"Ring World Waiting", Fonte NASA/ESA/JPL Cassini/Huygens Mission

Struttura del pianeta: Composizione media simile a quella del Sole: da 0 a 0.2 raggi planetari nucleo roccioso composto da silicati, ossidi di ferro, di silicio e di magnesio, questo nucleo dovrebbe da solo contribuire ad 1/4 della massa totale planetaria da 0.2 a 0.5 raggi planetari involucro di idrogeno metallico liquido, un particolare stato di aggregazione dell'idrogeno in cui, a causa delle alte pressioni (~3 milioni di atmosfere) e temperature (12.000 gradi centigradi) i nuclei di idrogeno si impacchettano in una struttura cristallina regolare e gli elettroni divengono elettroni liberi di conduzione, proprio come nei metalli da 0.5 raggi planetari alla superficie (intesa come 2000Km al di sotto del livello dei 100mB) mare di idrogeno ed elio molecolari liquidi che degradano con continuità nell'atmosfera

	Atmosfera con caratteristiche meno evidenti di quella gioviana ma caratterizzata da venti record, fino a 1200Km nelle regioni equatoriali; caratteristica unica tra i pianeti giganti è la presenza di vortici polari con correnti a getto e strutture atmosferiche simili agli occhi ciclonici, osservate e filmate dalla sonda Cassini durante un sorvolo del polo sud del pianeta.
Settembre 1994: il telescopio Hubble individua una gigantesca tempesta equatoriale		Fonte NASA/JPL

Gli Anelli di Saturno

Saturno ripreso dalla sonda Cassini dal lato degli anelli in ombra, Fonte NASA/JPL

La Scoperta:
furono osservati per la prima volta da Galileo Galilei nel 1610, ma il cannocchiale del Galilei non gli permise di risolverli per cui egli credette di aver osservato un pianeta triplo, che si mostrava immobile all'osservatore (così egli scrisse in una lettera al Duca di Toscana); ma tra il 1612 ed il 1613 gli anelli si presentarono di taglio, di fatto scomparendo e poi riapparendo, lasciando il Galilei perplesso.

L'anello fu riconosciuto per quello che era da C. Huygens nel 1655.

Nel 1675 G.D. Cassini riuscì per la prima volta a separare l'anello in due anelli concentrici separati da una lacuna che da allora ha preso il suo nome.

Nel 1859 J.C. Maxwell, colui che ha anche teorizzato l'esistenza di onde elettromagnetiche, dimostrò analiticamente che gli anelli non potevano essere costituiti da un unico corpo rigido.

Gli anelli si estendono da 6.630Km dal centro del pianeta, fino a 121.000 Km ma si pensa che siano molto sottili, non più di 1Km in spessore; sono molto probabilmente costituiti di frammenti, con dimensioni che vanno dal grano di polvere alla piccola automobile (non di più), sia rocciosi, sia formati da ghiaccio d'acqua.

L'origine:
In merito alla loro origine sono state formulate essenzialmente due ipotesi:

• i resti di un corpo celeste, che si è avvicinato a Saturno oltre il limite di Roche ed è stato frantumato dal gradiente di forza gravitazionale di Saturno stesso, oppure che si è frantumato in seguito ad impatto.
• gli avanzi del materiale primordiale del sistema solare che non si sono mai aggregati a causa dell'influenza gravitazionale di Saturno, però simulazioni numeriche dell'evoluzione dinamica di un sistema di anelli mostrano che essi sono instabili e tendono a dissolversi nell'arco di milioni di anni.

La struttura:
la loro struttura è assai complessa, le immagini delle sonde hanno mostrato che essi cono costituiti da migliaia di anellini individuali separati da divisioni concentriche, frutto della loro interazioni con i numerosi satelliti del pianeta; ci sono almeno tre tipi di interazione, tutte e tre di natura gravitazionale:

