Astronomia

Perché Saturno è invisibile in questa immagine radar dei suoi anelli?

Perché Saturno è invisibile in questa immagine radar dei suoi anelli?

L'immagine qui sotto proviene dall'imaging radar degli anelli di Saturno Nicholson, P. D. et al., Icarus 177 (2005) 32-62, doi:10.1016/j.icarus.2005.03.023 e discusso ulteriormente in questa risposta a In che modo Arecibo ha rilevato i laghi di metano su Titano e ha immaginato gli anelli di Saturno?

Credo di poter vedere l'"ombra" del radar di Saturno che blocca le parti più lontane dell'anello vicino alla parte superiore delle immagini, ma non riesco a vedere alcun riflesso da Saturno stesso.

Il documento affronta un possibile segnale dal pianeta stesso nella Sezione 3.2. Immagini di anelli:

Ci si potrebbe aspettare che gli echi a bassi spostamenti Doppler provengano da vicino al punto subradar sul pianeta stesso o da materiale dell'anello molto al di fuori degli anelli principali. Le nostre immagini non mostrano alcuna evidenza di eco dal punto subradar su Saturno, che apparirebbe vicino a ν = 0 e τ = -2RS/c = -402 ms.

La stessa risposta descrive anche le misurazioni radar della luna di Saturno, Titano.

Potrebbe essere possibile argomentare agitando la mano che Saturno stesso è invisibile perché è "solo gas", ma secondo l'atmosfera di Saturno dell'ESA

Il ponte di nubi visibile più in alto, fatto di nuvole di ammoniaca, si trova a circa 100 chilometri sotto la parte superiore della troposfera (tropopausa), dove la temperatura è di circa -250°C.

Il secondo strato di nubi, costituito da nubi di idrosolfuro di ammonio, si trova a circa 170 chilometri sotto la tropopausa, dove la temperatura è di -70°C.

Il ponte più basso, costituito da nuvole d'acqua, si trova a circa 130 chilometri sotto la tropopausa, dove la temperatura è di circa 0°C (punto di congelamento dell'acqua).

Quindi sto pensando che le varie nuvole di diversi colori e composizioni conterranno goccioline o particelle, piuttosto che essere solo regioni di diversa composizione di gas.

Perché allora non sembra esserci tanto ritorno radar dal pianeta quanto dagli anelli?


Il problema principale è che c'è relativamente poco materiale nell'atmosfera di Saturno che può... efficiente disperdono le onde radar, quindi il radar viene sostanzialmente assorbito.

Il punto chiave è che è tanto più difficile ottenere un segnale radar dagli oggetti molto piccoli (goccioline di aerosol o minuscole particelle di ghiaccio) che formerebbero le nuvole nell'atmosfera superiore di Saturno piuttosto che rilevare i pezzi di ghiaccio delle dimensioni di un metro negli anelli.

La figura sotto (da qui) mostra $sigma / (pi r^{2})$, che è la sezione trasversale di dispersione "effettiva" relativa alla sezione trasversale geometrica di un oggetto a dispersione, tracciata rispetto alla dimensione dell'oggetto $r$ rispetto alla lunghezza d'onda della luce $lambda$ (ad esempio, le onde radio utilizzate nei radar). Quando la dimensione dell'oggetto è all'incirca la stessa dimensione della lunghezza d'onda della luce, o maggiore, li disperde in modo efficiente: la sua sezione trasversale effettiva è all'incirca la stessa della sua sezione trasversale geometrica (ignorando altri effetti come composizione chimica, rugosità superficiale, ecc. .). A volte può anche essere parecchie volte più grande!

Ma quando gli oggetti diventano più piccoli della lunghezza d'onda, si passa al regime di diffusione di Rayleigh, in cui la diffusione dipende dalle dimensioni dell'oggetto alla sesta potenza.

Immagina una sfera di 10 cm di raggio, più o meno la stessa delle lunghezze d'onda tipiche del radar (quindi $2 pi r / lambda sim 1$). Avrà una sezione trasversale effettiva simile alla sua sezione trasversale geometrica: circa 300 cm$^2$. Ora immagina di suddividere quell'oggetto in sfere un decimo del raggio. Ciò significherebbe circa 1000 oggetti di 1 cm di raggio (in modo che il volume totale sia lo stesso), con una sezione geometrica totale di circa 3000 cm$^2$ (realisticamente un po' meno, a causa delle ombre). Ma la trama mostra che il efficace la sezione d'urto diminuisce di un fattore 1000, quindi la sezione d'urto radar totale di tutti i piccoli oggetti - e quindi l'energia retrodiffusa delle onde radar - sarebbe dieci volte più piccolo di quanto non fosse per il singolo grande oggetto dello stesso volume totale. E questo solo per una riduzione delle dimensioni di dieci; in realtà, stiamo parlando di passare da oggetti di dimensioni da centimetri a metri (l'anello) a particelle di nubi di dimensioni inferiori a mm e micron nell'atmosfera di Saturno.

