IL CATIONE TRIIDROGENO COME TERMOMETRO NATURALE

Risolto il mistero della rotazione di Saturno

Per la prima volta, grazie al telescopio spaziale Webb è stato possibile rivelare i complessi schemi di calore e di particelle elettricamente cariche nell’aurora di Saturno, e mostrare che l’intero sistema è guidato da un ciclo di retroazione autosufficiente alimentato dalle stesse aurore del pianeta. Tutti i dettagli su Journal of Geophysical Research: Space Physics

     07/04/2026

Saturno ha lasciato perplessi gli scienziati per molti anni. Le misurazioni effettuate dalla sonda Cassini nel 2004 suggerivano infatti che la velocità di rotazione del pianeta stesse cambiando lentamente nel tempo – cosa che non dovrebbe essere possibile.

Nel 2021, uno studio guidato da Tom Stallard, professore di astronomia planetaria alla Northumbria University, ha mostrato che il mistero, in realtà, non riguardava affatto la rotazione di Saturno: le variazioni apparenti erano dovute ai venti nell’alta atmosfera del pianeta, che generavano correnti elettriche e producevano un segnale aurorale fuorviante. Tuttavia, questi risultati hanno sollevato un’ulteriore domanda: se i venti atmosferici erano responsabili dell’effetto, che cosa li generava? Oggi, una nuova ricerca guidata da Stallard ha fornito le prime prove dirette della risposta.

Un fotogramma di un filmato che mostra la struttura di densità asimmetrica, rivelando dove la corrente aurorale fluisce preferenzialmente verso il pianeta (nelle zone più scure) e dove ne esce (nelle zone più luminose). Queste regioni sono sfalsate rispetto ai picchi di temperatura, ma alla fine determinano tale asimmetria termica. Crediti: Nasa/Esa/Csa, Tom Stallard (Northumbria University), Melina Thévenot, Macarena Garcia Marin (StScI/Esa)

Utilizzando il telescopio spaziale James Webb (Jwst), il team di Stallard ha osservato con continuità la regione aurorale settentrionale di Saturno – l’equivalente delle aurore boreali terrestri – per un intero giorno saturniano, raccogliendo misurazioni dettagliate che non erano finora possibili con gli strumenti a disposizione. Analizzando il bagliore infrarosso di una molecola chiamata catione triidrogeno (tre atomi di idrogeno legati insieme, con una carica positiva), che si forma nell’alta atmosfera di Saturno e agisce come un termometro naturale, i ricercatori sono riusciti a produrre le prime mappe ad alta risoluzione sia della temperatura sia della densità delle particelle nella regione aurorale del pianeta.

Il livello di dettaglio risultante si è rivelato straordinario. Le misurazioni precedenti avevano errori di circa 50 gradi Celsius, più o meno pari alle differenze che gli scienziati cercavano di rilevare, ed erano ottenute combinando ampie regioni dell’aurora polare calda. I nuovi dati di Jwst sono risultati dieci volte più precisi, consentendo al team di mappare per la prima volta i dettagli fini dei processi di riscaldamento e di raffreddamento nella regione aurorale di Saturno.

Questi schemi di temperatura e densità corrispondono sorprendentemente bene alle previsioni di modelli computerizzati effettuate più di un decennio fa, ma solo se la fonte di calore è collocata esattamente dove le principali emissioni aurorali entrano nell’atmosfera.

Questo significa che l’aurora di Saturno non è soltanto uno spettacolo visivo: sta attivamente riscaldando l’atmosfera in una specifica regione. Questo riscaldamento localizzato genera venti che, a loro volta, generano le correnti elettriche responsabili dell’aurora. L’aurora quindi riscalda nuovamente l’atmosfera, mantenendo l’intero ciclo. «Quello che stiamo osservando è essenzialmente una pompa di calore planetaria», afferma Stallard. «L’aurora di Saturno riscalda la sua atmosfera, l’atmosfera genera venti, i venti producono correnti che alimentano l’aurora, e così via. Il sistema si autoalimenta».

I risultati hanno implicazioni ben più ampie. La ricerca suggerisce che ciò che accade nell’atmosfera di Saturno influenza direttamente le condizioni nella sua magnetosfera – la vasta regione di spazio modellata dal campo magnetico del pianeta – che, a sua volta, restituisce energia al sistema. Questa relazione bidirezionale tra atmosfera e magnetosfera può aiutare a spiegare perché il fenomeno sia così stabile e duraturo.

«Questo risultato cambia il modo in cui pensiamo alle atmosfere planetarie in generale», conclude Stallard. «Se le condizioni atmosferiche di un pianeta possono generare correnti che si propagano nello spazio circostante, allora comprendere ciò che accade nelle stratosfere di altri mondi potrebbe rivelare interazioni che non abbiamo ancora nemmeno immaginato».

Nel video qui sopra viene evidenziata l’asimmetria delle temperature, della densità e dell’intensità della ionosfera aurorale, osservate dall’alto della regione aurorale, con un movimento rotatorio per evidenziare quanto questi diversi parametri siano interconnessi. Il filmato mostra questi tre parametri (riga superiore) e la differenza rispetto ai valori mediani a ciascuna latitudine (riga inferiore) – qui, il rosso indica valori più alti e il blu quelli più bassi, rivelando che non solo le regioni più luminose ma anche quelle più deboli seguono modelli molto simili, guidati dalle correnti planetarie che fluiscono dentro e fuori dal pianeta e che a loro volta le guidano. Crediti: Nasa/Esa/Csa, Tom Stallard (Northumbria University), Melina Thévenot, Macarena Garcia Marin (Stsci/Esa)

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