• pulizia gravitazionale:
  dovuta a satelliti come Pan (responsabile della divisione di Encke) che, muovendosi in mezzo agli anelli, catturano o allontanano dalla propria orbita tutti i frammenti che incontrano, creando un vuoto.
• satelliti pastore:
  simile alla pulizia gravitazionale, dovuta a satelliti come Prometeo o Pandora, i quali orbitando vicino al bordo esterno di un anello, catturano o ricacciano nell'anello tutti i frammenti che si avvicinano a loro
• risonanza orbitale:
  dovuta a satelliti di grosse dimensioni e grande massa relativa come Mimas (responsabile della divisione di Cassini); in alcuni punti dell'anello i frammenti che lo compongono possono avere orbite "sincrone" con quelle dei maggiori satelliti (i frammenti che orbitassero nella divisione di Cassini compirebbero esattamente due orbite mentre Mimas ne compirebbe una), ciò fa si che i punti dell'orbita di un tale frammento ove l'influenza gravitazionale di questi satelliti su di esso è maggiore, siano sempre gli stessi. Orbita dopo orbita questa sorta di martellamento gravitazionale costante finisce per modificare il percorso dei frammenti creando una lacuna negli anelli.

Inoltre, sono state osservate dal Voyager e dalla Cassini, strutture radiali  e persistenti negli anelli, che gli addetti ai lavori hanno chiamato spokes (raggi di ruota), aventi la caratteristica di essere scure del lato illuminato degli anelli e chiare dal lato in ombra. La loro origine è per ora non compresa a fondo ma si crede che siano frutto dell'interazione con il campo magnetico di Saturno; recentemente la sonda Cassini ha evidenziato che si tratta di fenomeni stagionali che compaiono agli equinozi e scompaiono ai solstizi.
 

L'atmosfera!!
Infine è stato provato che gli anelli hanno una atmosfera propria, probabilmente generata dalla disintegrazione della molecola dell'acqua, rilasciata dai frammenti stessi o forse dalla luna Encelado, ad opera della radiazione solare e/o delle particelle elettricamente cariche intrappolate dal campo magnetico di Saturno. Dalle osservazioni del telescopio Hubble si è visto che i suoi principali componenti sono Ossigeno e Idrogeno molecolari e l'ossidrile OH; questa atmosfera è così rarefatta che, se fosse equamente distribuita sugli anelli il suo spessore non supererebbe quello delle molecole che la compongono.

Le Lune di Saturno:

Al momento sono in totale 56 (Giove ne ha attualmente 63), ma 30 di esse sono più piccole di 10Km in diametro; delle rimanenti altre 13 hanno un diametro minore di 50Km e delle ulteriori rimanenti, solo 7 sono tali da esser riuscite ad avere una forma sferoidale grazie alla propria autogravità. Queste 7 sono, in ordine di distanza dal pianeta madre:

E' importante sottolineare che tutti questi grandi satelliti orbitano esternamente agli anelli.
Da questo elenco già si intuisce che Titano è particolare perché in quanto a dimensioni, massa e densità relativa è una sorta di mosca bianca in mezzo agli altri 6, che tra l'altro sono in buon ordine crescente di dimensioni e densità in base alla loro distanza da Saturno.

E' da notare anche che, sebbene Titano sia più grande e massiccio della Luna, è 12 volte più piccolo di Saturno e il rapporto fra la sua massa e quella del pianeta madre è ben 1/4200, mentre la Luna è solo 3.6 volte più piccola della Terra e la sua massa  è 1/81 di quella terrestre. (Titano è confrontabile con la Terra come dimensioni, ma non come massa, la sua densità media è solo 1.88 g/cm³, 1/3 di quella terrestre.

Titano

Titano è  il secondo satellite più grande del sistema solare, preceduto solo da Ganimede, è più grande della Luna e del pianeta Mercurio, ma è l'unico satellite attualmente conosciuto nel sistema solare ad avere un'atmosfera vera e propria e non soltanto tracce di gas rarefatti attorno alla superficie. (clicca qui per visualizzare l'esperienza interattiva in formato Flash preparata dal NASA JPL, in Inglese) La Scoperta: E' stato scoperto nel 1655 da C. Huygens, contemporaneamente alla scoperta della vera natura dell'anello di Saturno. La struttura: Il suo diametro reale è 5150Km, si ritiene che possegga un nucleo roccioso interno del diametro di circa 3400Km, ricoperto da più strati di acqua ghiacciata che si differenziano nello stato di aggregazione delle molecole a seconda della pressione a cui si trovano; forse tra questi strati ne è presente anche uno costituito da acqua liquida, mescolata ad ammoniaca, che lo rende geologicamente attivo.