Ecco perché il radar meteorologico sulla Terra può mostrartelo precipitazione (pioggia, neve, grandine) -- perché le gocce di pioggia/ecc. sono grandi (pochi mm di dimensione) e possono disperdere le onde radar con una certa efficienza, ma di solito non possono mostrartelo nuvole -- perché le gocce d'acqua che compongono le nuvole sono così piccole. (E ovviamente il radar non sarebbe altrettanto utile per i militari se fosse facilmente disperso dalle nuvole.)

Quindi, in assenza di pezzi galleggianti di ghiaccio di dimensioni centimetriche o di grandi dimensioni nell'atmosfera superiore di Saturno, non si otterrà molto di un segnale radar da Saturno stesso. La scoperta originale dei ritorni radar dagli anelli ha sorpreso le persone, perché il presupposto era che gli anelli fossero costituiti da molto piccolo (per esempio., micron-size) pezzi di ghiaccio, che non rifletterebbero in modo efficiente neanche le onde radar.


Le immagini che presenti non sono immagini letterali degli anelli di Saturno. Sono grafici "Doppler-delay": l'asse verticale rappresenta la distanza dalla Terra, mentre l'asse orizzontale rappresenta la velocità verso o lontano dalla Terra. Poiché le particelle dell'anello si muovono su percorsi circolari attorno a Saturno, questo produce un grafico ellittico.

Un'ulteriore prova che questa non è un'immagine letterale è il fatto che gli anelli non sono concentrici. L'anello B è più vicino a Saturno rispetto all'anello A (meno variazione sulla scala verticale), ma poiché è più vicino, le particelle si muovono più velocemente (più variazione sull'asse orizzontale).

L'assenza di Saturno, come notato brevemente nel documento che menzioni, è perché semplicemente non è molto luminoso. Solo una piccola parte di Saturno si muove a una data combinazione di velocità e distanza rispetto alle grandi aree degli anelli, e i gas atmosferici sono solo deboli riflettori radar dove la roccia è un forte riflettore. Secondo le figure 3 e 4 del documento, se fosse visibile, Saturno sarebbe un arco nel mezzo della trama, che si estende verticalmente da 0 fino a circa -200, e orizzontalmente da -141 a +141.


Gli scienziati sanno finalmente che ore sono su Saturno

Quanto dura un giorno su Saturno? Utilizzando i dati della sonda spaziale Cassini della NASA, gli scienziati hanno la migliore risposta finora a una domanda centrale sul pianeta.

Aggiornato il 7 febbraio: Il testo nel quinto paragrafo è stato modificato per chiarire che la nuova scoperta si basa sulla precedente scoperta che gli anelli di Saturno rispondono alle vibrazioni all'interno del pianeta.

Utilizzando i nuovi dati della sonda spaziale Cassini della NASA, i ricercatori ritengono di aver risolto un mistero di vecchia data della scienza del sistema solare: la lunghezza di un giorno su Saturno. Sono 10 ore, 33 minuti e 38 secondi.

La figura è sfuggita agli scienziati planetari per decenni, perché il gigante gassoso non ha una superficie solida con punti di riferimento da seguire mentre ruota, e ha un insolito campo magnetico che nasconde la velocità di rotazione del pianeta.

La risposta, si è scoperto, era nascosta negli anelli.

Durante le orbite di Saturno di Cassini, gli strumenti hanno esaminato gli anelli ghiacciati e rocciosi con dettagli senza precedenti. Christopher Mankovich, uno studente laureato in astronomia e astrofisica presso l'UC Santa Cruz, ha utilizzato i dati per studiare i modelli d'onda all'interno degli anelli.

Scoperte precedenti avevano determinato che gli anelli rispondono alle vibrazioni all'interno del pianeta stesso, agendo in modo simile ai sismometri utilizzati per misurare il movimento causato dai terremoti. L'interno di Saturno vibra a frequenze che causano variazioni nel suo campo gravitazionale. Gli anelli, a loro volta, rilevano quei movimenti nel campo.

"Le particelle negli anelli non possono fare a meno di sentire queste oscillazioni nel campo gravitazionale", ha detto Mankovich. "In punti specifici degli anelli queste oscillazioni catturano le particelle degli anelli proprio al momento giusto nelle loro orbite per accumulare gradualmente energia, e quell'energia viene trasportata via come un'onda osservabile".

La ricerca di Mankovich, pubblicata il 17 gennaio dall'Astrophysical Journal, descrive come ha sviluppato modelli della struttura interna di Saturno che corrispondessero alle onde degli anelli. Ciò gli ha permesso di tracciare i movimenti dell'interno del pianeta - e quindi, la sua rotazione.

La velocità di rotazione di 10:33:38 che l'analisi ha prodotto è di diversi minuti più veloce rispetto alle precedenti stime nel 1981, basate sui segnali radio della navicella spaziale Voyager della NASA.

L'analisi dei dati di Voyager, che stimava il giorno in 10:39:23, si basava su informazioni sul campo magnetico. Anche Cassini ha utilizzato i dati del campo magnetico, ma le stime precedenti andavano dalle 10:36 fino alle 10:48.

