Il mistero dell'anello F, Prometeo e Pandora

Ryuki Hyodo e Keiji Ohtsuki, astronomi Università di Kobe in Giappone, hanno dimostrato, tramite simulazioni computerizzate, che Prometeo e Pandora sono probabilmente il sottoprodotto di una collisione avvenuta lungo il bordo esterno del sistema di anelli di Saturno.

I due satelliti mantengono stabile l' anello F, il più esterno rispetto agli anelli principali, costituito da piccole particelle di ghiaccio e noduli di materiale aggregato che orbitano a circa 140 mila chilometri dal pianeta.

L'anello fu scoperto dalla sonda Pioner 11 nel 1979 e fotografato dalla Voyager 1 nel 1980 (a sinistra).
I due satelliti pastore, Prometeo e Pandora, che lo accompagnano internamente ed esternamente, contribuiscono a mantenerlo stabile ma anche a deformarlo interagendo gravitazionalmente. La maggior parte delle sue caratteristiche dinamiche sono dovute proprio a Prometeo che crea un vero e proprio scompiglio.

Ora, un nuovo studio pubblicato sulla rivista Nature Geoscience cerca di far luce sull'origine di queste lune.

Saturn's F ring and shepherd satellites a natural outcome of satellite system formation [abstract]

Saturn's F ring is a narrow ring of icy particles, located 3,400 km beyond the outer edge of the main ring system. Enigmatically, the F ring is accompanied on either side by two small satellites, Prometheus and Pandora, which are called shepherd satellites. The inner regular satellites of giant planets are thought to form by the accretion of particles from an ancient massive ring and subsequent outward migration. However, the origin of a system consisting of a narrow ring and shepherd satellites remains poorly understood. Here we present N-body numerical simulations to show that a collision of two of the small satellites that are thought to accumulate near the main ring's outer edge can produce a system similar to the F ring and its shepherd satellites. We find that if the two rubble-pile satellites have denser cores, such an impact results in only partial disruption of the satellites and the formation of a narrow ring of particles between two remnant satellites. Our simulations suggest that the seemingly unusual F ring system is a natural outcome at the final stage of the formation process of the ring-satellite system of giant planets.

L'anello F si trova in una zona particolare per il sistema di Saturno, ossia ad una distanza dal pianeta più o meno corrispondente al limite di Roche, cioè il confine tra la zona dominata dalle forze mareali di Saturno e quella esterna in cui la forza di gravità agisce liberamente e il materiale può aggregarsi formando corpi più grandi. Fu Édouard Albert Roche stesso, studiando gli anelli di Saturno nel 1850, a verificare che il limite di Roche, di poco superiore ai 2,44 raggi planetari, si posizionava leggermente al di fuori dell'anello più esterno, dentro il quale effettivamente non notavano corpi rilevanti che, d'altra parte, si sarebbero disgregati.

Quindi, ora sappiamo che Prometeo e Pandora riescono ad esistere proprio perché si trovano in fascia limite (se fossero stati più vicino a Saturno sarebbero stati distrutti dalle forze di marea): ma come sono nate queste lune? Per aggregazione del materiale all'interno dell'anello o sono frutto si una collisione che ha generato anche l'anello?

Per rispondere a questa domanda, Hyodo e Ohtsuki hanno utilizzato una simulazione N-body, creando due lune virtuali e facendole scontrare l'una con l'altra. I risultati hanno suggerito che l'anello F, apparentemente insolito, non sarebbe una stranezza una tantum ma la conseguenza naturale della fase finale di formazione dei sistemi di anelli nei pianeti giganti.
Oltre ad una giusta distanza dal pianeta, però, sono necessarie altre due condizioni: un certo angolo di collisione ed una conformazione eterogenea delle lune.

Prometeo, Pandora e l'anello F, quindi, potrebbero essere il risultato di due corpi progenitori che si sono scontrati alle porte di Saturno molto tempo fa.