Saturno, il gigante dagli anelli

Saturno è il sesto pianeta del Sistema solare in ordine di distanza dal Sole ed il secondo pianeta più massiccio, dopo Giove. Saturno, con Giove, Urano e Nettuno, è classificato come gigante gassoso. Il nome deriva dall'omonimo dio della mitologia romana; il suo simbolo astronomico è una rappresentazione stilizzata della falce del dio dell'agricoltura e dello scorrere del tempo (in greco, Kronos) ().

Saturno è composto principalmente di idrogeno, e in piccole proporzioni di elio, a cui seguono, in proporzione decrescente, gli altri elementi. Il nucleo, consistente in silicati e ghiacci, è circondato da uno spesso strato di idrogeno metallico e quindi di uno strato esterno gassoso.

Le velocità del vento nella atmosfera di Saturno possono raggiungere 1800 km/ora, significativamente più veloce di quelle su Giove.

Saturno ha un esteso e vistoso sistema di anelli, che consiste principalmente in particelle di ghiacci e polveri di silicati. Della sessantina di lune conosciute che orbitano intorno al pianeta, Titano è la più grande ed è l'unica luna del Sistema solare ad avere un'atmosfera significativa.

OSSERVAZIONE

Il momento migliore per osservare Saturno e i suoi anelli è l'opposizione (quando l'elongazione del pianeta è di 180°, e si trova quindi nella parte di cielo opposta al Sole).

In tutti questi casi il diametro di Saturno è troppo piccolo per poterlo percepire ad occhio nudo, e il pianeta apparirà sempre come un punto. È necessario un telescopio di modesta potenza (almeno 40 ingrandimenti, che pochi binocoli sono in grado di fornire) per poter distinguere il disco del pianeta e gli anelli.

CARATTERISTICHE FISICHE

Saturno appare visibilmente schiacciato ai poli: i suoi diametri equatoriale e polare differiscono di quasi il 10% (120 536 km contro 108 728 km). Questa forma è il risultato della sua rapida rotazione e della sua composizione chimica - con la densità per centimetro cubico più bassa del Sistema solare - facile a deformarsi. Anche gli altri pianeti, e i giganti gassosi in particolare, sono deformati in maniera analoga, ma in modo molto meno evidente. Saturno è anche l'unico pianeta del sistema solare con una densità media inferiore a quella dell'acqua: solo 0,69 g/cm3. In realtà il valore medio è una combinazione di densità molto basse, nell'atmosfera del pianeta, e densità più elevate all'interno, sicuramente maggiori di quella dell'acqua. Per questi valori si presuppone che il pianeta abbia un nucleo di rocce e metalli non particolarmente massiccio.

PARAMETRI ORBITALI

Saturno orbita attorno al Sole ad una distanza media di 1,427 miliardi di chilometri, percorrendo una rivoluzione completa in 29,458 anni terrestri. La sua orbita è inclinata di 2,488° rispetto all'eclittica ed è eccentrica di un fattore 0,0560. Alla sua distanza, la luce del Sole appare 100 volte meno intensa rispetto alle misure effettuate da Terra.

Con una massa pari a 95,181 volte e un volume pari a 744 volte quello terrestre, Saturno è il secondo pianeta più grande del sistema solare dopo Giove.

L'asse di rotazione è inclinato di 26,731 gradi, regalando al pianeta un ciclo di stagioni più o meno analogo a quello terrestre e marziano, ma assai più lungo.

Il periodo di rotazione di Saturno sul proprio asse varia a seconda della quota; gli strati superiori, nelle regioni equatoriali, impiegano 10,233 ore a compiere un giro completo, mentre nucleo e mantello ruotano in 10,675 ore.

ATMOSFERA

all'equatore. Le formazioni atmosferiche (macchie, nubi) sono così deboli da non essere mai state osservate prima dell'arrivo delle sonde Voyager. Da allora i telescopi a terra e in orbita sono migliorati al punto di poter condurre regolari osservazioni delle caratteristiche atmosferiche di Saturno. Sono state trovate tempeste di forma ovale dalla lunga vita e molto simili a quelle di Giove. Nel 1990 il Telescopio Spaziale Hubble osservò un'enorme nube bianca vicino all'equatore del pianeta, e un'altra fu osservata nel 1994.