Gli scienziati spesso si affidano ai campi magnetici per misurare i tassi di rotazione dei pianeti. L'asse magnetico di Giove, come quello terrestre, non è allineato con il suo asse di rotazione. Quindi oscilla mentre il pianeta ruota, consentendo agli scienziati di misurare un segnale periodico nelle onde radio per ottenere la velocità di rotazione. Tuttavia, Saturno è diverso. Il suo campo magnetico unico è quasi perfettamente allineato con il suo asse di rotazione.

Questo è il motivo per cui la ricerca degli anelli è stata fondamentale per raggiungere la lunghezza del giorno. Gli scienziati di Saturno sono entusiasti di avere la migliore risposta finora a una domanda così centrale sul pianeta.

"I ricercatori hanno usato le onde negli anelli per sbirciare all'interno di Saturno, e ha fatto emergere questa caratteristica fondamentale del pianeta, a lungo cercata. Ed è un risultato davvero solido", ha detto la scienziata del progetto Cassini Linda Spilker. "Gli anelli contenevano la risposta."

L'idea che gli anelli di Saturno potessero essere usati per studiare la sismologia del pianeta fu suggerita per la prima volta nel 1982, molto prima che fossero possibili le necessarie osservazioni.

Il coautore Mark Marley, ora presso l'Ames Research Center della NASA nella Silicon Valley in California, ha successivamente concretizzato l'idea per il suo dottorato di ricerca. tesi nel 1990. Oltre a mostrare come si potevano fare i calcoli, predisse dove sarebbero state le firme negli anelli di Saturno. Ha anche notato che la missione Cassini, allora in fase di progettazione, sarebbe in grado di fare le osservazioni necessarie per testare l'idea.

"Due decenni dopo, negli ultimi anni della missione Cassini, gli scienziati hanno analizzato i dati della missione e hanno trovato le caratteristiche degli anelli nei punti delle previsioni di Mark", ha detto il coautore Jonathan Fortney, professore di astronomia e astrofisica presso l'UC Santa Cruz e membro di la squadra di Cassini. "Questo lavoro attuale mira a sfruttare al meglio queste osservazioni".

La missione di Cassini si è conclusa nel settembre 2017 quando, a corto di carburante, la navicella spaziale è stata deliberatamente immersa nell'atmosfera di Saturno dal team della missione, che voleva evitare di far schiantare la navicella sulle lune del pianeta.


Il telescopio spaziale della NASA scopre il più grande anello intorno a Saturno

Il telescopio spaziale Spitzer della NASA ha scoperto un enorme anello attorno a Saturno, di gran lunga il più grande dei tanti anelli del pianeta gigante.

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--> PASADENA, California -- Lo Spitzer Space Telescope della NASA ha scoperto un enorme anello attorno a Saturno, di gran lunga il più grande dei tanti anelli del pianeta gigante.

La nuova cintura si trova ai confini del sistema saturniano, con un'orbita inclinata di 27 gradi rispetto al piano principale dell'anello. La maggior parte del suo materiale inizia a circa sei milioni di chilometri (3,7 milioni di miglia) dal pianeta e si estende verso l'esterno per circa altri 12 milioni di chilometri (7,4 milioni di miglia). Una delle lune più lontane di Saturno, Febe, circonda il nuovo anello ed è probabilmente la fonte del suo materiale.

Anche l'alone più recente di Saturno è spesso: la sua altezza verticale è circa 20 volte il diametro del pianeta. Ci vorrebbe circa un miliardo di Terre accatastate insieme per riempire l'anello.

"Questo è un anello di grandi dimensioni", ha detto Anne Verbiscer, un'astronoma dell'Università della Virginia, a Charlottesville. "Se potessi vedere l'anello, si estenderebbe per la larghezza del cielo di due lune piene, una su ciascun lato di Saturno". Verbiscer Douglas Hamilton dell'Università del Maryland, College Park e Michael Skrutskie, dell'Università della Virginia, Charlottesville, sono autori di un articolo sulla scoperta che sarà pubblicato online domani dalla rivista Nature.

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-> L'anello stesso è tenue, costituito da una sottile schiera di particelle di ghiaccio e polvere. Gli occhi a infrarossi di Spitzer sono stati in grado di individuare il bagliore della polvere fredda della band. Il telescopio, lanciato nel 2003, si trova attualmente a 107 milioni di chilometri (66 milioni di miglia) dalla Terra in orbita attorno al sole.

La scoperta potrebbe aiutare a risolvere un antico enigma su una delle lune di Saturno. Giapeto ha un aspetto strano: un lato è luminoso e l'altro è molto scuro, in uno schema che ricorda il simbolo yin-yang. L'astronomo Giovanni Cassini individuò per la prima volta la luna nel 1671 e anni dopo scoprì che ha un lato oscuro, ora chiamato Cassini Regio in suo onore. Una splendida immagine di Giapeto scattata dalla sonda spaziale Cassini della NASA è online all'indirizzo http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA08384.

L'ultima aggiunta di Saturno potrebbe spiegare come è nata Cassini Regio. L'anello sta girando nella stessa direzione di Febe, mentre Giapeto, gli altri anelli e la maggior parte delle lune di Saturno stanno andando tutti nella direzione opposta. Secondo gli scienziati, parte del materiale scuro e polveroso dall'anello esterno si sposta verso l'interno verso Giapeto, sbattendo la luna ghiacciata come insetti su un parabrezza.