In volo radente sopra le nebbie dell'alta atmosfera di Titano : Fonte NASA/ESA/JPL Cassini/Huygens Mission

L'atmosfera:
La sua atmosfera è stata scoperta spettroscopicamente da G.Kuiper nel 1944 ed è stata rilevata la presenza di metano; si è scoperto, grazie alle osservazioni delle sonde Voyager, che questa atmosfera è molto densa, al punto che la pressione al suolo è 1.5 volte quella terrestre, inoltre uno strato di nubi nasconde completamente la vista della superficie; questo strato genera un'effetto antiserra che contribuisce ad abbassare la temperatura superficiale fino anche a - 180°C.
La peculiarità di avere un atmosfera complessa, simile per composizione a quella della Terra primordiale ha fatto nascere molto interesse per questa possibile freddo modo alieno, in cui il metano avrebbe dovuto giocare lo stesso ruolo dell'acqua sulla Terra; così agli inizi del 2005 è stata fatta atterrare una sonda, la Huygens, sulla sua superficie nell'ambito del programma Cassini.

(Ascolta i suoni dell'atmosfera di Titano registrati da Huygens durante la discesa! Clicca qui)

L'atmosfera, analizzata in sito, si è rivelata composta dal 98.4% di azoto mentre il resto è praticamente metano più rare tracce di altri gas d'idrocarburi  (tra cui etano, diacetilene, metilacetilene, cianoacetilene, acetilene, propano), di argo, anidride carbonica, monossido di carbonio, cianogeno, acido cianidrico e elio - di confronto l'atmosfera terrestre è attualmente formata dal 78% di azoto e il 21% di ossigeno, con tracce di vapor acqueo, anidride carbonica ed altre molecole gassose -.
Gli idrocarburi più complessi si trovano nella parte alta dell'atmosfera, dove si generano da reazioni chimiche conseguenti alla rottura della molecola di metano ad opera della radiazione ultravioletta solare e di particelle cariche ad alta energia intrappolate nel campo magnetico di Saturno; esse sono le principali responsabili della colorazione rossiccia dell'alta atmosfera di Titano.
La relativa abbondanza di metano molecolare nell'atmosfera è spiegabile al momento ipotizzando una sorgente di esso in Titano stesso, purtroppo non si è trovata traccia degli estesi bacini di metano liquido ipotizzati prima dell'arrivo del modulo Huygens, bensì di strutture più piccole analoghe ai laghi terrestri e, forse, nemmeno permanenti, per cui gli scienziati hanno supposto che il metano si trovi anche intrappolato nel ghiaccio d'acqua o che provenga da impatti cometari; oppure che esso si riformi dalla scissione del monossido di carbonio e successiva ricombinazione del carbonio con l'idrogeno.

E' da sottolineare che durante la discesa, Huygens non è stata in grado di determinare la direzione del Sole a causa dell'opacità dell'atmosfera.

In termini di clima, Titano è molto diverso dalla Terra: ha una temperatura superficiale di -180°C, sono state osservate nubi di etano e probabilmente ve ne sono di metano e di altri composti organici; è possibile che vi siano delle piogge e che la superficie sia ricoperta da uno strato simile al catrame, non c'è acqua se non allo stato solido e i prima ipotizzati grandi oceani di metano hanno lasciato il posto a bacini ben più piccoli. Ci sono i vulcani, ma il "magma" è formato da ghiaccio d'acqua mescolato ad ammoniaca (criovulcanismo).
Recenti osservazioni della sonda Cassini hanno mostrato la presenza di sistemi nuvolosi sopra i poli del satellite, la cui composizione non è chiara, ma che potrebbero essere all'origine delle piogge che alimenterebbero i laghi di metano; è peraltro possibile che l'attuale modello dell'atmosfera di Titano cambi in seguito a nuove osservazioni da parte della sonda Cassini, nel 2007 (che attendiamo con ansia).

