Le increspature negli anelli di Saturno rivelano la natura «nebbiosa» del fuoco del gigante gassoso

Illustrazione di Saturno e del suo nucleo «misterioso». Credito: Caltech / R. Hurt (IPAC)

Saturno fa onde nei suoi stessi anelli

Allo stesso modo in cui i terremoti fanno rimbombare il nostro pianeta e le oscillazioni al suo interno Saturno Ha fatto vibrare molto poco il gigante gassoso. Questi movimenti, a loro volta, causano increspature negli anelli di Saturno.

In un nuovo studio accettato sulla rivista astronomia naturale, due astronomi del California Institute of Technology hanno analizzato questi anelli ondulati per rivelare nuove informazioni sul nucleo di Saturno. Per il loro studio, hanno utilizzato dati antichi acquisiti da NASA‘S Cassini, un veicolo spaziale che ha orbitato intorno al gigante dagli anelli per 13 anni prima di precipitare nell’atmosfera del pianeta e disintegrarsi nel 2017.

I risultati suggeriscono che il nucleo del pianeta non è una solida palla di roccia, come hanno suggerito alcune teorie precedenti, ma una zuppa pervasiva di ghiaccio, roccia e fluido minerale, o ciò che gli scienziati chiamano nucleo «sfocato». L’analisi rivela anche che il nucleo si estende per il 60% del diametro del pianeta, rendendolo molto più grande di quanto stimato in precedenza.

«Abbiamo usato gli anelli di Saturno come un gigantesco sismografo per misurare le oscillazioni all’interno del pianeta», afferma il coautore Jim Fuller, professore associato di astrofisica teorica al Caltech. «Questa è la prima volta che siamo stati in grado di investigare sismicamente la struttura di un pianeta gigante gassoso e i risultati sono molto sorprendenti».

Jennifer Jackson, professore di fisica minerale presso William E., afferma lo studio, ma utilizza diversi tipi di osservazioni sismiche per comprendere la composizione del nucleo terrestre e per rilevare potenzialmente eventi sismici sulla Terra. Venere Nel futuro.

Christopher Mankovic.

L’autore principale dello studio è Christopher Mankovitch, un ricercatore post-dottorato in scienze planetarie che lavora nel gruppo Fuller.

I risultati forniscono la migliore prova finora per il misterioso nucleo di Saturno e sono coerenti con le recenti prove della missione Juno della NASA, che indicano che il gigante gassoso Giove Può anche avere un nucleo attenuato in modo simile.

«I nuclei nebbiosi sono come i fanghi», spiega Mankovic. L’idrogeno e l’elio del pianeta si mescolano gradualmente con sempre più ghiaccio e rocce mentre ti muovi verso il centro del pianeta. È un po’ come le parti degli oceani della Terra in cui la salinità aumenta man mano che si raggiungono livelli sempre più profondi, creando una formazione stabile».

L’idea che le vibrazioni di Saturno possano creare onde nei suoi anelli e che gli anelli possano quindi essere usati come sismometro per studiare l’interno di Saturno è apparsa per la prima volta negli studi dei primi anni ’90 di Mark Marley (BS ’84) e Caroline Porco (PhD ‘ 83), che divenne poi capitano della squadra di imaging Cassini. Il fenomeno è stato osservato per la prima volta da Matt Hedman e PD Nicholson (PhD ’79) nel 2013, che hanno analizzato i dati acquisiti da Cassini. Gli astronomi hanno scoperto che l’anello C di Saturno conteneva più schemi a spirale guidati dalle fluttuazioni nel campo gravitazionale di Saturno e che questi schemi erano diversi dalle altre onde negli anelli causate dalle interazioni gravitazionali con le lune del pianeta.

Ora, Mankovic e Fuller hanno analizzato il modello delle onde negli anelli per costruire nuovi modelli dell’interno di Saturno in declino.

«Saturno vibra sempre, ma è sottile», dice Mankovitch. «La superficie del pianeta si muove di circa un metro ogni una o due ore come un lago che ondeggia lentamente. Come un sismografo, gli anelli raccolgono i disturbi gravitazionali e le particelle dell’anello iniziano a vibrare.

Jim Fuller.

I ricercatori affermano che le increspature gravitazionali osservate indicano che l’interno profondo di Saturno, mentre rotola completamente, è costituito da strati stabili che si sono formati dopo che il materiale più pesante è sprofondato nel mezzo del pianeta e ha smesso di mescolarsi con materiale più leggero sopra di esso.

«Perché il campo gravitazionale di un pianeta oscilli con queste particolari frequenze, l’interno deve essere stabile, e questo è possibile solo se la frazione di ghiaccio e roccia aumenta gradualmente mentre si avanza verso il centro del pianeta», afferma Fuller.

I loro risultati indicano anche che il nucleo di Saturno è 55 volte la massa dell’intera Terra, con 17 masse terrestri di quel ghiaccio e rocce e il resto è un liquido di idrogeno ed elio.

Hedman, che non fa parte dello studio attuale, afferma: «Christopher e Jim sono stati in grado di dimostrare che una particolare caratteristica dell’anello ha fornito una forte evidenza che il nucleo di Saturno è molto diffuso. Sono entusiasta di pensare a ciò che tutti gli altri le caratteristiche dell’anello create da Saturno potrebbero parlarci del pianeta.» .

Inoltre, i risultati pongono sfide agli attuali modelli di formazione di gas gigante, che dimostrano che i nuclei di scisto si formano prima e poi attirano grandi involucri di gas. Se i nuclei dei pianeti sono davvero confusi come suggerisce lo studio, i pianeti potrebbero invece incorporare gas all’inizio del processo.

Riferimento: «Il nucleo diffuso di Saturno rivelato dalla sismologia ad anello» di Christopher R. Mankovitch e Jim Fuller, 16 agosto 2021 Disponibile qui astronomia naturale.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01448-3

il astronomia naturale Uno studio, «Il nucleo diffuso di Saturno rilevato dalla sismologia ad anello», è stato finanziato dalla Rose Hills Foundation e dalla Sloan Foundation.