"Gli astronomi sospettano da tempo che ci sia una connessione tra la luna esterna di Saturno Febe e il materiale oscuro su Giapeto", ha detto Hamilton. "Questo nuovo anello fornisce prove convincenti di quella relazione".

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-> Verbiscer e i suoi colleghi hanno usato la fotocamera a infrarossi a lunghezza d'onda più lunga di Spitzer, chiamata fotometro per immagini multibanda, per scansionare un pezzo di cielo lontano da Saturno e un po' all'interno dell'orbita di Phoebe. Gli astronomi avevano la sensazione che Phoebe potesse girare intorno a una cintura di polvere sollevata dalle sue piccole collisioni con le comete, un processo simile a quello intorno alle stelle con dischi polverosi di detriti planetari. Abbastanza sicuro, quando gli scienziati hanno dato una prima occhiata ai loro dati Spitzer, è saltata fuori una banda di polvere.

L'anello sarebbe difficile da vedere con i telescopi a luce visibile. Le sue particelle sono diffuse e possono persino estendersi oltre la massa del materiale dell'anello fino a Saturno e fino allo spazio interplanetario. Il numero relativamente piccolo di particelle nell'anello non rifletterebbe molta luce visibile, specialmente su Saturno dove la luce solare è debole.

"Le particelle sono così distanti che se dovessi salire sul ring, non lo sapresti nemmeno", ha detto Verbiscer.

Spitzer è stato in grado di percepire il bagliore della polvere fredda, che è solo di circa 80 Kelvin (meno 316 gradi Fahrenheit). Gli oggetti freddi brillano di infrarossi o radiazioni termiche, ad esempio, anche una tazza di gelato risplende di luce infrarossa. "Concentrandosi sul bagliore della polvere fredda dell'anello, Spitzer lo ha reso facile da trovare", ha detto Verbiscer.

Queste osservazioni sono state fatte prima che Spitzer finisse il refrigerante a maggio e iniziasse la sua missione "calda".

Il Jet Propulsion Laboratory della NASA, Pasadena, California, gestisce la missione Spitzer Space Telescope per la direzione della missione scientifica della NASA, Washington. Le operazioni scientifiche sono condotte allo Spitzer Science Center del California Institute of Technology, sempre a Pasadena. Caltech gestisce JPL per la NASA. Il fotometro per imaging multibanda per Spitzer è stato costruito da Ball Aerospace Corporation, Boulder, Colorado, e dall'Università dell'Arizona, Tucson. Il suo ricercatore principale è George Rieke dell'Università dell'Arizona.


Cieli azzurri sorridenti su... Saturno?

L'immagine sopra di Saturno, come tante della sonda Cassini, è incredibilmente bella. Mostra la luna Mimas, che riceve molta stampa il 4 maggio di ogni anno, sullo sfondo delle cime delle nuvole di Saturno, gli anelli visti nei toni dell'abbronzatura e del grigio nella parte inferiore dell'immagine. Il disco del pianeta è striato di ombre ad anello, le linee nere della luce solare bloccata si intrecciano con le strisce blu del pianeta illuminato.

Quando ho visto questa immagine (scattata nel lontano 2004) ho pensato che fosse a infrarossi, i colori raffigurati assegnati a lunghezze d'onda invisibili, facendo sembrare il pianeta blu.

Ma archivia questo sotto Cose che ho imparato questa settimana: questa è un'immagine a colori naturali, pensata per imitare da vicino ciò che vediamo con i nostri occhi. Questo significa davvero Saturno è blu!

Beh, almeno in parte. Sono abituato a vedere Saturno giallo, sia attraverso il mio "cannocchiale" sia nelle immagini. E infatti, l'emisfero australe è giallo, ma recentemente l'emisfero settentrionale è apparso bluastro. Perché?

L'atmosfera di Saturno è principalmente idrogeno, ma ci sono altre molecole in cima alle nuvole. Questi contaminanti, se vuoi, sono ciò che fa sembrare Saturno giallastro. Ma per qualche ragione, a nord, queste nuvole si sono dissipate o sono sprofondate, lasciando dietro di sé aria limpida di idrogeno.

Le molecole di idrogeno diffondono la luce è un po' come il lancio di palle da baseball su una grande roccia fa rimbalzare le palle in tutte le direzioni. Tuttavia, la quantità di dispersione dipende dalla lunghezza d'onda (il colore) della luce. La luce blu (con una lunghezza d'onda corta) è diffusa molto più del rosso (con una lunghezza d'onda lunga circa il doppio).

Lo vediamo sulla Terra! La luce solare bianca (che è una combinazione di fotoni rossi, arancioni, gialli, verdi, blu e viola) attraversa la nostra aria e le molecole di azoto la disperdono. La luce blu colpisce una molecola di azoto e va sbandando in una nuova direzione, mentre il rosso tende a passare attraverso. L'effetto è così forte, davvero, che anche la luce verde, gialla e arancione non viene contestata. Quella luce blu si spegne in una direzione casuale, alcuni si alzano, si allontanano dalla Terra, e altri scendono a terra. Ma a qualcuno che sta a terra sembra provenire da qualcuno altro direzione che dal Sole. Ecco perché il cielo sembra blu!

