Le magie di Saturno - parte 1

Il nostro bravissimo Pierluigi ci ha ricordato recentemente il fantastico universo di satelliti ed anelli che circondano Saturno. Tuttavia, oltre che un luogo magnifico, il pianeta più bello del nostro Sistema Solare (a parte la Terra, ovviamente) è anche quello più allegro e divertente. Non tanto lui, quanto gli anelli ed i piccoli satelliti che lo cingono in gran numero. E’ un vero e proprio teatro dove si svolgono continuamente spettacoli di magia o, se preferite, di giochi di prestigio. Normalmente i trucchi di queste rappresentazioni non si svelano al pubblico, ma noi invece vogliamo farlo ed essere pronti a diventare maghi il giorno che riusciremo ad andare con gli amici a fare un weekend sul grande pianeta gassoso.

Figura 1

Cominciamo quindi con l’anello F, fino a non molto tempo fa considerato il più esterno tra tutti. Quando fu scoperto ai tempi del Voyager (quello vero!!) fece saltare sulla sedia gli scienziati di tutto il mondo. Era troppo sottile! Un anello così non poteva esistere. In realtà i classici anelli altro non sono che “dischi” composti essenzialmente da blocchi di ghiaccio (figura 1) che continuano a scontrarsi tra loro e tendono ad allargare la struttura che li contiene. Se facciamo l’ipotesi che un satellite sia stato distrutto da una cometa o dalla marea del pianeta, immediatamente dopo vedremo tanti frammenti tutti vicini che poi nel giro di qualche migliaio di anni formeranno un disco molto stretto che continuerà ad allargarsi sempre più. L’anello F, così sottile, rappresentava la tipica situazione che si poteva veder nei primi momenti dopo la distruzione del satellite originario. Però questo voleva dire avere avuto una fortuna incredibile, ossia avere assistito quasi in diretta ad un evento piuttosto raro. Era troppo difficile crederci, ma non vi erano alternative conosciute, a meno di non mettere insieme una struttura estremamente complessa e poco realistica.

Qualcuno però ci pensò e tra questi colui che è stato sicuramente uno dei più grandi scienziati italiani del secolo scorso (scomparso troppo giovane, accidenti!): Giuseppe Colombo. Talmente in gamba che in Italia avevano chiuso il corso di Meccanica Celeste che teneva a Padova ed il “Bepi”, così lo chiamavamo, si era trasferito negli USA dove gli avevano fatto ponti d’oro. Ma la storia avventurosa del Bepi, grande estimatore di grappa, la rimandiamo ad un’altra volta, per adesso basta ricordare che è stato “implicato” nella prima missione a Mercurio e nel satellite Tethered. Ebbene questi scienziati ipotizzarono che per tenere sempre così stretto l’anello F ci volevano due satelliti che lo mantenessero “in riga” senza permettergli di “allargarsi”.

Figura 2. Da sinistra a destra: il gregge esce dall’ovile in fila indiana. Poi si sparpaglia in cerca di erba fresca. Infine i cani riportano l’ordine.

Un po’ per similitudine, un po’ come presa in giro, questi ipotetici guardiani furono chiamati “pastori” o ancor meglio “cani da pastore”. Infatti immaginiamo di far uscire un gregge di pecore dall’ovile attraverso una porta stretta. All’inizio tutti gli ovini staranno vicini tra loro, ma poi, poco alla volta, ognuno cercherà l’erbetta più tenera ed il gregge si sparpaglierà per tutto il prato. Come si potrà riportarlo in una zona limitata? Semplicissimo: con un paio di cani da pastore che abbaiando e correndo riportino l’ordine e rimettano in fila le pecore (figura 2).

Figura 3

La teoria sembrava veramente assurda e costruita “ad hoc”. Ma quando un’eccezionale immagine mostrò proprio quello che era stato ipotizzato nessuno riuscì più a ridere. La foto (figura 3), benché di pessima qualità, rimane forse la più importante del secolo scorso in campo planetologico. Quello che voglio fare adesso è spiegare (in modo semplificato) come questo può capitare, ossia svelarvi il segreto del gioco di prestigio. Per capire il fenomeno bisogna prima avere chiari in mente due concetti molto semplici.

Figura 4

(1) la terza legge di Keplero di ci dice che più un oggetto orbita lontano dal pianeta, più bassa è la sua velocità media di rivoluzione.

In altre parole il satellite più vicino corre più forte di quello più lontano.
(figura 4)

Figura 5

(2) Se acceleriamo un satellite, mentre orbita, gli diamo energia (come se lo spingessimo) ed esso tenderà a portarsi su un orbita più larga (più lontana dal pianeta). Al contrario se lo rallentiamo (come se lo frenassimo) sarà costretto a perdere energia e si porterà su un’orbita più bassa (più vicina al pianeta) (figura 5).

Figura 6

Capiti i concetti? Sono veramente semplici. A questo punto siamo in grado di spiegare perfettamente la magia dell’anello F. Useremo la figura 6, descrivendola a parole. L’anello è composto da tanti blocchi di ghiaccio (le pecore) ed ognuno di essi rivolve intorno a Saturno come fosse un piccolo satellite. Le “particelle” si scontrano e tendono ad allargarsi come già detto precedentemente. Ma ecco che quelle più esterne dell’anello, mentre rivolvono attorno al pianeta, raggiungono e superano il satellite (il primo cane da pastore) esterno. Perché lo superano? Ma è ovvio: perché essendo loro più vicini a Saturno (anche se di poco) vanno più forte della luna “guardiana”. La salutano e se ne vanno tranquillamente? E no, cari signori! Il satellite è molto più grosso e fa sentire la sua attrazione gravitazionale, frenando i blocchi di ghiaccio che lo hanno appena superato. Questi tendono quindi a rallentare. Ma se rallentano sono costretti a scendere su un’orbita più stretta (ricordate il secondo concetto?), ossia ad avvicinarsi a Saturno. Nello stesso momento cosa capita ai blocchi di ghiaccio dell’anello che orbitano nella parte più interna? Mentre rivolvono si vedono sorpassare da un altro “cane da pastore”, quello più vicino al pianeta. Perché vengono sorpassati ormai lo sapete! La luna ha un’orbita più stretta della loro e quindi corre più forte dei blocchi di ghiaccio. Ma una volta sorpassati, cosa gli capita? Nuovamente dobbiamo tener conto che il satellite è molto più grande e quindi li attrae gravitazionalmente verso di lui, accelerandoli e facendoli andare più veloci. Ma se aumentano di velocità sono costretti a immettersi in un’orbita più larga (sempre per il secondo concetto) e quindi ad allontanarsi da Saturno.

Figura 7

Alla fine cosa hanno fatto i due satelliti? Uno ha spinto verso l’interno le “pecore” e l’altro le ha spinte verso l’esterno. Ossia i due “cani” hanno mantenuto stretta la struttura dell‘anello, non permettendogli di uscire dai suoi confini ristretti e di allargarsi a piacere. Il gregge è stato messa in fila indiana, grazie ai due bravissimi pastori.

Tutto molto semplice direi e la situazione si ripete periodicamente, dando anche luogo a quelle bellissime onde che si vedono in molte immagini riprese dalla sonda Cassini (figura 7).

Figura 8

I due satelliti sono stati chiamati Prometeo (il più interno) e Pandora (il più esterno) (figura 8).

Per il momento ci fermiamo qui, ma la prossima puntata parleremo del più emozionante gioco di prestigio del sistema di Saturno: riusciremo ad evitare una collisione che sembrava ormai inevitabile!

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