  Possibili laghi di metano, collegati da canali e con bordi molto simili a linee costiere : Fonte NASA/ESA/JPL Cassini/Huygens Mission

La superficie:
La superficie di Titano è risultata essere molto liscia, con dislivelli mediamente intorno alle centinaia di metri nelle zone mappate, sull'equatore è presente una vasta area, grande quanto l'Australia, molto chiara nelle immagini infrarosse, è stata chiamata Xanadu ed è probabilmente un grande altopiano. I vasti oceani di metano probabilmente non ci sono, se ci fossero stati sarebbero apparsi altamente riflettivi nelle immagini visuali, però sono state osservati sia con il radar della Cassini, sia visualmente da Huygens, caratteristiche superficiali facilmente spiegabili come il prodotto di flussi di sostanze liquide; sono stati anche osservati, mediante telerilevamento radar nei pressi del polo nord, terreni coperti di macchie oscure (quindi con superfici lisce per il radar) con contorni analoghi a linee costiere e "canali di collegamento" anch'essi oscuri; vicino ai poli la temperatura superficiale è tale da permettere la presenza di metano\etano liquidi per cui quelli sono molto probabilmente i tanto attesi laghi di metano.

MA

nel punto di atterraggio di Huygens non sono state trovate tracce di sostanze liquide, piuttosto segni di un loro passaggio (cioè colline basse attraversate da possibili canali di drenaggio e forme levigate delle "rocce"); per giunta Huygens è atterrato proprio in un'area scura ma ha trovato una superficie solida formata con tutta probabilità da sabbia di ghiaccio d'acqua mista ad idrocarburi, le rocce visibili nelle immagini di Huygens sono di ghiaccio d'acqua.
Inoltre recenti immagini radar hanno mostrato che alcune delle aree scure sulla superficie di Titano sono campi di dune longitudinali, molto simili a quelle terrestri; esse sono formate probabilmente da materiale ottenuto da processi di erosione e di dilavamento della crosta ghiacciata oppure dal deposito di materiale solido prodotto nell'atmosfera del satellite; la forma delle dune potrebbe essere stata determinata da forti venti di origine mareale, non bisogna dimenticare dell'influenza gravitazionale di Saturno a causa della quale le forze mareali sono 400 volte più intense di quelle lunari sulla Terra. I canali di drenaggio osservati anche da Huygens possono anche essere stati prodotti dal "magma" di Titano durante una crio-eruzione.

Immagini Radar di alcuni campi di dune su Titano: Fonte NASA/ESA/JPL Cassini/Huygens Mission

Confronto fra le dune terrestri (sopra) e quelle di Titano (sotto)

E la Vita?
L'ipotesi che l'atmosfera di Titano fosse simile a quella terrestre primordiale, nonché la possibile presenza di "oceani" sulla sua superficie hanno stimolato la tentazione di molti a colmare il divario, pure ampio, tra i processi chimici e quelli biologici; l'esperimento di Miller-Urey negli anni 50, ed esperimenti successivi, avevano dimostrato la possibilità di passare da un gas con composizione chimica simile a quella dell'atmosfera di Titano ad un complesso di molecole organiche tra cui gli aminoacidi progenitori del DNA, utilizzando una fonte di energia (che su Titano potrebbe essere rappresentata dalla luce ultravioletta solare).
In tutti i casi era però presente anche l'acqua, in forma liquida o di vapore, che è invece assente su Titano; inoltre sulla Terra il lungo passaggio dalle molecole organiche alla vita è avvenuto in presenza di acqua liquida e con temperature ben superiori a quelle della superficie di Titano, la quantità di radiazione solare ultravioletta su Titano è ben inferiore a quella presente nelle vicinanze della Terra e non sono stati rilevati fulmini dell'atmosfera del satellite, per adesso. Ciononostante è possibile che vi sia sufficiente materiale organico, su Titano, per iniziare un'evoluzione chimica simile a quella terrestre, se vi potrà essere acqua liquida per periodi sufficientemente lunghi.
Alcune teorie ipotizzano che acqua, forse di origine cometaria, potrebbe conservarsi liquida al di sotto di uno strato ghiacciato isolante, o che possano esistere oceani d'acqua mista ad ammoniaca al di sotto della superficie della luna; purtroppo l'attuale missione non è equipaggiata con esperimenti atti a ricercare la vita, per cui niente si è potuto dire in proposito, e non sono al momento pianificate altre missioni verso il sistema di Saturno; c'è d'aspettare.

Ultimo aggiornamento 29/02/06