LA SONDA CASSINI- HUYGENS HA RAGGIUNTO SATURNO, IL SIGNORE DEGLI ANELLI

In questa pagina troverete informazioni di carattere generale, e dettagliate, insieme coi rimandi alle pagine ufficiali relative, sulla missione, gli scopi, gli strumenti, le osservazioni scientifiche che verranno condotte su Saturno, i suoi anelli e satelliti.

La sonda Cassini-Huygens, una missione congiunta tra la NASA ESA e l’ ASI (Agenzia Spaziale Italiana), ha portato a termine una parte fondamentale della sua missione: è riuscita ad entrare nell'orbita del pianeta Saturno, dopo averne attraversato gli anelli che lo circondano. Alla NASA si è esultato per il traguardo raggiunto ed ora si rimane in attesa delle altre informazioni che la sonda invierà sulla Terra. Mentre la sonda stava entrando nell'orbita del grande pianeta, ha potuto inviare delle immagini stupefacenti di Saturno e dei suoi anelli, le prime catturate ad una distanza così breve. Per raggiungere Saturno la sonda ha percorso tre miliardi e mezzo di chilometri, per la bellezza di sette anni di viaggio. Trascorrerà almeno i prossimi 4 anni studiando il pianeta, i suoi anelli e alcune delle sue 31 lune conosciute. Molto di questo tempo sarà dedicato a Titano, una delle lune più grandi e affascinanti, con un'atmosfera e composizione che somiglia a una Terra primordiale, il che lo rende particolarmente interessante nell'ambito degli studi sull'origine della vita e sulla sua presenza nel cosmo. Titano verrà studiato dettagliatamente a partire dal giorno di Natale del 2004 quando la capsula Huygens si staccherà da Cassini per calare su Titano, dopo tre settimane, con un paracadute.

Ecco le spettacolari immagini di Saturno!

Il signore degli anelli. Saturno, il sesto pianeta del Sistema Solare e il secondo per dimensioni dopo Giove, con il sistema di anelli, è sicuramente il pianeta più spettacolare del Sistema Solare. La sua temperatura minima superficiale è di -191 gradi centigradi e il suo raggio equatoriale è di circa 60.000 km. Il pianeta è addirittura meno denso dell'acqua (galleggerebbe se fosse messo in una vasca d'acqua sufficientemente grande e piena!). I suoi anelli hanno un diametro di 270 000 Km (più di venti volte del diametro della Terra) e sono sottilissimi, con uno spessore massimo di 10 km. Sono costituiti da minutissimi frammenti di ghiaccio e rocce di dimensioni da pochi centimetri a qualche metro. Saturno ruota su sé stesso in poco più di 10 ore e, presenta un'atmosfera dalla complessa struttura a bande, caratterizzata da forti venti (la loro velocità arriva anche a 1800km/h!). Come gli altri giganti gassosi, Giove, Urano e Nettuno, non ha una superficie solida ma è composto prevalentemente di idrogeno ed elio che a grandi profondità diventano liquidi per le enormi pressioni cui sono sottoposti. Gli anelli di Saturno, dal più interno al più esterno, sono convenzionalmente chiamati D, C, B, A, F, G; in ogni foto di Saturno si distingue l'anello A (quello che sembra essere il più esterno) e il gruppo B,C,D; gli anelli più esterni F e G sono piccolissimi e assai distanti tra loro. Nella foto si vedono gli anelli D (grigio, il più interno), C e B (chiari, B quasi il triplo di C), uno spazio vuoto scuro detta "divisione di Cassini" , l’anello A (grigio), una divisione scura nella parte più esterna dell’anello A chiamata “ lacuna di Encke” ; non si scorge l’anello F perché troppo sottile.
Colori naturali. Prima foto degli anelli di Saturno a colori naturali spedite dalla sonda Cassini. L'immagine venne ripresa il 21 giugno scorso, poco prima dell'ingresso in orbita, a una distanza di 4 milioni di chilometri dal pianeta. Composti prevalentemente da ghiaccio, se fossero puri, gli anelli di Saturno dovrebbero essere di colore bianco. Le diverse colorazioni dimostrano invece la presenza di altri materiali frammisti all'acqua gelata. Un mix impuro che dà alla superficie un colore rosa e grigio con delle striature marroni.
	Neve fangosa negli anelli. Questa immagine in falsi colori è ricostruita a partire dagli spettri ultravioletti. Il colore codifica la natura degli anelli. Il rosso, a sinistra mostra il confine tra la Divisione di Cassini (che non è vuota ma contiene polveri molto sottili) e la parte interna dell’anello A: qui il ghiaccio è contaminato da grani rocciosi sparsi, come la neve fangosa, sporca che riveste le strade di montagna. Invece la regione turchese segnala la presenza di acqua ghiacciata pulita distribuita più densamente ed è presente anche ammoniaca congelata. Il sottile anello rosso più esterno è la Lacuna di Encke che spezza in due l’anello A. Queste scoperte conducono all’ipotesi che il materiale che costituisce gli anelli proviene da un corpo celeste oltre l’orbita di Plutone che è stato catturato dal campo gravitazionale di Saturno e frantumato dalle gigantesche forze di marea del pianeta.