Lo stesso vale per Saturno. Alcuni dei fotoni blu in arrivo vengono sparsi lateralmente, o verso il basso, ma alcuni escono nello spazio. Dal punto di vista di Cassini, molto al di sopra del pianeta, l'atmosfera sembra blu!

Allora perché anche l'emisfero australe non sembra blu? Bene, il pianeta è stato nell'estate meridionale per molto tempo, ma ora la sua orbita e inclinazione hanno portato l'estate nell'emisfero settentrionale. Forse questo è un fenomeno legato a quel cambio di stagione (come la tempesta ridicolmente gigantesca che è sbocciata nell'emisfero settentrionale di Saturno nel 2010).

Foto di NASA/JPL-Caltech/SSI

Ad ogni modo, Saturno ora si unisce alla lista dei pianeti che sfoggiano una felice tonalità blu: Terra, Urano e Nettuno. Nel caso di Urano, la sua atmosfera contiene metano, che è molto bravo ad assorbire la luce rossa. La luce del sole che penetra nella sua aria fa assorbire tutto il rosso, quindi ciò che rimane per rifletterci appare blu-verde (questo è lo stesso motivo per cui l'acqua sulla Terra appare blu).

Nettuno, però, è un blu profondo, abbastanza evidente anche attraverso un piccolo telescopio. Ha anche metano nella sua aria, ma deve anche avere una molecola ancora non identificata nella sua atmosfera che lo cambia dal verde acqua di Urano a un blu profondo e azzurro. I due pianeti hanno atmosfere molto diverse in altri modi Nettuno è tempestoso mentre Urano è calmo (o mantiene le sue tempeste discretamente nascoste sotto i suoi ponti di nuvole), per esempio. È interessante notare che Nettuno e Urano hanno entrambi circa la stessa temperatura nella parte superiore delle loro nuvole, anche se Nettuno è molto più lontano dal Sole. Deve generare più calore interno rispetto al suo pianeta gemello.

Quindi, nel nostro sistema solare, è facile essere blu. Ci sono molti modi per farlo e questi metodi sono sfruttati in vari gradi dai vari mondi. Questo mi rende felice, e non solo perché il blu è un bel colore. Mi piace perché mostra che la natura ha molti modi di mostrarsi, e ognuno è una chiave, un indizio, su come funziona. Se tutti i pianeti fossero uguali e li capissimo tutti, che Universo noioso sarebbe.

Mi piace come stanno le cose adesso: belle, colorate, misteriose e diverse. È un posto molto più interessante in cui vivere.


Gli anelli di Saturno brillano nell'ultimo ritratto di Hubble

Saturno è così bello che gli astronomi non possono resistere all'uso del telescopio spaziale Hubble per scattare istantanee annuali del mondo degli anelli quando è alla sua distanza più vicina alla Terra.

Queste immagini, tuttavia, sono più che semplici scatti di bellezza. Rivelano un pianeta con un'atmosfera turbolenta e dinamica. L'offerta Hubble di quest'anno, ad esempio, mostra che una grande tempesta visibile nell'immagine Hubble del 2018 nella regione del polo nord è svanita. Tempeste più piccole compaiono come chicchi di popcorn che scoppiano in un forno a microonde prima di scomparire altrettanto rapidamente. Anche la struttura a bande del pianeta rivela sottili cambiamenti di colore.

Ma l'ultima immagine mostra molte cose che non sono cambiate. Il misterioso motivo a sei lati, chiamato "esagono", esiste ancora sul polo nord. Causato da una corrente a getto ad alta velocità, l'esagono è stato scoperto per la prima volta nel 1981 dalla navicella spaziale Voyager 1 della NASA.

Gli anelli caratteristici di Saturno sono ancora sbalorditivi come sempre. L'immagine rivela che il sistema ad anello è inclinato verso la Terra, offrendo agli spettatori uno sguardo magnifico sulla struttura luminosa e ghiacciata. Hubble risolve numerosi riccioli e gli anelli interni più deboli.

Questa immagine rivela una chiarezza senza precedenti vista solo in precedenza nelle istantanee scattate dalla navicella spaziale della NASA in visita al pianeta lontano. Gli astronomi continueranno il loro monitoraggio annuale del pianeta per tenere traccia dei modelli meteorologici mutevoli e identificare altri cambiamenti. La seconda della serie annuale, questa immagine fa parte del progetto Outer Planets Atmospheres Legacy (OPAL). OPAL sta aiutando gli scienziati a comprendere le dinamiche atmosferiche e l'evoluzione dei pianeti giganti gassosi del nostro sistema solare.


Cassini della NASA rivela nuove sculture negli anelli di Saturno

Le immagini raccolte durante le orbite super ravvicinate di Cassini nel 2017 stanno offrendo agli scienziati nuove informazioni sul complesso funzionamento degli anelli.

Mentre il Cassini della NASA si è avvicinato a Saturno nel suo ultimo anno, la navicella ha fornito dettagli intricati sul funzionamento dei complessi anelli di Saturno, secondo una nuova analisi.

