LO DICE UN MODELLO MESSO A PUNTO ALLA JOHNS HOPKINS UNIVERSITY

Dentro Saturno piove elio liquido

Nuove simulazioni dell’interno del pianeta condotte da due ricercatrici della Johns Hopkins University hanno mostrato alcuni dettagli peculiari sul funzionamento del suo campo magnetico: è influenzato da uno spesso strato di pioggia di elio presente nelle regioni più interne. I risultati sono pubblicati su Agu Advances

     06/05/2021
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La stratificazione dell’interno di Saturno. Crediti: Yi Zheng (Hemi/Mica Extreme Arts Program)

Saturno è fatto a strati, come gli orchi e le cipolle: all’esterno ha un’atmosfera gassosa, perlopiù fatta di idrogeno, ma al suo interno, andando verso il nucleo, le crescenti pressioni e temperature crescenti portano questo gas a comportamenti che qui sulla Terra giudicheremmo inusuali. Al di sotto dell’atmosfera c’è uno spesso strato di idrogeno molecolare che ne avvolge uno costituito perlopiù di elio. Se si va ancora più a fondo si trova invece il cosiddetto idrogeno metallico, uno stato della materia in cui gli atomi di idrogeno sono così compatti da essere sostanzialmente protoni immersi in un mare di elettroni liberi di muoversi. Poi c’è il nucleo interno, roccioso e solido. I dettagli della struttura interna di un gigante gassoso restano tuttavia sempre avvolti nel mistero, perché quello che succede nel cuore di questi mostri planetari, sui quali la materia assume forme e strutture che qui sulla Terra non abbiamo mai visto e che difficilmente possiamo riprodurre in laboratorio, è ben celato e complesso.

Vengono in aiuto le simulazioni computazionali, rese sempre più sofisticate e dettagliate dalla crescente potenza di calcolo disponibile: si impongono alcune caratteristiche iniziali al pianeta virtuale e si osserva se, descrivendone l’evoluzione tramite dei modelli fisici, la simulazione è in grado di riprodurre ciò che osserviamo. Se è in grado di farlo, i modelli descrivono bene la realtà, se non lo è sono probabilmente da scartare o modificare.

Una coppia di ricercatrici della Johns Hopkins University, Chi Yan e Sabine Stanley, ha elaborato delle complesse simulazioni dell’interno e del campo magnetico di Saturno, scoprendone dettagli intriganti. Queste simulazioni hanno utilizzato i dati della sonda Cassini, che dal 1997 al 2017 ha osservato senza sosta il signore degli anelli ottenendo, tra i tantissimi dati, anche molte informazioni riguardo al campo magnetico.

È lo strato di idrogeno metallico il fluido responsabile del campo magnetico di Saturno: per un campo magnetico planetario occorre che sia presente un fluido conduttore in rotazione e l’idrogeno metallico, proprio grazie al mare di elettroni liberi, conduce benissimo. Ma il campo di magnetico di Saturno è particolare tra i pianeti del Sistema solare, perché è quasi perfettamente simmetrico attorno all’asse di rotazione e il polo nord geografico e quello magnetico sono sostanzialmente coincidenti. Le ricercatrici hanno indagato quali ingredienti servissero per produrre il campo magnetico di Saturno nella struttura osservata nei dati di Cassini. La scoperta più intrigante è la presenza, nello strato di elio che avvolge quello di idrogeno metallico, di una sorta di pioggia di elio liquido che potrebbe influenzare, modificandolo, il campo magnetico saturniano. La temperatura in cima a questo strato, hanno identificato le ricercatrici, è leggermente variabile, più alta all’equatore, più bassa ai poli.

Ma tra i risultati dello studio c’è anche qualcosa che potrebbe non tornare: le autrici hanno trovato delle piccole asimmetrie nelle regioni polari del campo magnetico, aspetti che richiederanno ulteriori analisi approfondite delle regioni polari.

Questi studi non sono interessanti solamente per quanto riguarda Saturno: «Studiando come Saturno si è formato e come si è evoluto nel tempo», dice Stanley, la seconda autrice dello studio, «possiamo imparare molto sulla formazione di altri pianeti simili a Saturno nel nostro sistema solare, ma anche altrove».

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