L'atmosfera di Saturno, molto simile a quella di Giove, è composta principalmente di idrogeno ed elio; quella di Saturno contiene tuttavia una percentuale di idrogeno leggermente maggiore, oltre ad una quantità di fosforo ed arsenico circa 10 volte superiore. Anche nel caso di Saturno, come per Giove, è stato possibile individuare tramite la spettroscopia agli infrarossi la presenza di concentrazioni infinitesimali di monossido di carbonio, fosfina, idruro di germanio ed arsina. Forse questi composti chimici, che normalmente non potrebbero esistere in un'atmosfera a base di idrogeno ed elio, si originano in reazioni chimiche sconosciute e sono poi spinti fino al livello atmosferico visibile del pianeta da forti moti convettivi.

GEOLOGIA

L'interno di Saturno è simile a quello di Giove, con un nucleo roccioso, uno strato di idrogeno metallico liquido sopra di esso, e uno strato di idrogeno molecolare ancora più sopra. Sono presenti tracce di ghiacci di vari elementi. L'interno di Saturno è molto caldo (12 000 kelvin nel nucleo), e l'intero pianeta emette nello spazio più energia di quella che riceve dal Sole. La maggior parte di questa energia proviene da una lenta compressione gravitazionale chiamata meccanismo di Kelvin-Helmholtz, ma sembra che tale fenomeno non basti a spiegare l'ammontare di energia osservata. Una proposta per spiegare il calore in più è la discesa di gocce di elio molto all'interno di Saturno, che genererebbe calore per frizione contro l'idrogeno circostante.

CAMPO MAGNETICO

L'esistenza di un campo magnetico di Saturno è stata accertata dalla sonda Pioneer 11 (1979) e successivamente magnetico terrestre, attualmente anche la sonda Cassini sta fornendo importanti dati. La sua origine, come per il pianeta Giove, è dovuta allo strato di idrogeno liquido all'interno del pianeta, ove si producono frequenti scariche elettriche, ed alla elevata velocità di rotazione. Il suo orientamento è quasi coincidente con l'asse di rotazione (con uno scarto inferiore all'1%). La magnetosfera è composta da fasce di radiazione a forma di toroide nelle quali si ritrovano elettroni e nuclei atomici ionizzati. Il tutto si estende per oltre 2 milioni di km e anche oltre nella direzione opposta a quella del Sole. L'interazione tra la magnetosfera e la ionosfera, provoca aurore polari che circondano i poli. Queste aurore sono state fotografate anche dall'HST. Altre interazioni dovute al campo magnetico sono state osservate tra i suoi satelliti: una nube composta da atomi di idrogeno che va dall'orbita di Titano fino all'orbita di Rhea e un disco di plasma, anche questo formato da idrogeno e ioni di ossigeno, che si estende dall'orbita di Tethys fino quasi all'orbita di Titano. Il plasma ruota in sincronia quasi perfetta con il campo magnetico di Saturno.

SATELLITI NATURALI

Saturno possiede un elevato numero di satelliti naturali: 61 di cui se ne conoscono 49 tra confermati e probabili, 12 dei quali scoperti solo nel 2005 grazie al telescopio giapponese Subaru; solo 30 sono attualmente dotati di nomi propri. Non sarà mai possibile quantificare con precisione il loro numero, perché tecnicamente tutti i minuscoli corpi ghiacciati che compongono gli anelli di Saturno sono da considerarsi satelliti. Il satellite saturniano più interessante è di gran lunga Titano, l'unico satellite del sistema solare a possedere una densa atmosfera.

Il gran numero di satelliti e la presenza degli anelli rende molto complessa la dinamica del sistema di Saturno. Gli anelli sono influenzati dai movimenti dei satelliti, che causano marcate divisioni o lacune, e l'interazione mareale con Saturno porta effetti perturbanti sulle orbite dei satelliti minori.


