I RISULTATI PRESENTATI AL CONGRESSO EUROPEO DI SCIENZE PLANETARIE

Contando massi su Encelado

Studiando oltre 17mila massi in prossimità del polo sud di Encelado, un gruppo di ricercatori dell'Istituto nazionale di astrofisica e dell'Università di Padova ha svelato nuovi dettagli sul meccanismo che lancia questi blocchi ghiacciati sulla piccola luna di Saturno, suggerendo un possibile confronto con alcuni fenomeni osservati sulla cometa 67P. Ne parliamo con il primo autore della ricerca, Maurizio Pajola

     23/09/2021
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Crateri e fratture sulla complessa superficie di Encelado. Immagine in falsi colori per evidenziare in blu le fratture. Le tiger stripes sono visibili in basso. Crediti: Nasa/Jpl/Space Science Institute

Uno è sferico, ha un diametro di quasi 500 km e una superficie candida che riflette oltre il novanta per cento della luce che riceve dal Sole. L’altra ha una forma assolutamente irregolare, misura solo 4 km da un’estremità all’altra ed è tra i corpi più scuri del Sistema solare, riflettendo appena il quattro percento della luce solare. Non potrebbero apparire più diversi, eppure questi due corpi celesti – parliamo di Encelado, luna ghiacciata di Saturno, e della cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko – qualche somiglianza sembrano averla. Basta mettersi di buona lena e contare. Contare, sì, i massi che costellano le loro superfici.

È proprio dalla distribuzione dei massi, grandi e piccini, osservati dalla sonda Cassini in prossimità delle tiger stripes – le “strisce di tigre”, quattro spesse fratture in prossimità del polo sud di Encelado – che emergono interessanti dettagli sui processi geologici che interessano la superficie ghiacciata di questa luna, nonché possibili paralleli con alcuni fenomeni rilevati dalla sonda Rosetta sulla cometa 67P, formata anch’essa principalmente da ghiaccio. Sono i risultati di uno studio guidato da Maurizio Pajola, ricercatore Inaf a Padova, pubblicato sulla rivista Universe e presentato questa settimana al Congresso europeo di scienze planetarie Epsc 2021.

Dottor Pajola, perché è interessante contare i massi sulle superfici dei corpi del Sistema solare?

«Ho iniziato a studiare la distribuzione e le dimensioni dei massi sulla cometa 67P nelle immagini di Rosetta, poi ho continuato con la cometa 103P e ancora con la Luna, in prossimità del cratere Linné, per studiare lo spessore della polvere intorno a quello che è considerato il cratere lunare più “fresco”, e poi anche con finalità più ingegneristiche, per esempio per aiutare a scegliere i siti di atterraggio più sicuri per il rover della missione ExoMars su Marte e per il touchdown della missione Osiris-Rex sull’asteroide Bennu. La nostra idea è quella di cercare un fil rouge nello studio dei massi in tutto il Sistema solare: cosa ci dicono sulla Terra, su Marte, sulla Luna, su comete e asteroidi. Questa è la prima volta che proviamo a fare questa analisi su un corpo ghiacciato come Encelado».

Com’è nata l’idea di applicare questa metodologia a Encelado?

«C’è un lavoro del 2015 in cui Hilary Martens e collaboratori avevano studiato la densità spaziale dei massi in prossimità del polo sud di Encelado, ma non avevano provato a identificarne le dimensioni, che non è banale. Non è come Rosetta, per esempio, di cui avevamo tantissime immagini e molte a risoluzione centimetrica.

La regione delle tiger stripes (indicate in turchese). I riquadri in giallo indicano le zone di cui sono disponibili immagini ad alta risoluzione; i cerchi arancioni indicano la posizione delle “bocche” dei geyser; il riquadro rosso indica la regione mostrata in dettaglio nell’ultima figura in questo articolo (cliccare per ingrandire). Crediti: Pajola et al. 2021

Ci sono solo alcune zone in cui, con diversi flyby della sonda Cassini, sono state raccolte immagini ad alta risoluzione (dell’ordine della decina di metri) vicino alle tiger stripes, questa regione particolarmente martoriata della superficie di Encelado e molto attiva, che molto probabilmente nasconde un oceano nei primi chilometri del sottosuolo. Erano state raccolte all’epoca [tra il 2008 e il 2009, ndr] per studiare meglio la fuoriuscita dei geyser da queste fratture, ma poi sono state scoperte una serie di protuberanze fino a qualche centinaia di metri. Abbiamo elaborato le immagini disponibili per aumentare il contrasto e identificare meglio i massi, e poi abbiamo cercato di contarne il più possibile».

Alla fine avete contato e misurato oltre 17mila massi nelle immagini raccolte da Cassini, che non è affatto poco. Che cosa vi dicono queste misure?

«Abbiamo applicato una metodologia statistica molto robusta, in particolare consideriamo solo i massi da una certa dimensione in su, quelli di cui ci possiamo fidare sulla base della risoluzione delle immagini. Poi li abbiamo analizzati sia globalmente, che concentrandoci su aree specifiche, per esempio in prossimità di tre delle fratture che si chiamano Damasco, Baghdad e Cairo. L’aspetto più interessante, secondo me, emerge quando andiamo a guardare la distribuzione dei massi in funzione della distanza dalle fratture: quelli più grandi sono sempre piuttosto vicini alle tiger stripes, non ce ne sono mai a grande distanza. Quelli più piccoli invece, sempre tra quelli statisticamente affidabili, li troviamo ovunque, sia a piccole che a grandi distanze (fino a decine di chilometri di distanza).

