Cassini, il piccolo veicolo spaziale che potrebbe, si sta spegnendo in un incendio. Per i prossimi quattro mesi, la sonda più sofisticata mai realizzata ballerà precariamente tra Saturno e i suoi anelli di ghiaccio, catturando immagini spettacolari di questa regione mai esplorata. In questo gran finale del suo viaggio di 20 anni, Cassini attirerà una nuova attenzione sulle origini di quelli che sono già i più glamour e misteriosi set di anelli nel sistema solare.
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Per gli astronomi, il mistero più duraturo su questi anelli è la loro età. Anche se a lungo considerati antichi, negli ultimi anni la loro decrepitudine è stata oggetto di dibattito, con prove che suggeriscono una formazione più giovane. Ora una nuova ricerca sostiene l'idea che gli anelli di Saturno abbiano miliardi, anziché milioni di anni.
Ad un certo punto della storia di Saturno, un disco di polvere e gas attorno alla luna si è riunito negli incredibili anelli che vediamo oggi. Alcune delle lune che sfrecciano dentro e fuori da quegli anelli potrebbero essersi formate dallo stesso materiale, il che significa che uscire con quelle lune potrebbe aiutarci a concentrarci sull'età degli anelli di Saturno. Ma secondo la nuova ricerca, tre di quelle lune interne sono più vecchie di quanto gli scienziati avessero ipotizzato, suggerendo anche un'origine antica per gli anelli.
"È un puzzle molto interessante, perché tutto è collegato", ha detto Edgard Rivera-Valentin, all'Osservatorio di Arecibo a Puerto Rico. Piuttosto che affrontare le età di tutte le lune e gli anelli, Rivera-Valentin sta lentamente avanzando nella sfida, passo dopo passo. "Sto cercando di ritagliare un pezzo" del puzzle, dice.
Nel 2016, Rivera-Valentin ha iniziato a utilizzare nuovi modelli di computer per esaminare la storia delle collisioni tra le lune di Saturno, Iapeto e Rea, e ha scoperto che si erano formati presto nella vita di 4, 6 miliardi di anni del sistema solare. Le sue scoperte, che ha presentato alla conferenza Lunar and Planetary Sciences in Texas a marzo, supportano l'idea che gli anelli di Saturno siano più vecchi di quanto pensassimo.
Oltre ad essere intriganti per conto proprio, gli anelli e le lune di Saturno possono offrire suggerimenti per quei cacciatori di pianeti al di fuori del nostro sistema solare. Finora, è stato identificato un solo esopianeta con anelli, il che sembra strano, dato che tutti e quattro i giganti gassosi del nostro sistema vantano anelli. Se le lune e gli anelli di Saturno sono giovani, ciò potrebbe fornire una spiegazione.
"Se gli anelli di Saturno sono giovani, allora un (ipotetico) osservatore che guarda il nostro sistema solare non li avrebbe visti se guardasse, diciamo, un miliardo di anni fa", ha detto Francis Nimmo, uno scienziato planetario che studia le origini dei mondi ghiacciati del Università della California a Santa Cruz.
Forse altri mondi hanno anche anelli di breve durata, le cui brevi apparenze nella lunga lente dello spaziotempo li rendono difficili da individuare dalla Terra. In quel caso, proprio come qualcuno al di fuori del sistema solare avrebbe avuto un'opportunità limitata di spiare gli anelli intorno a Saturno, gli osservatori umani sarebbero allo stesso modo limitati nella loro capacità di individuare i mondi animati.
Le lune e gli anelli di lunga durata, d'altra parte, potrebbero significare che tali mondi sono comuni e potrebbero nascondersi in bella vista, o persi in decenni di dati o ostacolati da limitazioni tecnologiche.
Questa immagine a falsi colori stava creando usando i segnali radio inviati da Cassini sulla Terra attraverso gli anelli di Saturno. (NASA / JPL) Cicatrici antiche
Quando si tratta di calcolare le età di altri mondi, gli scienziati fanno molto affidamento sui crateri. Collegando le cicatrici da impatto a periodi di forte bombardamento nel sistema solare, possono approssimativamente stimare quanti anni ha la superficie, il che fornisce un limite superiore al mondo stesso. Precedenti ricerche hanno suggerito che gli anelli e le lune di Saturno hanno appena 100 milioni di anni, rendendoli relativamente giovani nella vita del sistema solare.
Il problema è che il modo in cui il sistema solare si è comportato in passato è oggetto di dibattito in corso. Nel 2005 è emersa una nuova teoria che ha fatto ballare Urano e Nettuno tra loro, lanciando detriti ghiacciati verso l'interno verso il resto dei pianeti. Ma secondo la ricerca di Rivera-Valentin, questa pioggia di materiale (noto come Late Heavy Bombardment) avrebbe distrutto totalmente la più giovane luna di Saturno, Mimas.
Rivera-Valentin ha deciso di risolvere il problema dall'altra parte. In passato, aveva lavorato con uno studente per calcolare la quantità di detriti schiantati su Iapetus, che secondo lui dovrebbe essere la luna più antica di qualsiasi modello. Usando una tecnica simile per capire quanto materiale ha segnato un'altra luna, Rea, ha scoperto che il satellite era bombardato molto meno di Iapeto.
Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che la quantità di materiale che colpisce la luna era inferiore a quella precedentemente calcolata. Oppure potrebbe essere perché Rhea si è formata molto più tardi di Iapetus, forse subito dopo il bombardamento tardivo pesante che ha avuto luogo 3, 9 miliardi di anni fa. Ma in base al numero dei crateri, le cicatrici di Rhea indicano che non può essere così giovane come previsto da alcuni modelli.
"Quindi il modello che diceva che avrebbero potuto formarsi 100 milioni di anni fa, posso almeno dire di no, probabilmente non è così", ha detto Rivera-Valentin. Tuttavia, i modelli che suggeriscono che Rhea si sia formata durante il periodo del bombardamento tardivo pesante funzionano tutti con la storia crateriale della luna. Abbattendo uno dei supporti per anelli più giovani, la ricerca di Rivera-Valentin ha contribuito a costruire il caso che i satelliti di Saturno hanno un'origine molto più antica.
Tornando indietro l'orologio
Dal momento che il metodo della storia crostosa dipende così tanto dalla nostra comprensione di come si è evoluto il sistema solare, Nimmo ha deciso di adottare una tattica diversa per perseguire le età della luna. I suoi studi hanno rivelato che la luna deve avere almeno alcune centinaia di milioni di anni, escludendo i modelli che la fissavano a soli 100 milioni di anni.
"Puoi in qualche modo riavvolgere l'orologio e vedere dove si trovavano in passato", ha detto Nimmo. Precedenti ricerche sull'argomento avevano messo Mimas proprio accanto a Saturno solo mezzo miliardo di anni fa, suggerendo che avrebbe potuto essere giovane. Tuttavia, quella ricerca ha ipotizzato che le lune si comportassero allo stesso modo in passato come fanno oggi.
Nimmo, d'altra parte, ha esplorato come avrebbero potuto interagire diversamente quando erano più giovani. "Anche se i satelliti si stanno muovendo abbastanza velocemente in questo momento, non si stavano allontanando così velocemente in precedenza, e quindi i satelliti possono facilmente avere 4 miliardi di anni", ha detto.
Nimmo ha svelato la dinamica di due delle oltre 60 lune per trovare ulteriori prove della loro antica formazione. A differenza del modello precedente che ha riavvolto le lune in base alle loro orbite oggi, ha spiegato come Saturno avrebbe influenzato le lune. Saturno tira le lune mentre orbitano e le lune si tirano l'una contro l'altra. Queste costanti spinte riscaldano i loro centri e il calore si sposta quindi verso la superficie.
"Ci vuole tempo perché quella temperatura si propaghi verso l'esterno, perché il calore viene condotto solo ad una certa velocità, quindi questa è una scala temporale che possiamo usare", ha detto.
Su Dione, il ghiaccio che scorre ha riempito alcuni dei bacini di impatto. Se la collisione stessa avesse sciolto il ghiaccio, i crateri si sarebbero rilassati in superficie, ha detto Nimmo. Al contrario, il calore deve provenire dai tiri vicini. Ha usato lo scioglimento come termometro per determinare che la luna ha almeno qualche centinaio di milioni di anni, anche se avrebbe potuto facilmente esistere per 4, 5 miliardi di anni. Ciò esclude i modelli che datano la luna a soli 100 milioni di anni.
In studi futuri, Nimmo spera di esaminare altre luna come Tethys, il cui movimento rapido dovrebbe aiutare a restringere il tempo attorno alla sua nascita. E sebbene la sua ricerca, che si basa sul precedente lavoro svolto da Jim Fuller presso il California Institute of Technology, fornisca alcuni vincoli alla nascita dei satelliti, il divario di età rimane ampio. "Non risolverà tutto", ha detto.
Esopianeti con anelli
Finora, l'unico esopianeta con anelli conosciuto è J1407b, un giovane mondo che mostra mostri sportivi 200 volte più grandi di quelli di Saturno e potrebbe assomigliare ai giganti gassosi del primo sistema solare.
"L'idea è che gli anelli di Saturno erano un tempo così grandi", ha detto Matt Kenworthy dell'Osservatorio di Leida, che ha guidato la squadra che ha identificato gli anelli dei mostri nel 2015. Nel corso del tempo, il gas e la polvere potrebbero aver formato lune, cadute in superficie, o stato spazzato via dal vento solare. Capire se le lune, e potenzialmente gli anelli, sono antichi può aiutare a rivelare se Saturno porta i resti di questi anelli primordiali.
Se gli anelli di Saturno sono vecchi, ciò dovrebbe significare che esistono attorno ad altri esopianeti. Allora perché finora è stato identificato un solo mondo? Secondo Kenworthy, ciò è dovuto in parte al tempo. Individuare un gigante gassoso abbastanza lontano dal suo sole per aggrapparsi agli anelli ghiacciati richiede circa 10 anni di dati, informazioni che sono state compilate solo di recente.
"Probabilmente ci siamo imbattuti in uno dei tanti che sono già presenti nei dati, ed è solo una questione di scavare tra vecchi dati", ha detto Kenworthy.