Sebbene la missione sia terminata nel 2017, la scienza continua a fluire dai dati raccolti. Un nuovo articolo pubblicato il 13 giugno su Science descrive i risultati di quattro strumenti Cassini che effettuano le loro osservazioni più ravvicinate degli anelli principali.

I risultati includono dettagli fini di caratteristiche scolpite da masse incorporate all'interno degli anelli. Trame e motivi, da grumi a paglia, emergono dalle immagini, sollevando domande sulle interazioni che le hanno modellate. Nuove mappe rivelano come cambiano i colori, la chimica e la temperatura attraverso gli anelli.

Nuove immagini degli anelli di Saturno mostrano come le trame differiscano anche nelle immediate vicinanze l'una dell'altra. L'immagine a destra è stata filtrata in modo che le nuove trame e grumi simili a paglia siano più visibili. Credito: NASA/JPL-Caltech/Istituto di scienze spaziali

Come un pianeta in costruzione all'interno di un disco di materiale protoplanetario, minuscole lune incastonate negli anelli di Saturno (chiamate dalla A alla G, in ordine di scoperta) interagiscono con le particelle che le circondano. In questo modo, il documento fornisce ulteriori prove del fatto che gli anelli sono una finestra sui processi astrofisici del disco che modellano il nostro sistema solare.

Le osservazioni approfondiscono anche la comprensione degli scienziati del complesso sistema di Saturno. Gli scienziati concludono che sul bordo esterno degli anelli principali, una serie di striature simili generate dall'impatto nell'anello F hanno la stessa lunghezza e orientamento, dimostrando che sono state probabilmente causate da uno stormo di impattatori che hanno colpito tutti l'anello allo stesso tempo. Ciò mostra che l'anello è modellato da flussi di materiale che orbitano attorno a Saturno stesso piuttosto che, ad esempio, da detriti cometari (che si muovono intorno al Sole) che si schiantano contro gli anelli.

"Questi nuovi dettagli su come le lune scolpiscono gli anelli in vari modi forniscono una finestra sulla formazione del sistema solare, dove ci sono anche dischi che si evolvono sotto l'influenza di masse incorporate al loro interno", ha detto l'autore principale e scienziato di Cassini Matt Tiscareno del SETI Istituto di Mountain View, California.

Allo stesso tempo, sono sorti nuovi enigmi e vecchi misteri si sono approfonditi con le ultime ricerche. Le immagini ravvicinate dell'anello hanno messo a fuoco tre trame distinte - grumose, lisce e striate - e hanno chiarito che queste trame si verificano in cinture con bordi netti. Ma perché? In molti luoghi le cinture non sono collegate a nessuna caratteristica dell'anello che gli scienziati hanno ancora identificato.

"Questo ci dice che l'aspetto degli anelli non è solo una funzione di quanto materiale c'è", ha detto Tiscareno. "Ci deve essere qualcosa di diverso nelle caratteristiche delle particelle, che forse influisce su ciò che accade quando due particelle dell'anello si scontrano e rimbalzano l'una sull'altra. E non sappiamo ancora cosa sia".

I dati analizzati sono stati raccolti durante le Ring Grazing Orbits (da dicembre 2016 ad aprile 2017) e il Grand Finale (da aprile a settembre 2017), quando Cassini ha volato appena sopra le cime delle nuvole di Saturno. Mentre la navicella stava esaurendo il carburante, il team della missione lo ha deliberatamente immerso nell'atmosfera del pianeta nel settembre 2017.

Il Visible and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) di Cassini ha scoperto un altro mistero. Lo spettrometro, che ha ripreso gli anelli in luce visibile e nel vicino infrarosso, ha identificato bande di ghiaccio d'acqua insolitamente deboli nella parte più esterna dell'anello A. È stata una sorpresa, perché l'area è nota per essere altamente riflettente, il che di solito è un segno di ghiaccio meno contaminato e quindi di bande di ghiaccio d'acqua più forti.

La nuova mappa spettrale fa luce anche sulla composizione degli anelli. E mentre gli scienziati sapevano già che il ghiaccio d'acqua è il componente principale, la mappa spettrale ha escluso il ghiaccio di ammoniaca rilevabile e il ghiaccio di metano come ingredienti. Ma non vede nemmeno i composti organici - una sorpresa, dato il materiale organico che Cassini ha scoperto fluire dall'anello a D nell'atmosfera di Saturno.

"Se i prodotti organici fossero presenti in grandi quantità - almeno nei principali anelli A, B e C - li vedremmo", ha detto Phil Nicholson, scienziato Cassini VIMS della Cornell University di Ithaca, New York. "Non sono ancora convinto che siano una componente importante degli anelli principali".

La ricerca segna l'inizio della prossima era della scienza Cassini, ha affermato Jeff Cuzzi dell'Ames Research Center della NASA, che studia gli anelli di Saturno dagli anni '70 ed è lo scienziato interdisciplinare per gli anelli della missione Cassini.

