Gli anelli di Saturno potrebbero essersi formati 100 milioni di anni fa, quando una delle sue lune ghiacciate è stata squarciata dalla gravità del pianeta: è quanto ha rivelato una nuova ricerca che collega la creazione degli anelli con la migrazione verso l’esterno di Titano e una risonanza tra la rotazione di Saturno e l’orbita di Nettuno.
Il dibattito sull’età degli anelli di Saturno dura da decenni: alcuni scienziati planetari pensavano che gli anelli potessero essere vecchi quanto il pianeta stesso, ma all’inizio degli anni ’80 Peter Goldreich del Caltech e Scott Tremaine del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno stimato un’età relativamente giovane, 100 milioni di anni, in base alla velocità delle particelle ghiacciate negli anelli e alla frequenza con cui si scontrano e si consumano a vicenda.
La fine della missione Cassini su Saturno, nel 2017, ha portato ulteriori prove a sostegno della giovane età. Il Cosmic Dust Analyzer del veicolo spaziale ha misurato la caduta di polvere interplanetaria sugli anelli e quindi, sulla base della misurazione della massa degli anelli di Cassini, ha scoperto che solo l’1% degli anelli era costituito da polvere, implicando che gli anelli potevano avere solo 100 milioni di anni.
Sebbene molte scoperte di Cassini siano state accolte con favore, alcuni scienziati planetari hanno chiesto cautela, sottolineando che parte della polvere potrebbe cadere dagli anelli e sullo stesso Saturno, mantenendo così gli anelli puliti e facendoli sembrare più giovani di quanto non siano in realtà.
Ora, una nuova ricerca, guidata da Jack Wisdom del MIT, ha scoperto un meccanismo fisico che non solo spiega l’inclinazione dell’asse di rotazione di Saturno e l’eccentricità dell’orbita della sua luna più grande Titano, ma che rileva anche che l’età degli anelli potrebbe aggirarsi intorno a 100 milioni di anni.
L’obliquità di Saturno, ovvero quanto il pianeta è inclinato rispetto al piano orbitale del Sistema Solare, è di 26,7 gradi. Nel 2021, gli scienziati guidati da Melaine Saillenfest dell’Observatoire de Paris hanno mostrato che la migrazione verso l’esterno relativamente recente dell’orbita di Titano potrebbe aver causato tale ribaltamento di Saturno.
Saturno oscilla anche sul suo asse in un fenomeno chiamato precessione. È lo stesso effetto che fa piroettare in un cerchio l’asse di rotazione di una trottola. Non è insolito che l’asse di rotazione di un pianeta sia soggetto a precessione: anche l’asse di rotazione terrestre vi è sottoposto, nel corso di migliaia di anni. Oggi il Polo Nord della Terra punta più o meno verso la Stella Polare, ma tra qualche migliaio di anni il Polo Nord punterà invece verso la stella Vega.
Nel caso di Saturno, la precessione è determinata principalmente da Titano poiché la gravità del Sole attira la luna, originando una forza di torsione su Saturno che agisce sull’asse di rotazione.
Ad un certo punto, con l’aumentare della frequenza della precessione di Saturno, è entrato in risonanza con la precessione del nodo dell’orbita di Nettuno, cioè il luogo in cui l’orbita di Nettuno taglia il piano dell’eclittica. Una risonanza è un effetto di amplificazione, come cioè che accade quando si spinge un bambino su un’altalena: se si spinge al momento giusto, l’ampiezza dell’oscillazione può aumentare. Le risonanze nel Sistema Solare sono gravitazionali e sono legate a specifiche frequenze di occorrenza, in questo caso il tasso di precessione di Saturno e la precessione del nodo dell’orbita di Nettuno.
Tuttavia, oggi la frequenza della precessione di Saturno e la precessione dell’orbita di Nettuno non sono in risonanza, ma sono appena al di fuori di questa, le loro frequenze non combaciano del tutto.
Potrebbe essere successo qualcosa che ha spostato Saturno e Nettuno fuori dalla risonanza? Nel nuovo studio è stata proposta l’esistenza di un satellite aggiuntivo che è stato perso a causa di una caotica instabilità orbitale: questo ha avuto un incontro ravvicinato con Saturno e ha formato gli anelli. Il team ha anche proposto che questo oggetto abbia contribuito alla torsione su Saturno, portando il pianeta con gli anelli in risonanza con Nettuno. Tuttavia, le loro simulazioni al computer mostrano che tra 100 e 200 milioni di anni fa anche questa luna sarebbe entrata in risonanza orbitale con Titano: per ogni tre orbite di Saturno che Titano avrebbe fatto, l’ipotetica luna ne avrebbe fatta una. Questa risonanza le avrebbe dato una spinta, come il bambino su un’altalena, e ne avrebbe destabilizzato l’orbita, vedendola infine avvicinarsi troppo a Saturno dove le maree gravitazionali l’hanno lacerata per formare i famosi anelli. Senza questo evento, la frequenza di precessione di Saturno sarebbe diminuita, spostandolo appena fuori dalla risonanza con Nettuno.
Scott Tremaine, che per primo ha ipotizzato la giovane età, ha descritto il nuovo studio come “notevole“, aggiungendo: “Naturalmente, non sapremo mai con certezza se un satellite in più fosse presente un tempo nel sistema di Saturno, ma spiegando quattro enigmi (l’obliquità, l’esistenza e l’età degli anelli e l’orbita eccentrica di Titano) con una sola ipotesi è un buon ritorno sull’investimento“.
La ricerca è stata pubblicata su Science.
