LO STUDIO È PUBBLICATO SU SCIENCE

Crisalide e la strana inclinazione di Saturno

Sarebbe una luna perduta, Crisalide, la responsabile della precessione di Saturno e della sua inclinazione odierna, nonché della formazione tardiva dei suoi anelli. Insieme alle altre lune, Crisalide avrebbe orbitato attorno a Saturno per diversi miliardi di anni, esercitando sul pianeta un’attrazione tale da mantenere la sua inclinazione in risonanza con Nettuno. Finché non venne distrutta

     21/09/2022
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Gli scienziati propongono che una luna perduta di Saturno, che chiamano Crisalide, abbia attirato il pianeta fino a quando non si è distrutto, formando anelli e contribuendo all’inclinazione di Saturno. Crediti: Immagine: Nasa/Jpl-Caltech/Space Science Institute

Vorticando intorno all’equatore del pianeta, gli anelli di Saturno sono una chiara evidenza del fatto che il gigante gassoso sta ruotando inclinato. Il pianeta ruota infatti con un angolo di 26,7 gradi rispetto al piano dell’orbita attorno al Sole, il che è sempre apparso strano viste le sue dimensioni, simili a quelle di Giove, il cui l’asse è praticamente verticale. Gli astronomi sospettano da tempo che questa inclinazione derivi dalle interazioni gravitazionali con il suo vicino Nettuno. Ma uno studio pubblicato recentemente su Science ha scoperto che, mentre i due pianeti potrebbero essere stati un tempo sincroni, Saturno deve essere sfuggito all’attrazione di Nettuno. Quale sia stato il responsabile di questo riallineamento planetario non si sa ma il team che ha condotto lo studio ha un’ipotesi, meticolosamente testata: una luna scomparsa.

Gli autori suggeriscono che Saturno – che oggi ospita ben 83 lune – una volta ospitasse almeno un altro satellite, che chiamano Chrysalis, o Crisalide. Insieme ai suoi fratelli, Crisalide ha orbitato attorno a Saturno per diversi miliardi di anni, esercitando sul pianeta un’attrazione gravitazionale tale da mantenere la sua inclinazione – o obliquità – in risonanza con Nettuno.

Ma circa 160 milioni di anni fa, stima il team, la luna Crisalide è diventata instabile e si è avvicinata troppo al suo gigante gassoso, in un incontro radente che ha distrutto il satellite. La perdita della luna è stata sufficiente per rimuovere Saturno dalla presa di Nettuno e lasciarlo con l’inclinazione attuale. Inoltre, ipotizzano i ricercatori, mentre la maggior parte del corpo in frantumi di Crisalide potrebbe essersi immerso nell’atmosfera di Saturno, una frazione dei suoi frammenti potrebbe essere rimasta sospesa in orbita, rompendosi in piccoli pezzi ghiacciati per formare gli anelli caratteristici del pianeta.

Il satellite scomparso, quindi, potrebbe spiegare due misteri di vecchia data: l’attuale inclinazione di Saturno e l’età dei suoi anelli, che in precedenza era stimata in circa 100 milioni di anni, molto meno del pianeta stesso. «Proprio come la crisalide di una farfalla, questo satellite è rimasto a lungo quieto ed è diventato improvvisamente attivo, e gli anelli sono emersi», afferma Jack Wisdom, professore di scienze planetarie al Mit e primo autore dello studio.

Vediamo come sono arrivati a questa interessante conclusione.

All’inizio degli anni 2000, gli scienziati avanzarono l’idea che l’asse inclinato di Saturno fosse il risultato dell’intrappolamento del pianeta in una risonanza con Nettuno. Ma le osservazioni effettuate dalla sonda spaziale Cassini della Nasa, che ha orbitato attorno a Saturno dal 2004 al 2017, hanno dato una nuova svolta al problema. Gli scienziati hanno scoperto che Titano, il più grande satellite di Saturno, stava migrando lontano da Saturno a una velocità maggiore del previsto, di circa 11 centimetri all’anno. La rapida migrazione di Titano e la sua attrazione gravitazionale hanno portato gli scienziati a concludere che la luna fosse probabilmente responsabile dell’inclinazione e del mantenimento di Saturno in risonanza con Nettuno.

