La (probabile) verità sull’oceano di Encelado

Analisi approfondite delle varie immagini riprese dalla sonda Cassini durante i passaggi ravvicinati al piccolo satellite Encelado, hanno probabilmente permesso di comprendere i meccanismi che hanno formato un sub-oceano di acqua liquida, evidenziato dagli “sbuffi” di vapor d’acqua e composti organici visibili nell’emisfero sud

La piccola luna ghiacciata di Saturno non dovrebbe certo essere il posto migliore per cercare forme di vita, tenendo conto che la sua enorme distanza dal Sole dovrebbe averlo reso completamente ghiacciato già da miliardi di anni.

Altri mondi, come Marte o il satellite di Giove Europa, sono più vicini e hanno ben altre dimensioni: 6800 km il primo e 3100 km il secondo. La possibilità di avere acqua allo stato liquido avrebbe quindi maggior senso, dato che loro massa considerevole potrebbe non aver ancora permesso all’interno planetario di raffreddarsi del tutto. Per Encelado i suoi miseri 500 km sono invece un ulteriore ostacolo in tal senso: troppo piccolo per conservare calore interno.

Infatti, Encelado, come tutti gli altri corpi del Sistema Solare, si è formato incorporando materiale del disco di gas e polvere che circondava il neonato Sole. Nel sistema planetario esterno gli oggetti utilizzarono sia roccia che ghiaccio. In linea di principio, quindi, anche Encelado avrebbe avuto elementi radioattivi nel suo interno, i quali, decadendo, sarebbero riusciti a fondere l’interno del satellite. Tuttavia, in oggetti piccoli come Encelado, la quantità di elementi radioattivi non era sufficiente a mantenere il calore per molto tempo e ben presto il satellite si sarebbe solidificato e poi completamente ghiacciato.

In realtà la sua superficie è decisamente ghiacciata, con una temperatura di circa -200 °C. Tuttavia, nel 2005, la sonda Cassini ha scoperto un gigantesco “pennacchio” di vapore che usciva violentemente da una frattura posta nei pressi del polo sud. Non vi era dubbio: era proprio acqua e anche salata. Doveva perciò esistere un serbatoio di H2O sotto la crosta superficiale e, data la salinità, anche molto esteso. Forse addirittura un sub-oceano che circondava l’intera luna.

Sembrerebbe un mistero difficilmente risolvibile se non ci si fossimo già imbattuti nel fantasmagorico vulcanismo di Io, il primo $satellite$ galileiano di Giove. Il meccanismo fondamentale per mantenere caldo un oggetto che dovrebbe essere freddo, richiama perciò immediatamente il riscaldamento mareale.

Tuttavia, ciò che funziona perfettamente per Io diventa un po’ più complicato per Encelado. La massa di Giove è ben maggiore di quella di Saturno e le lune esterne (Europa, Ganimede e Callisto) essenziali nel dare il proprio contributo. Vediamo allora come agiscono o potrebbero agire differenti meccanismi.

Un’immagine ad alta risoluzione ottenuta dalla sonda Cassini il 21 novembre 2009

Un’immagine ad alta risoluzione ottenuta dalla sonda Cassini il 21 novembre 2009. Si contano almeno 30 “getti” singoli. (Fonte: NASA/JPL/SSI)

Innanzitutto l’orbita di Encelado attorno a Saturno è anch’essa lievemente ellittica (eccentricità di 0.0045) e quindi comporta un avvicinamento e un allontanamento dal pianeta gassoso. Per distanze minori si ha un aumento della gravità, che invece diminuisce per distanze maggiori. Ciò causa un continuo, leggero, schiacciamento del satellite. E’ come se avessimo in mano una pallina di gomma e continuassimo a comprimerla, cambiandogli la forma. Questa continua “frizione” genera un riscaldamento che raggiunge anche le parti più interne del corpo celeste. Questa spiegazione, però, non sarebbe sufficiente a mantenere un oceano di acqua liquida.

Tuttavia, lo stesso meccanismo è in grado di produrre le fratture superficiali da cui fuoriesce il vapore. Anzi, le potrebbe aprire e chiudere molto velocemente, causando una nuova fonte di attrito e quindi di calore (come quando d’inverno si fregano le mani senza guanti).

Non basta ancora, però. Infatti, gli scienziati della NASA hanno creato una mappa delle zone “calde”, confrontandola con quella delle fratture dovute alla forza mareale. Le due dovrebbero coincidere. E invece no. Per esempio, la fessura chiamata “Damascus Sulcus” si trova a circa 50 km dalla zona più calda. E’ ancora necessario un piccolo sforzo.