ANELLI

Saturno possiede un magnifico sistema di anelli planetari, composti da milioni di piccoli oggetti ghiacciati, della grandezza di un chilometro o meno, orbitanti attorno al pianeta sul suo piano equatoriale, e organizzati in un anello piatto. Poiché l'asse di rotazione di Saturno è inclinato rispetto al suo piano orbitale, anche gli anelli risultano inclinati. Questa natura "granulare" degli anelli fu dimostrata per via teorica fin dal 1859 dal fisico scozzese James Clerk Maxwell.

Gli anelli iniziano ad un'altezza di circa 6600 km dalla sommità delle nubi di Saturno e si estendono fino a 120 000 km, poco meno di un terzo della distanza Terra-Luna. Il loro spessore è mediamente pari ad appena 3 km.

La loro scoperta è dovuta a Christiaan Huygens, nel 1655; in precedenza già Galileo Galilei aveva notato delle insolite protuberanze ai lati del pianeta, ma la scarsa potenza del suo telescopio e la particolare posizione di Saturno all'epoca - con gli anelli disposti di taglio per un osservatore terrestre, e quindi periodicamente invisibili - non gli avevano permesso di distinguerne la forma con chiarezza.

Gli anelli sono divisi in sette fasce, separate da delle divisioni che sono quasi vuote. L'organizzazione in fasce e divisioni risulta da una complessa dinamica ancora non ben compresa, ma nella quale giocano sicuramente un ruolo i cosiddetti satelliti pastori, lune di Saturno che orbitano all'interno o subito fuori dell'anello.

L'origine degli anelli è sconosciuta. Ci sono due ipotesi principali: che siano il risultato della distruzione di un satellite di Saturno, ad opera di una collisione con una cometa o con un altro satellite, oppure che siano un "avanzo" del materiale da cui si formò Saturno che non è riuscito ad assemblarsi in un corpo unico.

Queste due teorie però, probabilmente, andranno presto riconsiderate, invero, esse si basano sul presupposto d'instabilità degli anelli, condannandoli ad una vita relativamente breve (dispersione, o caduta sul pianeta, nel giro di pochi milioni di anni); tuttavia studi recenti hanno ipotizzato che la loro massa sia maggiore di quanto creduto, facendo così spostare la datazione della loro nascita a miliardi di anni indietro.

ESPLORAZIONI

Saturno fu visitato per la prima volta dalla sonda statunitense Pioneer 11 nel 1979, e nei due anni seguenti dalle sonde Voyager 1 e Voyager 2. Tutte e tre le sonde eseguirono dei fly-by, ovvero si limitarono a passare accanto al pianeta e proseguire oltre. La sonda Cassini-Huygens ha come scopo principale l'esplorazione del sistema di Saturno e in particolare della sua luna Titano. Essa è arrivata il primo luglio 2004 ed è da allora in orbita attorno al pianeta. La stessa missione ha permesso di osservare, nel 2005, laghi e fiumi di metano liquido sulla superficie di Titano, e nel 2006 sbuffi di vapor d'acqua emessi dalla superficie del satellite Encelado: si tratta della prima osservazione certa di acqua non ghiacciata al di fuori della Terra.

NASCITA

In base a ricerche recenti, sui dati provenienti da osservazioni indirette sulla composizione dei due pianeti, sembra che in realtà Saturno e Giove siano molto diversi tra di loro, e dunque si siano formati con modalità differenti. Infatti analizzando tali dati sembra che Saturno abbia un nucleo formato da ferro, silicio, carbonio, azoto ed ossigeno, dove tali elementi si sono concentrati; mentre in Giove gli stessi elementi sono sparsi all'interno del pianeta. La missione della sonda spaziale Cassini, tutt'ora in corso, porterà dei dati di osservazione diretta di Saturno che elaborati dovrebbero fornire maggiori informazioni in merito.