Ma questa spiegazione dipende da una grande incognita: il momento di inerzia di Saturno, che descrive quanto è difficile cambiare il suo moto angolare attorno al proprio asse e dipende da come è distribuita la massa all’interno del pianeta. L’inclinazione di Saturno potrebbe comportarsi diversamente, a seconda che la materia sia più concentrata al centro o verso la superficie. Quindi, per fare progressi su questo annoso problema, i ricercatori hanno cercato di definire il momento di inerzia di Saturno utilizzando alcune delle ultime osservazioni fatte da Cassini durante il suo Grand Finale – una fase della missione durante la quale la sonda spaziale ha avuto un incontro estremamente ravvicinato con il pianeta – per mappare con precisione il suo campo gravitazionale, che può essere utilizzato per determinare la distribuzione della massa nel pianeta stesso.

I ricercatori hanno modellato l’interno di Saturno e identificato una distribuzione di massa che corrispondeva al campo gravitazionale osservato da Cassini. Sorprendentemente, hanno scoperto che questo momento di inerzia collocava Saturno vicino, ma appena fuori dalla risonanza con Nettuno. Quindi, i pianeti potrebbero essere stati sincronizzati una volta, ma ora non lo sono più.

A questo punto, sono andati alla ricerca di possibili modi per sottrarre Saturno dalla risonanza con Nettuno. Il team ha prima effettuato simulazioni per far evolvere la dinamica orbitale di Saturno e delle sue lune indietro nel tempo, per vedere se eventuali instabilità naturali tra i satelliti esistenti avrebbero potuto influenzare l’inclinazione del pianeta. Ma questa ricerca non ha portato risultati significativi.

Quindi, hanno riesaminato le equazioni matematiche che descrivono la precessione di un pianeta, ovvero il modo in cui il suo asse di rotazione cambia nel tempo. Un termine in questa equazione ha i contributi di tutti i satelliti. Il team ha ragionato sul fatto che se un satellite fosse stato rimosso da questa somma, avrebbe potuto influenzare la precessione del pianeta. La domanda a questo punto è stata: quanto doveva essere massiccio quel satellite e quali dinamiche avrebbe dovuto subire per portare Saturno fuori dalla risonanza di Nettuno?

Wisdom e colleghi hanno eseguito simulazioni per determinare le proprietà del satellite, come la sua massa e il raggio orbitale, e le dinamiche orbitali che sarebbero necessarie per eliminare Saturno dalla risonanza. Hanno quindi concluso che l’attuale inclinazione di Saturno è il risultato della risonanza con Nettuno e che la perdita del satellite, Crisalide – che aveva all’incirca le dimensioni di Giapeto, la terza luna più grande di Saturno – gli ha permesso di sfuggire alla risonanza.

Tra 200 e 100 milioni di anni fa, Crisalide entrò in una zona orbitale caotica, sperimentò una serie di incontri ravvicinati con Giapeto e Titano e alla fine si avvicinò troppo a Saturno, in un incontro radente che fece a pezzi il satellite, lasciandone una piccola frazione girare intorno al pianeta come un anello disseminato di detriti. La perdita di Crisalide, hanno scoperto, spiega la precessione di Saturno e la sua inclinazione odierna, nonché la formazione tardiva dei suoi anelli.

«È una storia piuttosto interessante, ma come qualsiasi altro risultato, dovrà essere esaminata da altri», conclude Wisdom. Sembra però che questo satellite perduto fosse proprio come una crisalide, in attesa di un qualcosa che ha portato alla sua metamorfosi… e distruzione.

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