	La “scia” del satellite. L’immagine mostra la Lacuna di Encke dove al suo interno orbita un satellite il cui percorso è disegnato dal sottile anello bianco di particelle ghiacciate che ne disegna la “scia”.
Satelliti tra gli anelli. L’anello A e, nella sua parte più esterna, la Lacuna di Encke, il sottile anellino scuro la cui struttura viene controllata da un minuscolo satellite che orbita al suo interno, del diametro di appena venti chilometri, visibile nell’immagine come un puntino bianco. Il sottilissimo anello luminoso sulla destra è l’anello F, il più esterno degli anelli di Saturno. Il puntino luminoso visibile in alto tra l’anello A e l’anello F è il satellite Atlas che, con la sua azione gravitazionale, delimita l’anello A verso l’esterno.
	Onde di ghiaccio. La separazione regolarmente decrescente di questi anelli è il risultato dell’interazione gravitazionale della materia ghiacciata che li costituiscono con i satelliti di Saturno che transitano nelle loro vicinanze. A ogni passaggio di un satellite il materiale degli anelli si addensa secondo “onde di densità”, come avviene nel mare.
Anello attorcigliato. L’immagine mostra la struttura “avvoltolata” dell’anello F dovuta all’interazione gravitazionale tra le particelle che lo costituiscono e due satelliti che orbitano nelle sue vicinanze, non visibili nella foto.

Reperto archeologico. Venti giorni prima dell’ingresso nell’orbita di Saturno, la navicella Cassini-Huygens ha sfiorato il suo satellite Phoebe del diametro di circa 200 Km. E’ importante studiare le caratteristiche di questo satellite perché reca testimonianza diretta della composizione del disco protoplanetario dal quale nacque, 5 miliardi di anni fa, il Sistema Solare. Questo prezioso “reperto archeologico” ha una superficie martoriata da crateri dovuti a impatti violentissimi di asteroidi. La sua densità media, che è risultata di 1.6 g/cm^3 molto minore di quella di un corpo roccioso, indica la presenza nel sottosuolo di grandi quantità di ghiaccio. La presenza di ghiaccio nel sottosuolo è dimostrata dalla colorazione chiara delle raggiere dei crateri più recenti, ghiacci che sono stati scavati e portati in vista dagli impatti.

Una conchiglia cosmica. Un dettaglio della superficie di Phoebe. Il cratere al centro, a forma di conchiglia, esibisce materiale chiaro, probabilmente ghiaccio, sui bastioni interni. Il cratere è sormontato da uno straterello di materiale scuro, probabilmente materia organica che si produce per l’esposizione alla radiazione cosmica dei ghiacci contenenti composti del carbonio.

Una Terra primordiale. Questa immagine di Titano a colori naturali mostra che il satellite è circondato da un'atmosfera spessa e densa. Titano è l'unico tra i satelliti del sistema solare a possedere un’atmosfera significativa. Alla superficie la pressione supera gli 1,5 bar (50% più che sulla Terra). L'atmosfera è composta prevalentemente da azoto molecolare (come quella terrestre) con non più del 6% di argon ed una piccola parte di metano. Ci sono poi tracce di una dozzina di altri composti organici (etano, etilene) ed acqua. I composti organici che dominano l'alta atmosfera di Titano, vengono distrutti dalla radiazione solare. Il risultato è simile a quello delle cappe di smog di colore arancione che sovrastano le nostre città. Queste condizioni sono simili a quelle dell'atmosfera terrestre primordiale ( 4 miliardi di anni fa) quando sul nostro pianeta cominciò a svilupparsi la vita da un “brodo” carico di idrocarburi. Questa immagine è solo un assaggio poiché il prossimo 26 ottobre Cassini farà il primo dei quarantacinque passaggi "da vicino" previsti su Titano e invierà perciò immagini molto più dettagliate. Inoltre, userà il suo radar per mappare la superficie in tre dimensioni. Successivamente, a gennaio la sonda Huygens, per adesso «ancorata» alla Cassini, entrerà nell'atmosfera di Titano (durata stimata circa 2 ore) a una velocità di 22 000 chilometri orari, per poi aprire due paracadute allo scopo di rallentare la discesa. I sei strumenti a bordo misureranno la velocità dei venti, la temperatura e la distribuzione dei vari gas.

H come Huygens. Fotografia in falsi colori della superficie di Titano, ottenuta con lo spettroscopio a infrarossi. Le radiazioni infrarosse emesse dal pianeta non vengono assorbite dalla densa atmosfera e pertanto forniscono informazioni sulla struttura della superficie del pianeta. Le regioni gialle sono ricche di idrocarburi mentre quelle verdi sono formate da acqua ghiacciata. La macchia circolare bianca è un cratere. La quantità ridotta di crateri e la presenza di lunghe formazioni curvilinee, come la gigantesca lettera "H" visibile nella foto, fa pensare ad una attività geologica ancora vivace , che modella ancora la superficie del satellite.

