Da anni gli astronomi conoscono pianeti e asteroidi con anelli: nel nostro Sistema Solare sono comuni. Fra questi, il Signore degli Anelli, il gigante gassoso Saturno, è particolarmente anomalo, così come la forte inclinazione degli anelli e dell’asse di rotazione del pianeta rispetto alla sua orbita intorno al Sole.
Ora i ricercatori hanno dimostrato che gli anelli e l’inclinazione sono intimamente legati. La chiave di lettura consisterebbe in una vecchia luna di Saturno, che è stata fatta a pezzi circa 160 milioni di anni fa per andare a formare gli anelli. La proposta sarà pubblicata questa settimana sulla rivista Science in uno studio il cui autore principale è Jack Wisdom, professore di scienze planetarie al Massachusetts Institute of Technology (MIT), con coautore Burkhard Militzer dell’Università della California, Berkeley. I ricercatori hanno soprannominato la luna perduta di Saturno Crisalide (Chrysalid in inglese), perché è sbocciata negli anelli proprio come una crisalide si trasforma in una farfalla.
Il Signore degli Anelli non ha sempre avuto anelli
Nel 2019 un team di ricercatori, di cui Militzer faceva parte, aveva concluso che gli anelli di Saturno sono relativamente recenti. Si sarebbero formati appena 100 milioni di anni fa, nonostante il pianeta sia vecchio quanto il Sistema Solare, circa 4,5 miliardi di anni. I ricercatori proponevano che gli anelli potessero essere i detriti lasciati dalla distruzione mareale di una precedente luna ghiacciata di Saturno o i resti di una cometa che si era avvicinata troppo al pianeta.
La nuova teoria propone che gli anelli provengano da un’antica luna, denominata Crisalide. La sua massa sarebbe stata circa pari a quella di Iapeto, la terza luna più grande di Saturno, ed essa si sarebbe avvicinata così tanto al pianeta da essere fatta a pezzi dalle forze di marea. I ricercatori concludono che circa il 99% di Crisalide è finito inghiottito dal gigante gassoso, mentre il resto del materiale è andato a costituire gli anelli.
La danza tra Saturno e Nettuno
Come la maggior parte dei pianeti, Saturno si è probabilmente formato con l’asse di rotazione perpendicolare al piano orbitale. La rapida rotazione del pianeta ha leggermente appiattito la sua forma. Le 83 lune conosciute di Saturno, in particolar modo Titano, la più grande, e gli altri pianeti del Sistema Solare non solo hanno inclinato l’asse di Saturno, ma hanno fatto sì che l’asse oscillasse, come una trottola.
Gli astronomi già sospettavano che l’inclinazione assiale di Saturno derivasse in particolare da interazioni gravitazionali con il suo compagno esterno, Nettuno. Infatti Saturno percorre la sua orbita come una trottola, quasi allo stesso ritmo della precessione dell’orbita di Nettuno. Una simile interazione è chiamata risonanza.
Nel nuovo studio i ricercatori concludono che, per miliardi di anni, Nettuno e Saturno sono stati in una danza di risonanza che ha causato l’inclinazione dell’asse di rotazione di Saturno. Tuttavia il movimento verso l’esterno della luna di Saturno Titano, la seconda luna più grande del Sistema Solare, ha destabilizzato il sistema di Saturno, facendogli perdere una luna e facendolo uscire dalla risonanza. Il risultato? La serie di anelli luminosi che oggi abbelliscono il pianeta.
Una luna disintegrata e depositata in un anello
Grazie alle misurazioni del campo gravitazionale di Saturno effettuate dalla missione Cassini nel 2017, Militzer e i suoi colleghi erano riusciti nel 2019 a stimare la massa degli anelli e la loro età. Con gli stessi dati, ora Militzer e gli altri coautori sono stati in grado di fornire una determinazione più precisa del momento d’inerzia del pianeta e di calcolare il momento angolare. Sorprendentemente, il momento angolare si è rivelato un po’ troppo piccolo perché i due pianeti siano oggi in risonanza. Ma i calcoli hanno dimostrato che Saturno sarebbe stato in risonanza se un tempo avesse avuto una luna in più.
Quindi Come ha fatto Saturno a uscire dalla sua risonanza multimiliardaria con Nettuno? Con simulazioni al computer, Wisdom e i suoi colleghi hanno testato vari scenari. Il più probabile è che la luna di Saturno Titano, che attualmente sta migrando rapidamente verso l’esterno del pianeta a circa 11 centimetri all’anno, a un certo punto sia entrata in risonanza con l’orbita di un’altra luna, Crisalide, destabilizzandola. Alla fine Crisalide si è avvicinata così tanto a Saturno che la gravità del pianeta l’ha fatta a pezzi, con una parte di essa che si è depositata in un anello. Considerato l’attuale tasso di migrazione di Titano, ciò sarebbe avvenuto tra i 100 e i 200 milioni di anni fa, hanno determinato, corrispondendo all’attuale stima dell’età degli anelli.
Un passo in più verso la conoscenza della storia di Saturno
Militzer ha spiegato che la rapida migrazione di Titano offre una nuova possibilità di spiegare l’inclinazione di Saturno. La formula per il tasso di precessione dell’asse di rotazione dipende dalla presenza dei satelliti: quindi il sistema avrebbe potuto sfuggire alla risonanza se Saturno avesse avuto un satellite aggiuntivo che è stato perso, cambiando il tasso di precessione abbastanza da sfuggire alla risonanza, ma lasciando il sistema vicino a essa.
I ricercatori sperano che misure più precise dei moti di Nettuno e di Saturno e delle sue lune confermino la loro ipotesi. Questa, infatti, è una teoria “abbastanza buona”, dice Wisdom, ma che deve essere esaminata anche da altri scienziati e definita ulteriormente.
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