Nuovo studio pone un'età definitiva agli anelli di Saturno: sono davvero giovani.

12 maggio 2023

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presso l'Università del Colorado a Boulder

Uno studio condotto dal fisico Sascha Kempf dell'Università del Colorado a Boulder ha fornito la prova più solida fino ad oggi che gli anelli di Saturno sono sorprendentemente giovani - potenzialmente rispondendo a una domanda che ha confuso i ricercatori per oltre un secolo. 

La ricerca, pubblicata il 12 maggio sulla rivista Science Advances, colloca l'età degli anelli di Saturno a non più di 400 milioni di anni. Ciò rende gli anelli molto più giovani di Saturno stesso, che ha circa 4,5 miliardi di anni.

"In un certo senso, abbiamo ottenuto una chiusura su una domanda che è cominciata con James Clerk Maxwell", ha detto Kempf, professore associato nella Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) a CU Boulder.

I ricercatori sono arrivati a questa conclusione studiando ciò che potrebbe sembrare un soggetto insolito: la polvere.

Kempf ha spiegato che minuscoli grani di materiale roccioso attraversano costantemente il sistema solare della Terra. In alcuni casi, questo flusso può lasciare un sottile strato di polvere sui corpi planetari, compresi i ghiacci che costituiscono gli anelli di Saturno.

Nuovo studio, lui ei suoi colleghi hanno deciso di datare gli anelli di Saturno studiando quanto rapidamente questo strato di polvere si accumula, un po 'come dire quanto è vecchia una casa passando il dito lungo le sue superfici.

"Pensa agli anelli come al tappeto della tua casa", ha detto Kempf. "Se hai un tappeto pulito steso, devi solo aspettare. La polvere si deposita sul tuo tappeto. Lo stesso vale per gli anelli".

E' stato un processo arduo: dal 2004 al 2017, il team ha utilizzato uno strumento chiamato Cosmic Dust Analyzer a bordo del defunto Cassini della NASA per analizzare granelli di polvere che volano intorno a Saturno. Durante quei 13 anni, i ricercatori hanno raccolto solo 163 granelli che provenivano dall'al di là del vicinato della pianeta. Ma è stato sufficiente. Sulla base dei loro calcoli, gli anelli di Saturno hanno probabilmente raccolto polvere solo per qualche centinaio di milioni di anni.

Gli anelli del pianeta, in altre parole, sono dei fenomeni nuovi, che sorgono (e potenzialmente anche scompaiono) in quello che corrisponde a un battito di ciglia in termini cosmici.

"Sappiamo approssimativamente quanto sono vecchi gli anelli, ma non risolvono nessuno dei nostri altri problemi", ha detto Kempf. "Non sappiamo ancora come si sono formati questi anelli".

Da più di 400 anni i ricercatori sono affascinati da questi anelli apparenza traslucida. Nel 1610, il astronomo italiano Galileo Galilei osservò per la prima volta queste caratteristiche attraverso un telescopio, sebbene non sapesse di cosa si trattasse. (I disegni originali di Galileo rendono gli anelli simili ai manici di una brocca d'acqua). Nel XIX secolo, Maxwell, uno scienziato scozzese, concluse che gli anelli di Saturno non potevano essere solidi ma erano, invece, composti da molte parti individuali.

Oggi, i ricercatori sanno che Saturno ha sette anelli composti da innumerevoli pezzi di ghiaccio, la maggior parte dei quali non più grandi di un masso sulla Terra. Insieme, questo ghiaccio pesa circa la metà della luna di Saturno, Mimas, e si estende per quasi 175.000 miglia dalla superficie del pianeta.

Kempf ha aggiunto che per gran parte del XX secolo gli scienziati presupponevano che gli anelli si fossero formati verosimilmente allo stesso tempo di Saturno.

Ma quella idea ha sollevato alcune questioni - in particolare, gli anelli di Saturno sono pulitissimi. Le osservazioni suggeriscono che queste caratteristiche sono composte dal 98% circa di ghiaccio d'acqua puro in volume, con solo una piccola quantità di materiale roccioso.

"È quasi impossibile ottenere qualcosa di così pulito", ha detto Kempf.

Cassini ha offerto l'opportunità di porre un'età definitiva agli anelli di Saturno. La sonda è arrivata per la prima volta a Saturno nel 2004 e ha raccolto dati fino a quando non si è schiantata volontariamente nell'atmosfera del pianeta nel 2017. Il Cosmic Dust Analyzer, che assomigliava un po' a un secchio, ha raccolto piccole particelle mentre sfrecciavano.

Gli ingegneri e gli scienziati a LASP hanno progettato e costruito un analizzatore di polvere molto più sofisticato per la missione Europa Clipper della NASA prevista per il lancio nel 2024.

Il team ha stimato che questa polvere interplanetaria contribuirebbe molto meno di un grammo di polvere per ogni piede quadrato degli anelli di Saturno ogni anno - un leggero spruzzo, ma sufficiente per accumularsi nel tempo. Studi precedenti avevano suggerito che gli anelli potessero essere giovani, ma non comprendevano misure definitive di accumulo di polvere.

The rings might already be vanishing. In a previous study, NASA scientists reported that the ice is slowly raining down onto the planet and could disappear entirely in another 100 million years.

That these ephemeral features existed at a time when Galileo and the Cassini spacecraft could observe them seems almost too good to be true, Kempf said—and it begs an explanation for how the rings formed in the first place. Some scientists, for example, have posited that Saturn's rings may have formed when the planet's gravity tore apart one of its moons.

'If the rings are short lived and dynamical, why are we seeing them now?' he said. 'It's too much luck.'

Journal information: Science Advances

Provided by University of Colorado at Boulder