Nebbia su Titano. Questa immagine di Titano è stata presa utilizzando un filtro spettrale sensibile alla lunghezza d’onda dell’ultravioletto. Avvolto da una nebbia stratosferica purpurea, Titano appare come una sfera vagamente brillante. È ben distinguibile un doppio strato nebbioso, quello esterno distaccato sembra galleggiare in alto nell’atmosfera, e per la sua sottigliezza è chiaro contro il profilo del satellite. La luce ultravioletta ha reso possibile questa osservazione perché le piccole particelle atmosferiche che si trovano in questa zona esterna riflettono le piccole lunghezze d’onda piuttosto che le onde più lunghe del visibile o dell’infrarosso. Si pensa che il processo di formazione della nebbia cominci nell’alta atmosfera, a un’altitudine superiore ai 400 km, dove la luce ultravioletta scinde le molecole di metano e azoto. Molto probabilmente gli ioni reagiscono per formare complesse molecole organiche che contengono carbonio, idrogeno e azoto che combinati insieme formano le piccole particelle della nebbia. La parte inferiore dello spesso strato gassoso si trova a circa 120 km dalla superficie di Titano. L’immagine è stata colorata artificialmente proprio per rendere evidenti il satellite, la sua atmosfera e il sottile particolare strato distaccato. A 400 chilometri di quota, uno strato di gas assorbe la radiazione ultravioletta, a 300 uno strato di nebbia assorbe la luce, un po' più in basso c'è uno strato di smog, e poi ancora del metano. Sulla superficie di Titano, la temperatura segnerebbe 180 gradi °C sotto lo zero, e molti scienziati sono convinti che su di esso etano e metano possano svolgere il ruolo dell'acqua sulla Terra; così come da noi l'acqua è ghiacciata ai poli, liquida nei mari e vapore nell'aria, su Titano potrebbero esserci calotte polari di metano solido, mari di metano liquido e nubi gassose dalle quali piove metano in gocce (fonte Antonio Lo Campo).

Sette anni fa. La sonda Cassini-Huygens, durante la fase di collaudo prima del lancio avvenuto nell’ottobre del 1997. La sonda, che è alta quasi sette metri ed è certamente il più costoso veicolo interplanetario mai costruito dall’uomo, ha tre generatori termoelettrici a radioisotopi che recuperano elettricità dal decadimento del plutonio-238 (non usano né fissione né fusione, ma un processo termoelettrico). Questa soluzione, al posto del classico uso di energia solare (come in molte altre missioni spaziali), è stata necessaria per garantirsi un generatore efficiente e leggero per la gran quantità di energia richiesta dalle apparecchiature (in condizioni normali non meno di 600-700 watt). Se avessero scelto l'energia solare, avrebbero dovuto trovare il modo di dispiegare dai 600 ai 700 metri quadrati di pannelli solari, per giunta da tener protetti durante il viaggio verso Saturno. La grande antenna parabolica bianca, costruita in Italia mantiene le comunicazioni con la Terra (la distanza è tale che il segnale impiega un'ora e venti per arrivare sul nostro pianeta). La potenza sull'antenna è di soli 20 watt e trasmette sulla frequenza di 8400 megahertz. Cassini contiene una piccola sonda "figlia", denominata Huygens, destinata a staccarsi dalla madre e a tuffarsi nell'atmosfera di Titano. Guarda qui il modello 3D della sonda: http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=31385

Dolce atterraggio. La sonda Huygens, dopo la separazione dalla navicella-madre avvenuta alla vigilia di Natale, scenderà su Titano il 14 gennaio 2005 attraverso una serie di operazioni che verranno effettuate in modo automatico. L’impatto con l’atmosfera avverrà alla quota di 1300 Km e alla velocità di 20 000 Km/h. Il calore sprigionato dall’attrito con l’atmosfera verrà assorbito dallo scudo termico che poterbbe raggiungere una temperatura di 1500 °C. In questa rappresentazione artistica è rappresentata la fase di apertura del paracadute principale di 8.3 metri di diametro che avverrà intorno a 150 Km di quota. Da questo momento in poi la Huygens sarà sottoposta alla rigida atmosfera di Titano caratterizzata da una temperatura di –200 °C.

Punto di impatto. La zona di atterraggio prevista è indicata nell’immagine da una striscia rosa situata a circa 10° di latitudine sud e 160° gradi di longitudine est. L’impatto con la superficie di Titano avverrà, dopo circa due ore dall’ingresso nell’atmosfera, alla velocità di 25 Km/h e si prevede che la sonda possa continuare a funzionare per qualche minuto. Il tutto dipenderà dal tipo di superficie incontrata: se questa sarà di metano ( o etano) liquido le infiltrazioni di questo idrocarburo comprometteranno rapidamente il funzionamento degli strumenti di bordo. Se l’atterraggio avverrà su un terreno solido la sonda potrebbe trasmettere dati per una trentina di minuti.