Source: saturn.jpl.nasa.gov
Un recente studio fornisce il primo dettagliato modello qualitativo che riproduce la maggior parte degli strani fenomeni periodici osservati nella bolla magnetica di Saturno.
La causa potenziale di quest'andamento potrebbe essere ricercata negli alti strati dell'atmosfera del pianeta.
Il comportamento varia notevolmente tra il polo sud e il polo nord: risolvere questo mistero è stato uno degli obiettivi principali della missione Cassini Solstice.
Un team di ricercatori della missione Cassini, guidati da Xianzhe Jia dell'Università del Michigan, ha messo a punto delle simulazioni che, con grande successo, rappresentano queste firme periodiche. I nuovi modelli prevedono vortici nell'alta atmosfera di Saturno o ionosfera (lo strato alto dell'atmosfera in cui la potente azione del vento solare dissocia le particelle atmosferiche in ioni ed elettroni liberi)
Lo studio di questi passaggi permette una comprensione del funzionamento dell'atmosfera di Saturno e di come il pianeta si differenzi da altri giganti gassosi, anche all'interno del nostro stesso Sistema Solare.
Le bolle magnetiche intorno a Giove e Saturno emettono entrambe forti emissioni radio, generate dalle correnti elettriche che scorrono tra la magnetosfera del pianeta e la ionosfera.
Su Giove, i pattern di movimento dei sistemi nuvolosi dipendono dalla rotazione del pianeta e dalla velocità del vento atmosferico, che varia a seconda delle latitudini. Ma con questi dati, gli scienziati non possono misurare la lunghezza del giorno.
Nel 1955, Bernard Burke e Kenneth Franklin, del Carnegie Institute in Washington D.C., rilevarono in 17 delle 33 registrazioni di prova realizzate mediante il nuovo dipolo Mills Cross Array disturbi alla frequenza di 22.2 MHz.
Fu così accidentalmente scoperto che l'intensità della radiazione proveniente dal pianeta variava nel tempo (onde elettromagnetiche decametriche, cioè onde radio con lunghezza d’onda di qualche metro), sempre più forte e quindi più debole approssimativamente ogni 10 ore. Gli scienziati hanno, quindi, capito che potevano usare la radiazione in radiofrequenza prodotta da Giove per misurare il tasso di rotazione del pianeta per la prima volta.
Saturno inizialmente, sembrava avere un comportamento simile: l'intensità della radiazione SKR di Saturno (Saturn Kilometric Radiation, con lunghezza d'onda misurata in chilometri) è stata vista variare con un periodo di circa 11 ore, quindi si è ipotizzato che questa era la velocità di rotazione del pianeta. Di conseguenza, SKR è stato adottato dall'Astronomical Union come periodo di rotazione di Saturno e la fase di rotazione è stata presa per rappresentare la longitudine planetaria.
Tuttavia le misurazioni di Cassini, in orbita intorno al pianeta dal 2004, hanno dimostrato che le firme periodiche dei campi magnetici di Giove e Saturno, devono essere guidate da fattori diversi.
Su Giove, la maggior parte dei fenomeni sono dovuti essenzialmente all'inclinazione di circa 10 gradi del suo campo magnetico, rispetto all'asse di rotazione del pianeta. Questa mancata corrispondenza significa che quando Giove ruota, i suoi poli magnetici nord e sud, spazzolano lo spazio un po' come il fascio di luce di un faro sul mare, provocando la firma periodica osservata.
Le linee del campo magnetico di Saturno sono, invece, quasi corrispondenti con l'asse di rotazione, con meno di 0,1 gradi di differenza tra il polo magnetico di Saturno e l'asse di rotazione del pianeta. In questo caso, è come se la luce del faro puntasse dritta verso il cielo. Perché allora vediamo un comportameto periodico nella magnetosfera di Saturno?
Mentre il campo magnetico generato da Saturno è molto simmetrico rispetto al suo asse di rotazione, gli strumenti della Cassini hanno rilevato curiose firme periodiche onnipresenti in tutta la magnetosfera del pianeta.
Le firme sono state rilevate nel campo magnetico, nelle proprietà del plasma, nelle onde del plasma, nelle emissioni radio aurorali e ultraviolette, ogni volta che il pianeta completa una rotazione.
Cassini ha anche scoperto che la potenza SKR varia nel tempo, cambiando dell'1% l'anno.
Anche se questo dato sembra piccolo, non lo è per un corpo massiccio come Saturno.
Ancora più intrigante è la differente periodicità tra nord e sud che sembra variare con le stagioni.
Nel primo modello, Jia ha trasferito la principale fonte dei cambiamenti all'interno del pianeta e nell'alta atmosfera.
Il flusso nella ionosfera spinge le correnti nella magnetosfera lungo le linee del campo magnetico. La rotazione di una regione di flusso perturbato attorno all'asse di rotazione impone una periodicità nella magnetosfera.
Jia ha poi creato un secondo modello perché i fenomeni risultavano più complessi di quanto inizialmente valutato.
Sulla base della rilevazione di due periodi distinti in una serie di osservazioni della Cassini, un lungo periodo originato dall'emisfero sud e uno breve dal nord, i ricercatori hanno migliorato la simulazione con l'aggiunta di un secondo vortice alle alte latitudini nell'emisfero settentrionale.
Questi modelli di vortici nella ionosfera sono i primi dettagliati a livello quantitativo che riproducono la maggior parte delle caratteristiche periodiche osservate nella magnetosfera, come:le firme periodiche del campo magnetico, i flussi elettrici su larga scala, la densità periodica, il "respiro" ai confini della magnetosfera di Saturno e la firma periodica osservata nella coda estesa della magnetosfera, spenta dal vento solare.
Altri scienziati, hanno messo a punto modelli che suggeriscono che, alcuni processi esterni al pianeta, siano legati alla produzione di plasma da parte di Encelado, in grado di spiegare le strane firme periodiche del campo magnetico di Saturno, le emissione radio e altri parametri della magnetosfera.
La Cassini continuerà a viaggiare nel sistema di Saturno e quindi agli scienziati non mancherà la possibilità di approfondire le teorie.
La missione originale nata dalla collaborazione NASA, ESA e ASI, sarebbe dovuta terminare nel 2008 ma fu successivamente estesa fino a settembre 2010 con il nome Cassini Equinox. I budget successivi assegnati al programma, hanno permesso un ulteriore prolungamento fino al 2017, con la fase Cassini Solstice, per consentire lo studio dei cambiamenti climatici stagionali su lungo periodo, sia per di Saturno che delle sue lune. Il 15 settembre 2017 la sonda entrerà nell'atmosfera del gigante gassoso e verrà schiacciata e vaporizzata, con un gran finale.
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