"Vediamo molto di più e più da vicino, e stiamo ottenendo enigmi nuovi e più interessanti", ha detto Cuzzi. "Stiamo appena entrando nella fase successiva, che sta costruendo nuovi modelli dettagliati di evoluzione degli anelli, inclusa la nuova rivelazione dai dati di Cassini che gli anelli sono molto più giovani di Saturno".

Le nuove osservazioni offrono agli scienziati una visione ancora più intima degli anelli rispetto a prima, e ogni esame rivela nuove complessità, ha affermato la scienziata del progetto Cassini Linda Spilker, con sede presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, in California.

"È come aumentare la potenza di un'altra tacca su ciò che potremmo vedere negli anelli. Tutti hanno appena avuto una visione più chiara di ciò che sta accadendo", ha detto Spilker. "Ottenere quella risoluzione in più ha risposto a molte domande, ma ne rimangono così tante allettanti".


Lune misteriose

Un'altra luna, Encelado, può contenere acqua: e gli scienziati stanno ancora cercando di scoprire di più sulla sua composizione. La missione Cassini ha osservato enormi pennacchi di ghiaccio d'acqua, contenenti alcune molecole organiche espulse dalla luna vicino al suo polo sud, e il ghiaccio è stato avvistato dappertutto. Ma da dove viene? Gli scienziati ipotizzano che sacche di liquidi o persino acqua sotterranea attraversano la luna, ma non ne sapremo di più finché non potremo inviare sonde!

E cosa sta causando il riscaldamento interno, permettendo in primo luogo all'acqua di formarsi? Insieme all'acqua ci sono azoto, anidride carbonica, metano e alcuni composti organici, tutti in stati che suggeriscono il riscaldamento! Il calore fornito dalle interazioni gravitazionali tra Encelado e Saturno non basta a spiegarlo. Gli scienziati stanno ancora esplorando il problema.

Dal riscaldamento e dalle condizioni meteorologiche ai gas nell'atmosfera, Saturno ha molte domande a cui rispondere e potrebbe essere uno studio prezioso per aiutarci a capire non solo il grande pianeta, ma anche la vita e le condizioni sulla Terra.

Questo articolo è stato scritto dal team editoriale di Things We Don's Know, con il contributo di Ed Trollope, Jon Cheyne, Cait Percy, Johanna Blee e Grace Mason-Jarrett.

Questo articolo è stato pubblicato per la prima volta il 2015-08-27 ed è stato aggiornato l'ultima volta il 2021-06-16.


Risolto un mistero vecchio di 300 anni: perché la luna Giapeto di Saturno è mezza chiara e mezza buia

Nel 1671, il famoso astronomo Giovanni Cassini stava osservando Saturno quando trovò una nuova, debole luna che orbitava attorno ad esso lungo il suo lato occidentale. Tuttavia, mentre tentava di seguirne l'orbita, trovò qualcosa di incredibilmente insolito: la luna era completamente invisibile quando avrebbe dovuto trovarsi lungo il lato orientale di Saturno. L'anno successivo, ha continuato a cercare di nuovo la luna, e di nuovo è stato in grado di osservarla sul lato occidentale di Saturno, ma non su quello orientale. Dopo oltre tre decenni di miglioramenti al telescopio, Cassini è stato finalmente in grado di trovare questa luna accesa tutti e due i lati occidentale e orientale nel 1705, ma ha scoperto che appariva più di sei volte più debole sul lato orientale.

Credito immagine: NASA/JPL-Caltech/Istituto di scienze spaziali/Cassini.

Cassini sviluppò una teoria su questa luna, ora conosciuta come Giapeto. Sosteneva che prima di tutto, Giapeto doveva essere bicolore, con un lato significativamente più chiaro e luminoso dell'altro, il lato più oscuro, e che in secondo luogo, doveva essere agganciato in rotazione a Saturno, in modo che lo stesso lato fosse sempre rivolto verso di esso. Metti questo insieme e il "bordo d'attacco" di Giapeto dovrebbe essere significativamente più debole e più scuro del bordo d'uscita. Se, cioè, Cassini aveva ragione.

Ci sono voluti più di 300 anni prima che la sonda spaziale Cassini arrivasse a Saturno e osservasse Giapeto da vicino, cosa che non è successa fino al 2007. Quando finalmente è arrivata lì, quello che ha trovato è stato a dir poco spettacolare.

Credito immagine: NASA/JPL/Istituto di scienze spaziali.

Giapeto era molto bicolore, con un emisfero un fattore di dieci-venti volte più riflessivo dell'altro. La situazione era ancora più grave di quanto lo stesso Cassini avesse mai immaginato, poiché la delimitazione tra emisferi chiari e scuri non coincide perfettamente con l'orbita di Giapeto.

Ma questo ha portato a un mistero ancora più grande: perché Giapeto sarebbe apparso così?

Credito immagine: utente di Wikipedia inglese The Singing Badger.

Giapeto, vedete, è la grande luna più esterna di Saturno, in orbita doppia rispetto a qualsiasi altra lune di Saturno. Quello che sembra essere un qualche tipo di detriti scuri che si sono raccolti sul lato anteriore - un effetto simile a "insetti sul parabrezza" - sarebbe una spiegazione terribilmente bizzarra, dal momento che è ben al di fuori degli altri principali attori nel sistema di Saturno, inclusi Gli anelli di Saturno. In effetti, nessuna delle altre lune di Saturno mostra questa caratteristica Giapeto è solo. Eppure il colpevole stava per essere catturato.