L’unica soluzione sembrerebbe una leggera oscillazione del satellite durante la sua rotazione. In altre parole, una “librazione” come quella lunare che ci permette di vedere un po’ di più che metà del nostro satellite. Comunque, non si può sceglierla a piacere, in quanto le osservazioni dicono che non può certamente superare i due gradi rispetto alla rotazione uniforme. Sono allora state fatte delle simulazioni al computer che hanno variato la librazione e che poi hanno costruito la relativa mappa di “stress” mareale. La sovrapposizione migliore tra mappa mareale e mappa termica si è avuta proprio per un’oscillazione tra 0.75 gradi e poco meno di due, in perfetto accordo con le osservazioni. Non solo. L’esistenza di questa oscillazione aiuta anche a ottenere molto più calore. Si è stimato, infatti, un valore almeno cinque volte più grande di quello dovuto solo alla marea. Più che sufficiente per mantenere costantemente liquido un oceano grande come l’intero Encelado.

La librazione è probabilmente causata da una forma non perfettamente regolare del satellite, che è proprio causata dalla stessa forza mareale che agisce diversamente in punti diversi dell’orbita. Insomma, una specie di “gatto che si morde la coda”. La forma non perfettamente circolare dell’orbita di Encelado sarebbe dovuta alla presenza di Dione che è in risonanza con il piccolo satellite: ogni due orbite di Encelado, Dione ne completa una sola. Come succede per Io e gli altri satelliti medicei questo allineamento regolare e periodico causa un allungamento della traiettoria attorno a Saturno.

Un bel gioco a incastro che, però, potrebbe portare al primo oceano sotterraneo con qualche piccolo, infinitesimo, alieno…

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7 Commenti

  1. Spero che un giorno si riesca a trovare davvero una qualche forma di vita in un corpo del sistema solare che non sia la Terra. Vorrebbe dire che le condizioni necessarie alla formazione della vita non sono troppo stringenti. E se fosse una forma di vita particolarmente diversa, come metabolismo, chimica, DNA (o equivalente) sarebbe ancora meglio: chissà quante cose potremmo imparare! Comunque bell’articolo, questa faccenda di Encelado è proprio affascinante 🙂

  2. Mi associo ad Al Ien…
    E poi pongo una domanda. Qui sul nostro pianeta l’acqua gela tanto in profondità quanto la temperatura permette, oltre quel limite si mantiene allo stato liquido. Mi spiego meglio: al polo sud vi è un lago sommerso in cui l’acqua si mantiene liquida perchè il ghiaccio sovrastante fa da isolante. Il mio quesito pertanto è: non potrebbe avvenire un qualcosa del genere anche su Encelado? Il pianetà sarà freddo, l’oceano ghiacciato in superficie ma liquido al suo interno proprio perchè lo strato sopra è abbastanza spesso da permetterlo (magari anche esercitando una certa pressione…)

  3. @AndreaGG,
    il problema fondamentale è che la temperatura media su Encelado è decisamente più bassa che da noi. Inoltre, l’interno di Encelado dovrebbe essere completamente ghiacciato, mentre quello della Terra è invece ancora caldo e fuso. ne deriva che andando verso la profondità, sulla Terra vi è calore proveniente dall’interno. In più l’isolamento che dici tu. ma su Encelado l’isolamento farebbe ben poco, se non ci fosse una riserva di calore interno.

  4. direi proprio di sì. Encelado dovrebbe essere completamente ghiacciato e la pressione della crosta non può certo “scaldare”

  5. Ho letto sulle scienze del mese di marzo 2009 l’articolo di Carolyn Porco “L’inquieto mondo di Encelado”. In questo articolo si parla del piccolo satellite di Saturno e dei getti di vapore derivante dal mare sotterraneo. Affascinante l’ipotesi di alcuni scienziati Isamu Matsuyama e Francis Nimmo che hanno evidenziato uno spostamento della crosta ghiacciata rispetto all’asse di rotazione, praticamente Encelado funziona come un grande giroscopio dove il guscio è libero di ruotare sul sottostante mare di acqua liquida. Che notizie mi date a tal proposito?

  6. @Francesco,
    potrebbe benissimo essere. Non vi sono chiari dati sull’estensione dell’oceano. Ci vorranno ancora studi per dare una risposta più certa.