Amici della Scienza

Esagono di Saturno: una ricerca ne chiarisce le cause

Tra i tanti fenomeni naturali che permeano l’intero Universo, una menzione spetta sicuramente ad una particolare conformazione a esagono sull’atmosfera del pianeta Saturno.

Nel 1981 la sonda spaziale Voyager 1 osservo’ per la prima volta il polo nord di Saturno, rilevando una particolare forma esagonale; anni dopo, nel 2006 la sonda Cassini riusci’, grazie alle piu’ moderne tecnologie ed al fatto che a seguito della rotazione del pianeta il polo nord risultava meglio visibile, ad ottenere immagini in alta qualità di questo bizzarro fenomeno.

esagono di saturno
Il vortice a forma di esagono su Saturno. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech/Space Science Institute

Per rendersi conto dell’imponenza di questo fenomeno basti pensare che ogni lato dell’esagono misura quasi 14.000 km, più del diametro della Terra.

Dal punto di vista della sua composizione, trattasi di una struttura nuvolosa stabile nel suo perimetro e nella sua posizione, al cui interno vi sono tempeste circolari che aumentano di intensità man mano che ci si avvicina al centro; nella parte centrale l’intensità dei venti raggiunge circa i 500 km/h.

Per studiare la fenomenologia dell’Esagono, nel 2010, si e’ cercato di riprodurre il laboratorio il fenomeno, con successo: e’ infatti emerso che non solo si formava naturalmente un anello esagonale in determinate condizioni, bensì anche forme ottagonali si sono manifestate.

Questi esperimenti hanno quindi aperto l’ipotesi che anche sui poli di altri pianeti possano essersi formati similari fenomeni, che, allo stato attuale, non possono essere visibili se non inviando apposite sonde. L’analisi di questo fenomeno ha inoltre aperto nuovi scenari negli studi dei fenomeni atmosferici terrestri, che aiuteranno la comprensione di ciò che succede e potrà succedere nella nostra atmosfera.

I dati della Cassini

Usando i dati della missione Cassini e le osservazioni dello Hubble Space Telescope, un team di ricerca dell’Università dei Paesi Baschi ha scovato il più esteso sistema di stratificazioni del Sistema solare. Si trova su Saturno, in corrispondenza del suo esagono polare.

esagono su saturno
Esagono su Saturno

Lo studio recentemente pubblicato  su Nature Communications da un team dell’Università dei Paesi Baschi ha sfruttato proprio i dati ottenuti da questo sforzo congiunto scoprendo che l’esagono è fatto a strati: un sistema di almeno sette diversi strati di nebbia che si estende dalle nubi del pianeta fino a più di 300 chilometri di altitudine.

Ci sono altri luoghi nel Sistema solare, come Plutone o Titano, che sono coperti da stratificazioni di nebbie, ma mai in maniera così estesa e regolare: ogni strato di nebbia dell’esagono di Saturno è spesso infatti tra i 7 e i 18 chilometri.

Ma lo studio è andato oltre, analizzando la composizione chimica di questi strati. Sembrerebbero essere popolati da particelle grandi appena due micron di idrocarburi come acetilene, propano, propino, diacetilene e, nel caso delle nubi più alte, butano. La cosa affascinante è che questi composti si trovano allo stato ghiacciato, grazie alle gelide temperature di 120-180°C sottozero.

Per cercare di dare una spiegazione alla regolarità di questi strati, i ricercatori hanno utilizzato ciò che conosciamo sulla Terra.

Probabilmente gli strati sono formati dalla propagazione verticale di onde di gravità, oscillazioni nella densità e nella temperatura dell’atmosfera che avvengono abitualmente anche nella nostra atmosfera. L’esagono è legato alla presenza di una corrente a getto (un intenso flusso d’aria canalizzato) che corre a oltre 400 chilometri orari, e sulla Terra le correnti a getto producono talvolta onde di gravità.

In entrambi i casi quindi potrebbe esserci una dinamica simile, anche se sicuramente la peculiarità dell’esagono di Saturno resta unica nel Sistema Solare.

esagono di saturno
Il movimento della struttura a esagono nel Polo Nord di Saturno accompagna la rotazione del pianeta (fonte: NASA/JPL-Caltech/SSI/Hampton University

Risultati in dettaglio

Le immagini della  Cassini ottenute con la Narrow Angle Camera (NAC) il 16 giugno 2015 (stagione primaverile settentrionale, longitudine solare Ls  = 69 °) ad alta risoluzione (massimo 1,25 km/pixel) hanno mostrato un sistema di nebbia multistrato sopra le nuvole. Gli strati di foschia spiccano in modo evidente a 890 nm e riflettendo una forte banda in assorbimento di metano.

Altre immagini sono state ottenute con diversi filtri a lunghezze d’onda che vanno dall’ultravioletto (258 nm) al vicino infrarosso (938 nm) (Figura 1 e Tabella1). Le immagini degli arti sono state scattate in dispersione all’indietro sotto un angolo di fase atmosfera-Sole-veicolo spaziale α  = 29 ° (Figura 2 aggiuntiva  ). La latitudine del pianeta nelle immagini va da 75,8 ° N a 77,1 ° N, appena a sud del picco del getto verso est centrato a 78,1 ° N che è incorporato nell’onda esagonale, quindi sul lato anticiclonico del getto.

