Un nuovo periodo di rotazione per Saturno

Un nuovo metodo messo a punto dal Dr. Ravit Helled dell'Università di Tel Aviv propone un calcolo aggiornato per il periodo di rotazione di Saturno che permette anche una migliore comprensione della sua struttura interna e delle condizioni meteorologiche.
Secondo il nuovo studio, pubblicato sulla rivista Nature, il giorno saturniano dura 10 ore, 32 minuti e 45 secondi (± 46 secondi).

I risultato sono stati confermati applicando lo stesso metodo al calcolo del periodo di rotazione di Giove, che a differenza di quello di Saturno, è ben noto.

Saturn's fast spin determined from its gravitational field and oblateness [abstract]

The alignment of Saturn's magnetic pole with its rotation axis precludes the use of magnetic field measurements to determine its rotation period. The period was previously determined from radio measurements by the Voyager spacecraft to be 10 h 39 min 22.4 s. When the Cassini spacecraft measured a period of 10 h 47 min 6 s, which was additionally found to change between sequential measurements, it became clear that the radio period could not be used to determine the bulk planetary rotation period. Estimates based upon Saturn's measured wind fields have increased the uncertainty even more, giving numbers smaller than the Voyager rotation period, and at present Saturn's rotation period is thought to be between 10 h 32 min and 10 h 47 min, which is unsatisfactory for such a fundamental property. Here we report a period of 10 h 32 min 45 s ± 46 s, based upon an optimization approach using Saturn's measured gravitational field and limits on the observed shape and possible internal density profiles. Moreover, even when solely using the constraints from its gravitational field, the rotation period can be inferred with a precision of several minutes. To validate our method, we applied the same procedure to Jupiter and correctly recovered its well-known rotation period.

Misurare la velocità di rotazione dei pianeti rocciosi, come la Terra e Marte, è un'operazione relativamente semplice, in fondo basta prendere come riferimento una caratteristica di superficie e calcolare il tempo che essa impiega per tornare nella medesima posizione. Ma i giganti gassosi come Giove e Saturno, sono più problematici, soprattutto quest'ultimo che ha zone in rotazione a velocità diverse.

Per anni gli scienziati hanno avuto difficoltà a trovare la durata esatta del giorno saturniano.
"Negli ultimi due decenni, è stato accettato che periodo di rotazione standard di Saturno quello misurato dalla Voyager 2 nel 1980: 10 ore e 39 minuti e 22,4 secondi", ha detto il dottor Helled. "Ma quando la sonda Cassini è arrivata in orbita 30 anni dopo, il periodo di rotazione è stato misurato 8 minuti più lungo [10 ore 47 minuti 6 secondi]. Allora era chiaro che il periodo di rotazione di Saturno non poteva essere dedotto dalle fluttuazioni delle emissioni radio legate al suo campo magnetico".

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.
Nel 1955, Bernard Burke e Kenneth Franklin, del Carnegie Institute in Washington D.C. rilevarono, in 17 delle 33 registrazioni di prova focalizzate su Giove e 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, quindi, capirono di poter 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) variava con un periodo di circa 11 ore, facendo ipotizzare che tale valore corrispondesse alla velocità di rotazione del pianeta. Di conseguenza, SKR fu stato adottato dall'Astronomical Union come periodo di rotazione di Saturno.
Tuttavia le misurazioni della Cassini, in orbita intorno al pianeta dal 2004, dimostrarono che le firme periodiche dei campi magnetici di Giove e Saturno, sono guidate da fattori diversi. Inoltre, il lavoro della Cassini ha anche dimostrato che la potenza SKR varia nel tempo, cambiando dell'1% l'anno, una variazione che può sembrare poco significativa ma che non lo è per un corpo massiccio come Saturno. Inoltre, c'è una differente periodicità tra nord e sud, legata alle stagioni. Tutte informazioni che alla fine non hanno fatto altro che aumentare le incertezze, portando a stime diverse.

Il metodo di Helled si basa, invece, su un' ottimizzazione statistica basata su diverse soluzioni, ognuna delle quali considera le caratteristiche di Saturno, tenendo conto anche di tutte le incertezze. Il risultato finale è il dato verso cui tutte le soluzioni convergono.

Conoscere l'esatto periodo di rotazione del pianeta è di fondamentale importanza per una migliore comprensione della sua struttura e composizione.
"Non possiamo comprendere appieno la struttura interna di Saturno senza una determinazione accurata del suo periodo di rotazione", ha spiegato Helled. A sua volta, "la conoscenza della composizione di Saturno fornisce informazioni sulla formazione dei giganti gassosi in generale e sulle proprietà fisiche e chimiche della nebulosa da cui è nato il Sistema Solare".

"Il periodo di rotazione di un pianeta gigante è una proprietà fisica fondamentale e il suo valore influisce su molti aspetti della fisica di questi corpi, compresa la loro struttura interna e la dinamica atmosferica," ha detto ancora Helled.

Ora, i ricercatori sperano di applicare il loro metodo per altri pianeti gassosi del Sistema Solare, come Urano e Nettuno ed in futuro, anche per studiare i pianeti gassosi in orbita attorno ad altre stelle.

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