Chrysalis, la luna perduta che ha dato a Saturno i suoi anelli

 

Clamorosa nuova ipotesi sugli anelli: sono il residuo di un satellite fatto a pezzi dalla gravità del pianeta 160 milioni di anni fa. Gli scienziati lo hanno battezzato Crisalide, perché la sua trasformazione ha cambiato l’aspetto di Saturno.

 

Gli anelli sembrano essere comuni intorno ai pianeti del sistema solare, ma gli anelli di Saturno hanno a lungo sconcertato gli astronomi, così come la ripida inclinazione degli anelli e l’asse di rotazione del pianeta rispetto alla sua orbita attorno al sole.

Gli scienziati ora mostrano che gli anelli e l’inclinazione sono intimamente collegati e che la chiave è un’ex luna di Saturno che è stata fatta a pezzi circa 160 milioni di anni fa per formare gli anelli.

I ricercatori hanno soprannominato la luna perduta Chrysalis perché è sbocciata negli anelli proprio come una crisalide si trasforma in una farfalla.

La nuova proposta su come Saturno è diventato “Il Signore degli Anelli” nel nostro sistema solare e su come Saturno ha ottenuto la sua inclinazione assiale sarà pubblicata questa settimana sulla rivista Science. L’autore principale è Jack Wisdom, professore di scienze planetarie presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT), con contributi chiave di Burkhard Militzer presso l’Università della California, Berkeley.

Militzer, professore di scienze della terra e planetarie alla UC Berkeley, faceva parte di un team che nel 2019 ha concluso che gli anelli di Saturno sono relativamente recenti, essendosi formati solo 100 milioni di anni fa e forse anche più recentemente.

Il pianeta stesso è vecchio quanto il sistema solare, circa 4,5 miliardi di anni. Gli anelli potrebbero essere detriti lasciati dalla distruzione di marea di una ex luna ghiacciata di Saturno o i resti di una cometa che si è allontanata troppo vicino al pianeta.

La nuova teoria propone che gli anelli provengano da una luna precedente e fornisce una stima di quanto fosse massiccia quella luna – circa le dimensioni di Giapeto, la terza luna più grande di Saturno – e perché la luna si sia avvicinata così tanto al pianeta da essere stata fatta a pezzi.

I ricercatori concludono che circa il 99% di Chrysalis è finito inghiottito dal pianeta gigante gassoso, mentre il resto ha formato gli anelli.

“L’inclinazione è troppo grande per essere il risultato di processi di formazione noti in un disco protoplanetario o da collisioni successive e grandi”, ha detto Wisdom. “Sono state offerte una varietà di spiegazioni, ma nessuna è totalmente convincente. La cosa bella è che la giovane età degli anelli precedentemente inspiegabile è naturalmente spiegata nel nostro scenario”.

Gli astronomi hanno sospettato in precedenza che l’inclinazione assiale di Saturno provenga da interazioni gravitazionali con il suo compagno più esterno, Nettuno, perché l’inclinazione di Saturno precede, come una trottola, quasi alla stessa velocità della precessione dell’orbita di Nettuno. Tale interazione è chiamata risonanza.

Nel nuovo studio, i ricercatori concludono che, per miliardi di anni, Nettuno e Saturno sono stati in una danza risonante che ha causato l’inclinazione dell’asse di rotazione di Saturno.

Ma 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 cadere fuori risonanza. Il risultato? Una serie luminosa e bella di anelli che abbelliscono il pianeta oggi.

Come la maggior parte dei pianeti, Saturno probabilmente si è formato con il suo asse di rotazione perpendicolare al suo piano orbitale. La rapida rotazione del pianeta ha leggermente appiattito la sua forma, consentendo al sole e ad altri pianeti di esercitare una coppia che ha inclinato l’asse.

Le 83 lune conosciute di Saturno – in particolare Titano – hanno fornito altre leve per tirare l’asse. Nel corso della storia del sistema solare, tali rimorchiatori non solo hanno inclinato l’asse di Saturno, ma hanno causato l’oscillazione dell’asse, o precessione. Anche l’asse di rotazione terrestre precede.

Una spiegazione per la grande inclinazione dell’asse di rotazione di Saturno oggi – attualmente 26,7 gradi contro i 23,5 gradi della Terra – è che la precessione è bloccata in una risonanza con la precessione dell’orbita di Nettuno, un pianeta della metà delle sue dimensioni e più di tre volte più lontano dal sole di Saturno. Questa risonanza avrebbe trasformato una leggera inclinazione dell’asse di rotazione di Saturno in una grande inclinazione.

Diversi anni fa, uno studio ha concluso che i due pianeti sono ancora bloccati in risonanza, ma Wisdom ha trovato difficile confermare quel risultato, principalmente perché il momento angolare di Saturno non era noto con precisione.

Più alto è il momento angolare – un prodotto della velocità di rotazione di un pianeta e del suo momento di inerzia, cioè la distribuzione della massa all’interno del pianeta – più un sistema è resistente alle coppie del sole o di altri pianeti.

Grazie alle misurazioni del campo gravitazionale di Saturno effettuate dalla missione Cassini nel 2017 – le stesse misurazioni che hanno permesso a Militzer e ai suoi colleghi di stimare la massa degli anelli e la loro età – Militzer e co-autori sono stati in grado di fornire una determinazione più precisa del momento di inerzia del pianeta e di calcolare il momento angolare.

Sorprendentemente, si è rivelato essere solo un po ‘troppo piccolo per i due pianeti per essere in risonanza oggi. Ma i calcoli hanno mostrato che Saturno sarebbe stato in risonanza se una volta avesse avuto una luna aggiuntiva.

Quindi, come ha fatto Saturno a uscire dalla sua risonanza multimiliardaria con Nettuno? Nelle simulazioni al computer, Wisdom e i suoi colleghi hanno testato vari scenari. Il più probabile, hanno scoperto, è che la luna di Saturno Titano – che attualmente sta migrando rapidamente verso l’esterno dal pianeta a circa 11 centimetri all’anno – ad un certo punto abbia avuto risonanza con l’orbita di un’altra luna, Chrysalis, destabilizzando la sua orbita.

Chrysalis alla fine si avvicinò così tanto a Saturno che la gravità del pianeta lo fece a pezzi, con una parte di esso che si depositò in un anello. La migrazione verso l’esterno di Titano è stata scoperta solo di recente, ha detto Militzer.

“La rapida migrazione di Titano dà una nuova possibilità per spiegare l’inclinazione di Saturno”, ha detto. “La formula per la velocità 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 alla risonanza”.

I ricercatori sperano che misurazioni più precise dei moti di Nettuno e di Saturno e delle sue lune confermeranno la loro ipotesi.

“È una storia abbastanza buona, ma come qualsiasi altro risultato, dovrà essere esaminata da altri”, ha detto Wisdom.

Immagine:  B. Militzer e NASA