Il grafico di Fig. 1 mostra la riflettività assoluta ( I / F volte 1000) in funzione della distanza verticale attraverso il filtro a banda di assorbimento del metano a 890 nm. Si notano degli strati di foschia  identificati con (L0 – L7) nella scansione di riflettività. Gli strati di foschia si estendono verso il sud dalla latitudine da + 75,8 ° N a + 77,1 ° N.

esagono di saturno
Fig. 1: strati di foschia nell’area esagonale.

In Fig.  2, viene riportato il profilo verticale di riflettività ( I / F ) degli strati di foschia alle diverse lunghezze d’onda osservate. Una piccola incertezza di alcune decine di km nelle diverse immagini è stata corretta considerando la somiglianza della struttura principale dello strato di foschia in tutti i filtri.

esagono di saturno
Fig. 2: scansioni di riflettività degli strati di foschia a diverse lunghezze d’onda.

a Profili di riflettività ( I / F ) che si estendono dal limbo all’atmosfera superiore (sfondo del cielo). b Zoom e dettagli dei profili di riflettività vicino al limbo atmosferico. Le barre di errore in ( I / F ) per tutti i filtri sono simili a quelle mostrate in Fig. 1 (qui non mostrate per chiarezza). Si nota il cambiamento nella scala della riflettività in base ai filtri utilizzati ( asse y sinistro e destro ).

I filtri sono identificati in codice dalla Cassini ISS (Tabella Supplementare in basso ) e la loro lunghezza d’onda effettiva è indicata in nm. Le linee verticali indicano le altitudini in cui i valori  I / F sono stati usati per il modello di trasferimento radiativo.

Strato P (bar) in basso/in alto Altezza (km) fondo / superiore Δ z (km) H (km) in basso / in alto
L0 0.66 / 0.45 -12.7 / 5 17,7 53/48
L1 0,38 / 0,28 10.4 / 23.1 12,7 46/43
L2 0,22 / 0,19 29.5 / 36.3 6.8 41/40
L3 0.16 / 0.10 40.7 / 54.9 14.2 39/38
L4 0,06 / 0,046 70.4 / 78.5 8.1 37/38
L5 0,029 / 0,025 99 / 105.2 / 111.4 12.4 39/41
L6 0,017 / 0,013 120/130 10 43/46
L7 0,010 / 0,0004 140 /  340 200 48/64

Le grandezze P e Altezza indicano la pressione e la quota dei bordi dello strato di nebbia rispetto al livello di riferimento; Δ z è lo spessore dello strato e H  è l’altezza dell’atmosfera.

Le immagini in banda rossa e metano mostrano il contrasto più elevato e una separazione più nitida tra i livelli. Vengono identificati almeno sette strati di nebbia sopra il limbo, i primi sei strati con uno spessore compreso tra ∆  7–18 km (  0,3H ). Lo strato più alto si estende al di sopra del livello di pressione di 10mbar e ha una grande estensione verticale ∆  3H, che ci suggerisce un netto cambiamento delle condizioni atmosferiche a questa altitudine.

Conclusioni

L’analisi dettagliata evidenzia un sistema di almeno sette strati di nebbia distaccati che vanno della troposfera superiore alla stratosfera sopra le nuvole dell’esagono usando le immagini ad alta risoluzione della sonda Cassini. La natura di questi strati è compatibile con l’ipotesi che la loro formazione sia dovuta alla condensazione di vari idrocarburi (C2H2 , C4H2 , C6H6 e CH3C2H) rilevati nell’atmosfera di Saturno la cui formazione è dovuta a reazioni fotochimiche.

Non si esclude inoltre la possibilità che gli strati di nebbie siano formati da tholins fotochimici e aggregati frattali di particelle come è stato proposto per le nubi simili di Titano.

Non si esclude neanche che sia prodotta dalla propagazione verso l’alto delle onde di gravità interne del pianeta eccitate in un’onda esagonale, forse in modo analogo a quello che si verifica nei getti e sui fronti atmosferici della Terra.

 

Riferimenti e approfondimenti

  1. Nature CommunicationsMultilayer hazes over Saturn’s hexagon from Cassini ISS limb images”, di A. Sánchez-Lavega, A. García-Muñoz, T. del Río-Gaztelurrutia, S. Pérez-Hoyos, J. F. Sanz-Requena, R. Hueso, S. Guerlet e J. Peralta
  2. Godfrey, D. A. A hexagonal feature around Saturn’s north pole. Icarus 76, 335–356 (1988).
  3. Caldwell, J., Hua, X.-M., Turgeon, B., Westphal, J. A. & Barnet, C. D. The drift of Saturn’s north polar SPOT observed by the Hubble Space Telescope. Science 260, 326–329 (1993)
  4. Sánchez-Lavega, A., Lecacheux, J., Colas, F. & Laques, P. Ground-based observations of Saturn’s North Polar Spot and Hexagon. Science 260, 329–332 (1993).
  5. Baines, K. H. et al. Saturn’s north polar cyclone and hexagon at depth revealed by Cassini/VIMS. Planet. Space Sci. 57, 1671–1681 (2009).
  6. Amici della Scienza
0 0 vote
Article Rating
Summary
Esagono di Saturno: una ricerca ne chiarisce le cause
Article Name
Esagono di Saturno: una ricerca ne chiarisce le cause
Description
Tra i tanti fenomeni naturali che permeano l’intero Universo, una menzione spetta sicuramente ad una particolare conformazione nuvolosa vorticante sul pianeta Saturno.
Admin
Amici della Scienza
Amici della Scienza
https://www.focusuniverse.com/wp-content/uploads/2020/05/cats-1.png
Subscribe
Notificami
guest
0 Commenti
Inline Feedbacks
View all comments
Translate »
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x