Per un pianeta roccioso, trovare la durata di un giorno può essere semplice. Basta scegliere un punto di riferimento e guardare quanto tempo impiega a ruotare fuori dalla vista, quindi di nuovo alla vista. Ma per pianeti come Saturno, non è così semplice. Non ci sono funzionalità di superficie da tracciare.
Gli scienziati hanno trascorso decenni cercando di determinare il periodo di rotazione di Saturno. Ma il gigante del gas è stato riluttante a rivelare i suoi segreti. Un nuovo studio in AGUJournal of Geophysical Research: Space Physics potrebbe finalmente avere la risposta. Lo studio si intitola "Periodicità multiple e variabili di Saturno: un modello a doppio volano di accoppiamento termosfera-ionosfera-magnetosfera".
Con un pianeta come la Terra, sappiamo cosa stiamo misurando quando misuriamo il periodo di rotazione. Stiamo misurando la superficie del pianeta. Ma per un gigante del gas, le cose sono più complesse. Di quale strato del pianeta stanno parlando gli scienziati?
Saturno è un gigante gassoso multistrato, probabilmente con un nucleo roccioso. Quel nucleo è circondato da uno strato di ghiaccio, quindi da idrogeno metallico ed elio. Quindi un'area di pioggia di elio, ulteriormente circondata da una regione di idrogeno liquido. Poi arriva una grande regione di idrogeno gassoso. L'atmosfera superiore di Saturno è formata da tre strati: nella parte superiore ci sono nuvole di ammoniaca, sotto di essa si trova l'idrosolfuro di ammonio e in basso ci sono nuvole di vapore acqueo.
Quando gli scienziati parlano del periodo di rotazione di Saturno, parlano dell'atmosfera superiore. È l'unica parte del pianeta che può davvero essere misurata.
Gli scienziati osservano i modelli di radiofrequenza emessi da un gigante gassoso per determinarne la durata. La difficoltà con Saturno è che emette solo schemi radio a bassa frequenza che l'atmosfera della Terra blocca. Ciò è in contrasto con Giove, che emette modelli di frequenza più elevata che attraversano l'atmosfera terrestre. Per questo motivo, gli scienziati sono stati in grado di capire il periodo di rotazione di Giove prima dell'avvento del veicolo spaziale.
Saturno dovette attendere fino al 1980 e il 1981, quando Voyager 1 e Voyager 2 visitarono e raccolsero i dati. A quel tempo, hanno misurato il periodo di rotazione a 10 ore e 40 minuti. Quella era la migliore misura disponibile al momento e si bloccò. Per due decenni.
Ma poi Cassini visitò Saturno e trascorse 13 anni a studiarlo e le sue lune. Gli astronomi rimasero stupiti di scoprire che il periodo di rotazione di Saturno era cambiato. I dati di Cassini hanno mostrato che nei vent'anni tra Voyagers e Cassini - una quantità insignificante di tempo nella vita di un pianeta - la lunghezza del giorno era cambiata.
"Nel 2004 abbiamo visto che il periodo era cambiato di 6 minuti, circa l'1%".
Duane Pontius del Birmingham-Southern College in Alabama, Co-autore dello studio.
Cassini mostrò che il periodo di rotazione era cambiato di 6 minuti, circa l'1 percento.
"Intorno al 2004 abbiamo visto che il periodo era cambiato di 6 minuti, circa l'1%", ha dichiarato Duane Pontius del Birmingham-Southern College in Alabama, coautore del nuovo studio. "Per molto tempo, ho pensato che ci fosse qualcosa di sbagliato nell'interpretazione dei dati", ha ricordato Pontius. "Non è proprio possibile."
In che modo un intero pianeta cambia il suo periodo di rotazione in così poco tempo? Un cambiamento di tale portata dovrebbe richiedere centinaia di milioni di anni. Ma c'era di più: Cassini misurò anche i modelli elettromagnetici dimostrando che gli emisferi nord e sud avevano periodi di rotazione diversi.
Le stagioni mutevoli di Saturno
Ponzio e gli altri autori volevano capire cosa fosse successo e perché ci fosse una discrepanza nelle misurazioni. Supponendo che i dati di Cassini fossero stati compresi correttamente, ci doveva essere una ragione per il cambiamento e per la differenza tra gli emisferi. Decisero di confrontare Saturno con il fratello più vicino, Giove.
Una cosa che Saturno ha sono le stagioni. Saturno ha un'inclinazione assiale di quasi 27 gradi, che è simile all'inclinazione di 23 gradi della Terra. Giove ha solo un'inclinazione di tre gradi. Proprio come la Terra, gli emisferi nord e sud di Saturno ricevono diverse quantità di energia mentre orbita attorno al Sole.
Sul bordo esterno dell'atmosfera di Saturno c'è una regione di plasma. Pontius e gli altri autori pensano che la diversa quantità di energia UV che raggiunge gli emisferi attraverso le stagioni interagisce con quel plasma. Nel modello che hanno sviluppato, le variazioni di UV influenzano il plasma, creando più o meno resistenza all'intersezione del plasma con l'atmosfera esterna.
La resistenza è ciò che determina la rotazione dell'atmosfera come mostrato dalle emissioni delle onde radio e che la rotazione cambia in base alla stagione che stiamo osservando.
La resistenza del plasma è ciò che rallenta la rotazione, dandoci il periodo di rotazione segnalato dalle emissioni radio. Quando la stagione cambia, la resistenza al plasma cambia, così come le emissioni radio. Ancora una volta, sono le emissioni radio con cui gli scienziati misurano il periodo di rotazione di Saturno, poiché non ci sono caratteristiche di superficie fisse.
Questo modello sviluppato da Ponzio e dai suoi colleghi fornisce una spiegazione per il cambiamento di rotazione visto nei 20 anni tra i Voyager e Cassini. Questa misura è solo per gli strati superficiali di Saturno. Il nucleo roccioso, che è tra 9-22 volte la massa della Terra, è nascosto e imperscrutabile sotto decine di migliaia di chilometri di atmosfera.
Di Più:
- Comunicato stampa: dare un senso alla rotazione impossibile di Saturno
- Documento scientifico: periodicità multiple e variabili di Saturno: un doppio modello a volano di accoppiamento magnetosfera a termosfera, ionosfera
- Cassini-Huygens dell'ESA: l'atmosfera di Saturno
