I ricercatori della Northumbria University hanno utilizzato il telescopio spaziale più potente mai costruito per rispondere a uno degli enigmi più longevi della scienza planetaria: perché Saturno sembra ruotare a una velocità diversa a seconda del metodo di misurazione utilizzato? I risultati, pubblicati sul Journal of Geophysical Research: Space Physics, rivelano per la prima volta i complessi schemi di calore e particelle cariche elettricamente nell’aurora di Saturno e dimostrano che l’intero sistema è alimentato da un ciclo di feedback autosostenuto, a sua volta alimentato dalle aurore boreali del pianeta.
Il mistero della velocità di rotazione di Saturno
Saturno ha incuriosito gli scienziati per molti anni. Le misurazioni effettuate dalla sonda Cassini della NASA nel 2004 suggerivano che la velocità di rotazione del pianeta stesse cambiando lentamente nel tempo, ma ciò non sarebbe dovuto essere possibile, poiché un pianeta non può semplicemente accelerare o rallentare la propria rotazione.
Nel 2021, uno studio condotto da Tom Stallard, professore di astronomia planetaria alla Northumbria University, ha dimostrato che il mistero non riguardava affatto la rotazione di Saturno. Al contrario, le apparenti variazioni erano causate dai venti nell’alta atmosfera del pianeta, che producevano correnti elettriche in grado di generare il segnale aurorale fuorviante. Tuttavia, i risultati hanno sollevato un ulteriore interrogativo per il team di ricerca: se i venti atmosferici erano responsabili dell’effetto, cosa li causava?
Una nuova ricerca del professor Stallard e dei suoi colleghi nel Regno Unito e negli Stati Uniti ha ora fornito la prima prova diretta della risposta.
Il nuovo studio
Utilizzando il telescopio spaziale James Webb (JWST), il team ha osservato la regione aurorale settentrionale di Saturno – l’equivalente dell’aurora boreale terrestre – in modo continuativo per un’intera giornata saturniana, ottenendo misurazioni dettagliate che non erano semplicemente possibili con nessuno strumento precedente.
Analizzando la luminescenza infrarossa di una molecola chiamata catione triidrogeno, che si forma nell’alta atmosfera di Saturno e funge da termometro naturale, i ricercatori sono stati in grado di produrre le prime mappe ad alta risoluzione sia della temperatura che della densità di particelle nella regione aurorale di Saturno.
Il livello di dettaglio è stato straordinario. Le misurazioni precedenti presentavano errori di circa 50°C, all’incirca pari alle differenze che gli scienziati stavano cercando di rilevare, ed erano state prodotte combinando ampie regioni della calda aurora polare. I nuovi dati del JWST sono risultati dieci volte più precisi delle misurazioni precedenti, consentendo al team di mappare per la prima volta i dettagli più minuti del riscaldamento e del raffreddamento nella regione aurorale di Saturno.
L’aurora di Saturno come una “pompa di calore planetaria”
Ciò che il team ha scoperto è che questi schemi di temperatura e densità corrispondono in modo sorprendente alle previsioni fatte dai modelli computerizzati più di dieci anni fa, ma solo se la fonte di calore si trova esattamente dove le principali emissioni aurorali entrano nell’atmosfera.
Questo significa che l’aurora di Saturno non è solo uno spettacolo visivo, ma sta attivamente riscaldando l’atmosfera in una specifica area. Quel riscaldamento localizzato alimenta i venti, che a loro volta generano le correnti elettriche responsabili dell’aurora boreale. L’aurora, quindi, riscalda nuovamente l’atmosfera, alimentando l’intero ciclo.
Il ricercatore principale, il professor Tom Stallard, ha affermato: “quello che stiamo osservando è essenzialmente una pompa di calore planetaria. L’aurora di Saturno riscalda la sua atmosfera, l’atmosfera alimenta i venti, i venti producono correnti che alimentano l’aurora, e così via. Il sistema si autoalimenta. Per decenni, sapevamo che stava accadendo qualcosa di strano con la velocità di rotazione apparente di Saturno, ma non riuscivamo a spiegarla. Poi abbiamo dimostrato che era guidata dai venti atmosferici, ma non sapevamo ancora perché questi venti esistessero. Queste nuove osservazioni, rese possibili dal JWST, ci forniscono finalmente le prove necessarie per chiudere il cerchio”.
Implicazioni più ampie
I risultati hanno anche implicazioni più ampie. La ricerca suggerisce che ciò che accade nell’atmosfera di Saturno influenza direttamente le condizioni nella magnetosfera circostante, la vasta regione di spazio plasmata dal campo magnetico del pianeta, che a sua volta immette energia nel sistema. Questa relazione bidirezionale tra atmosfera e magnetosfera potrebbe contribuire a spiegare perché l’effetto sia così stabile e duraturo.
Il professor Stallard ha aggiunto: “questo risultato cambia il nostro modo di pensare alle atmosfere planetarie in generale. Se le condizioni atmosferiche di un pianeta possono generare correnti che si propagano nello spazio circostante, allora comprendere ciò che accade nelle stratosfere di altri mondi potrebbe rivelare interazioni che non abbiamo ancora nemmeno immaginato”.
Il telescopio spaziale James Webb
Il telescopio spaziale James Webb è il principale osservatorio spaziale al mondo. Webb sta risolvendo i misteri del nostro Sistema Solare, scrutando mondi lontani attorno ad altre stelle e indagando le misteriose strutture e origini del nostro Universo e del nostro posto in esso. Webb è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner, l’ESA (Agenzia Spaziale Europea) e la CSA (Agenzia Spaziale Canadese).
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