppano su Saturno. La tempesta più spaventosa mai osservata
su di esso è stata registrata al polo sud ed era un uragano più esteso degli Stati Uniti,
presentando tutte le caratteristiche morfologiche di uno terrestre perchè come quelli
sulla Terra. Ha un diametro di 8000 km, 2/3 del diametro terrestre, una distanza
da Lecce a Chicago, che distruggerebbe ogni cosa lungo il suo cammino. Rimane un
mistero su cosa alimenti tale tempesta visto che su Saturno i venti sono più forti che
sulla Terra, ma trae ben poca energia dal Sole e dal suo interno. Un altro mostruoso
evento è stato osservato al polo Nord, una struttura esagonale simile, anche se su
scala ridotta, all’uragano Isabel del 2003, ma grande 4 volte la Terra ed una profondità di 100 km. Inoltre la magnetosfera di Saturno, incanalando le particelle cariche
provenienti dallo spazio, produce frequenti scariche elettriche che interagendo con la
ionosfera danno vita a bellissime aurore polari.
Gli anelli di Saturno
Il fascino prodotto dagli anelli di Saturno è legato sopratutto al mistero che circonda
la loro origine e la loro futura evoluzione.
Sull’origine di questi esistono due ipotesi principali: sono il risultato della distruzione
di un satellite di Saturno, ad opera di una collisione con una cometa o con un altro
satellite, oppure un “avanzo” del materiale da cui si formò Saturno che non è riuscito
ad assemblarsi in un corpo unico. Se una di queste ipotesi fosse vera, allora il futuro
degli anelli sarà disastroso, condannati ad una vita relativamente breve (pochi milioni
di anni).
Potrebbero esser stati prodotti dalla collisione di due lune di Saturno che, attratte
dal pianeta, avrebbero ruotato attorno ad esso, ed i frammenti formatisi avrebbero
formato gli anelli.
5
Un’altra ipotesi è l’impatto di un grosso corpo celeste con una luna di Saturno ottenendo frammenti attratti su un orbita del pianeta. Data quindi questa possibile
origine degli anelli è naturale supporre che la loro origine è successiva alla formazione
del pianeta stesso.
Ciò che rende plausibile questa idea, è l’erosione che si osserva sugli anelli a causa di
micro meteoriti. Anche Nettuno, Urano e Giove possiedono anelli ma più diradati,
dunque quelli di Saturno sono stati esposti meno tempo dall erosione, quindi più giovani di età.
Affinchè continuino ad esistere, gli anelli devono essere rigenerati, e questo processo
può essere fornito dalle comete che scontrandosi con le particelle degli anelli, si uniscono ad esse. Inoltre attraversarli è impossibile, viaggiano ad una velocità di 30000
- 60 000 km/h, con gli anelli interni che si muovono più velocemente per la seconda di
Keplero. Se una particella come un granello di sabbia a velocità ipersonica investisse un astronave l’effetto sarebbe come un fucile sparato a bruciapelo, quindi meglio
viaggiare al di sopra degli anelli.
Vita sui satelliti di Saturno?
Titano
Raccontiamo ora delle straordinarie scoperte avvenute sul più grande satellite di Saturno, Titano. Questo misterioso quanto affascinante satellite è l’unico ,oltre la Luna,
ad essere stato visitato ed è pari ad una volta e mezza la Luna, più grande di Mercurio.
Titano possiede un’estesa atmosfera, l’unico satellite del nostro sistema solare a possederne una, un’atmosfera densa e compatta con una massa 10 volte superiore a quella
terrestre, con uno spessore di 320 km.
Ma ciò che lo rende interessante è la sua composizione, azoto e metano, similmente
all’atmosfera primordiale terrestre. Questa particolare composizione può consentire,
sotto lo stimolo della luce solare, la produzione di composti organici. Tali composti,
scendono e si depositano sulla superficie di Titano fornendo potenzialmente energia
necessaria per lo sviluppo di nuove forme di vita extraterrestri; infatti l’interazione tra
metano, azoto ed i raggi solari formano le toline, macromolecole che formano catene
copolimeriche, che con l’aggiunta dell’acqua producono gli aminoacidi, i mattoni della
vita. La stessa missione Cassini ha permesso inoltre di osservare, nel 2005, laghi e fiumi di metano liquido sulla superficie di Titano. Immensi laghi e letti di fiumi vengono
scavati nel terreno dalla precipitazione di piogge di metano, con montagne costituite
da ghiaccio e metano ghiacciato, a causa della bassissima temperatura presente su
Titano, che raggiunge i −180° impedendo la presenza di acqua liquida.
Dunque, in realtà, presenta caratteristiche differenti dalla Terra primordiale, ma è
possibile che in profondità, a temperature più calde, si possa formare dell’acqua liquida che, fuoriuscendo dai vulcani e rimanendo liquida il tempo necessario, permette la
formazione degli amminoacidi.
Recentemente infatti è stato possibile osservare uno spostamento durante questi anni
di montagne e canyon, circa 30 km, un effetto difficile da spiegare se non con la presenza
di un oceano liquido, magari di acqua e aminoacidi su cui poggia la crosta, favorendone
gli slittamenti. In questa miscela quindi, potrebbero proliferare microorganismi.
6
Encelado
Altre importanti scoperte riportate dalla missione Cassini attraverso i suoi fly-by tra
i satelliti di Saturno, sono legate alle interessanti dinamiche fisiche che avvengono un
altro piccolo satellite saturniano: Encelado.
Encelado è una brillante sfera di ghiaccio e roccia, con un diametro 7 volte più
piccolo di quello lunare, circa 500 km.
Le immagini ottenute sono evidenti sbuffi di gas che si suppone siano prodotti da sacche
d’acqua provenienti dal sottosuolo, con un comportamento simile ai geyser terrestri,
concedendo uno spettacolo scenografico incredibile. Infatti sulla Terra, a Yellostone
USA, esiste un geyser che spruzza vapore acqueo ed acqua fino a 45 m di altezza,
mentre su Encelado superano le centinaia di chilometri, questo perchè la gravità è
minore e l’assenza di un’atmosfera rende impossibile contenerli.
Questi geyser probabilmente sono prodotti dagli effetti mareali di Saturno sul satellite, dove l’attrazione gravitazionale del pianeta frattura la superficie di Encelado
che muovendosi producono calore creando la fuoriuscita di vapor acqueo dalla superficie.
Attraversando uno di questi sbuffi con la sonda Cassini ci si è accorti che la composizione di Encelado è simile a quella delle comete nonostante si ritenga si sia formato in
condizioni differenti, ed alcuni sostengono che il materiale lanciato da Encelado abbia
formato l’anello più esterno di Saturno.
Inoltre anche per Encelado, vista la presenza di materiale liquido e la presenza
d’acqua su questa piccola luna si suppone ci siano le condizioni favorevoli allo sviluppo della vita, poichè i gas che fuoriesce comprende tutti i componenti necessari
alla vita, ed essendoci una fonte di energia come l’attrito o il riscaldamento mareale
che genera calore, al suo interno quindi sono presenti tutti gli elementi favorevoli al
sostentamento di forme di vita come microbi e batteri, che porterebbe, nonostante
tutto, ad una rivoluzione della conoscenza del nostro sistema solare e ad una maggiore
consapevolezza del nostro ruolo all’interno di questo immenso Universo.