Credito immagine: NASA/JPL/Space Science Institute.

Anche al di fuori di Giapeto si trova Febe, una luna più piccola che è molto probabilmente un oggetto catturato dalla cintura di Kuiper. A differenza di tutte le altre lune di Saturno, Febe orbita nella direzione opposta, è lontano più distante e, soprattutto, è molto, molto scuro. In addition, Phoebe has been emitting a steady stream of particles for a very long time, as the Sun's radiation and minor collisions are strong enough to kick dust grains off of Phoebe's loosely-held-together surface.

Image credit: NASA/JPL-Caltech/Keck.

Thanks to infrared observatories like the Spitzer Space Telescope, we've been able to discover something incredible about Phoebe: it's created its own ring around Saturn, larger, more diffuse and far less dense than any other ring discovered so far.

The ring is so dramatically sparse -- at seven dust-sized grains per cubic kilometers -- and so huge in extent that even distant Iapetus plows through it in its orbit! Phoebe and its ring particles revolve clockwise around Saturn, but Iapetus goes counterclockwise, meaning that we fare get the "bugs on a windshield" effect.

Image credit: NASA / JPL-Caltech / Cassini Science Team.

Over time, these much darker particles accumulate on one side of Iapetus and not the other, but that's only the start of the story. If that were the full story, the "bright stuff" on Iapetus, which is ice, would simply cover over the darkened Phoebe material, and Iapetus would appear entirely white.

But the same physics that causes a black car left in the Sun to be much hotter to the touch than a white car in the same conditions is at play on Iapetus, too. When this water attempts to condense, freeze and settle onto the light regions on Iapetus, there's nothing stopping it. But when it lands on the dark regions, the heat from the surface is enough to sublimate (boil, directly from a solid phase) the ice, rendering it capable of landing stably and permanently solo on the size that isn't covered in Phoebe's debris.

Image credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute/Lunar and Planetary Institute.

Il risultato? A two-toned, Yin-Yang world unlike any other in the Solar System. After more than 300 years, this is one puzzle of the Solar System that's finally solved. The most unusual looking moon has a dark side, all thanks to a failed comet that was captured by Saturn long ago. Over hundreds of millions of years (or more), its debris built up on this lonely, outer moon, changing its color and how it absorbs sunlight. With no ice able to remain on that side, it was destined for darkness, and the rest is history!


Why is Saturn invisible in this radar image of its rings? - Astronomia

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Saturn's Beautiful and Puzzling Rings
Even with a small telescope, you can easily see Saturn and it's rings. With a medium to large sized scope, you can see that rings are not just one ring, but there is at least one division in them.
When the Pioneer and Voyager missions visited the ringed planet, we found out that the rings are a complex system of many individual rings, each made up of countless pieces of ice and rock.

Saturn's Rings

Image courtesy of: Voyager mission The Ring Divisions

Image courtesy of: Voyager mission The Rings Disappear!

Image courtesy of: Hubble Space Telescope Saturn's Braided Ring

Image courtesy of: Voyager Mission

Exploring the Saturnian System

The Saturnian system has been explored by only four spacecraft. The first was Pioneer 11, which flew past the ringed planet in 1979. It flew close to the planet's cloud layers and sent back a low resolution images of Saturn and a few of its moons. Unfortunately, the images were too low resolution to make out any surface features. However, the spacecraft did discover Saturn's faint F-ring and revealed that the gaps between some of the planet's rings are not completely empty but are filled with fine material.

In November of 1980, the Saturnian system was visited by the Voyager 1 spacecraft. Nine months later, in August of 1982, Voyager 2 entered the Saturnian system. The two Voyager spacecraft were able to send back much higher resolution images of Saturn and its rings. They also gave us our first close-up views of many of Saturn's moons. Five new moons were discovered on these missions, and Saturn's rings were revealed to be composed of thousands of smaller rings. While Voyager 2 would continue on to Uranus, this was the final stop for Voyager 1.

In July of 2004, the Cassini-Huygens spacecraft entered the Saturnian system for the first extended survey. Cassini spent six years studying and photographing Saturn and its many moons. A special landing probe names Huygens was dropped into the atmosphere of Saturn's largest moon, Titan, where it showed us the first images from the surface of an alien moon. The Cassini spacecraft later confirmed the existence of liquid methane lakes on the Titan. Throughout its six year mission in the Saturnian system, Cassini discovered four news moons and revealed the presence of liquid water geysers on Saturn's moon, Enceladus. Thousands of high resolution images were captured of Saturn and its moons, giving us our best views yet of the Saturnian system.

The next mission to study the Saturnian system will likely be the Titan Saturn System Mission or TSSM. This will be a joint venture between NASA and the European Space Agency. TSSM is expected to study Saturn and its moons in depth when it is finally launched. So far, no launch date has been set.


Guarda il video: A Szaturnusz gyűrűi - Mit kell tudni róla - (Dicembre 2021).