Mappa dei 17.070 massi identificati in prossimità delle tiger stripes di Encelado. I massi sono indicati in verde (cliccare per ingrandire). Crediti: Pajola et al. 2021

Questo supporta l’interpretazione che questi massi, formatisi probabilmente a seguito dei processi di sublimazione oppure di fratturazione in prossimità delle tiger stripes, quando vengono espulsi, sono eiettati come i lapilli da un vulcano. Quando partono i geyser, portano con sé questi massi: quelli grandi, più massicci, cadono vicino alle fratture, e quelli più piccoli vengono buttati sia vicino che lontano – come avevano già proposto ma non confermato Martens e collaboratori. Un’altra cosa interessante è la somiglianza della size-frequency distribution dei massi tra Encelado e la cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko».

Può spiegarci meglio cos’è questa size-frequency distribution?

«Immaginiamo di andare a contare tutte le rocce dopo una frana sulla Terra e di misurare le loro dimensioni massime: una roccia di 8 metri, una roccia di un metro e mezzo, eccetera. Alla fine della giornata, vedo che ci sono, diciamo, diecimila massi grandi tra uno e due metri; tremila massi tra due e cinque metri; duecento massi tra cinque e dieci metri; e poi dieci massi tra cento e duecento metri. Da questi dati poi si crea un grafico, un istogramma, che ti dice quanto sono frequenti massi di diverse dimensioni. E da lì puoi studiare i processi che hanno prodotto (o distrutto) questi massi. Il conteggio è un lavoro un po’ tedioso, infatti poche persone lo fanno, ma dà dei risultati molto interessanti, soprattutto in un’epoca come questa, in cui molti corpi celesti che erano un tempo oggetto di studio solo astronomico, grazie alle missioni spaziali, stanno diventando accessibili a un’analisi di tipo geologico».

Maurizio Pajola a Tucson, Arizona

Torniamo adesso alle somiglianze tra Encelado e la cometa di Rosetta…

«Certo non si può comparare una cometa con un satellite ghiacciato – la gravità è diversa e quindi ci sono processi differenti, e poi anche le orbite sono molto diverse – però abbiamo notato un fenomeno simile: ci sono tanti massi piccoli e poi una certa quantità di massi grandi, ma di meno. Questo può essere legato ai fenomeni di frammentazione connessi ai geyser: del resto è una regione attiva, come la cometa, anche se l’attività ha un’origine diversa. Per quanto i due corpi, lo ribadisco, siano diversissimi, una cosa in comune ce l’hanno: sono entrambi formati di ghiaccio, e tra i corpi del Sistema solare sui quali abbiamo analizzato la distribuzione dei massi, sono sicuramente quelli con le somiglianze più forti. Sulla cometa avevamo osservato il crollo di pareti a cavallo del perielio [il punto più vicino al sole lungo l’orbita della cometa, ndr] e in queste zone la size-frequency distribution era molto pendente, con tanti massi piccoli e meno massi grandi. In altre regioni però, per esempio sul “collo” della cometa, avevamo trovato più massi grossi, e dei piccoli era rimasta solo poltiglia, a causa dei tanti passaggi della cometa al perielio».

Di che dimensioni parliamo, sia per quanto riguarda Encelado che la cometa?

«Sulla cometa parliamo di massi piccoli fino a cinquanta centimetri o un metro. Su Encelado i massi piccoli sono di trenta, cinquanta metri, poi però i massi grandi arrivano a duecento, trecento metri. Chiaramente la dimensione minima dei massi che possiamo raggiungere cambia in base all’oggetto in questione e alla risoluzione delle immagini».

A sinistra, una porzione dell’immagine raccolta dalla Narrow Angle Camera del Cassini Imaging Science Subsystem (indicata con un riquadro rosso nella seconda figura in questo articolo). La freccia gialla indica la direzione della luce solare. A destra, la stessa immagine con la posizione dei massi identificati. Il colore indica le dimensioni crescenti: giallo e arancione per i massi più piccoli, rosso per quelli più grandi (cliccare per ingrandire). Crediti: Pajola et al. 2021

Come contate questi massi?

«A mano. Anche questo dipende dalla risoluzione: per le immagini della cometa, potevamo disegnarne la forma in enorme dettaglio perché la risoluzione era altissima. Per Encelado tracciamo semplicemente dei cerchi. In generale si può anche automatizzare questa parte del lavoro con algoritmi di intelligenza artificiale, ma poi va comunque validata a mano da parte di uno scienziato: a questo punto preferisco mettere su un po’ di musica e contare i massi direttamente. Per fortuna non sono l’unico a contare i massi: è un lavoro di squadra insieme ai miei co-autori».

Dopo Encelado, qual è il prossimo corpo celeste su cui vorrebbe contare massi?

«Sicuramente le lune ghiacciate di Giove: Ganimede, Europa e Callisto, non appena ci saranno immagini ad alta risoluzione dalla missione Juice [il cui lancio è previsto nel 2022 e l’arrivo nei pressi di Giove nel 2029, ndr]. Probabilmente ci saranno enormi differenze perché Callisto ha una superficie martoriata e molto vecchia, Europa molto più giovane, e Ganimede probabilmente a metà strada, ma a quel punto potremo fare un confronto sensato tra altre lune ghiacciate e quello che abbiamo osservato su Encelado. Probabilmente il più simile a Encelado sarà Europa, dove si pensa che ci siano dei geyser, anche se meno frequenti».


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