La sonda Cassini svela i segreti del signore degli anelli

Un tuffo nei misteriosi anelli di Saturno, a 124mila km/h. La sonda Cassini è riuscita nell'intento di penetrare la coltre di polveri e detriti che circonda uno dei più spettacolari pianeti del sistema solare, per fare luce sulla loro natura. E' la sua ultima missione: il 15 settembre 2017 compierà, infatti, un viaggio di non ritorno verso il cuore del corpo celeste, dopo venti anni di onorata carriera. Le foto che ha spedito parlano di un'atmosfera saturniana più calda del previsto e di un gigantesco uragano in corrispondenza del polo nord del pianeta, dove soffiano venti ad altissima velocità.

La missione permette, dunque, di riconsiderare la storia e le caratteristiche degli anelli planetari. Di cosa si tratta? Sono polveri, detriti, cristalli di ghiaccio, massi, che orbitano intorno a un pianeta, proprio come fa un satellite soggetto alle leggi kepleriane. Si pensa che siano appannaggio di Saturno, ma non è così. Senza dubbio a ridosso del sesto pianeta del sistema solare risultano particolarmente visibili, tuttavia sono una prerogativa anche degli altri giganti gassosi: Giove, Urano e Nettuno. E da poco si ipotizza che possano rappresentare anche lune e asteroidi. Uno studio pubblicato nel 2008 da Geraint Jones, dell'University College di Londra, a capo del team che coordina le operazioni di Cassini, racconta di Rhea, un satellite di Saturno, di appena 1.500 chilometri di diametro; intorno al quale orbiterebbero detriti e polveri, a circa 6mila km dal cuore della luna saturniana. Così accadrebbe in prossimità di Chariklo, fra i più importanti dei Centauri, asteroidi che danzano intorno a Giove e Saturno; un tempo comete, ma oggi potenzialmente caratterizzati da sottili anelli di materiale roccioso.

Che siano pianeti, satelliti o asteroidi, la formazione di anelli parrebbe dovuta a due fenomeni: la collisione fra oggetti del sistema solare o la distruzione di un corpo celeste dovuta al superamento del cosiddetto «limite di Roche». Il primo caso si riferisce all'impatto fra due corpi celesti. La storia dell'astronomia è ricca di eventi di questo tipo. La Luna potrebbe essersi generata in questo modo, e anche l'asse tanto inclinato di Urano (di 98 gradi, contro i 23 gradi terrestri) potrebbe derivare da uno scontro fra titani cosmici. Se, però, non si genera un satellite e non si instaura un piano di rotazione anomalo, l'urto potrebbe determinare la nascita dei caratteristici anelli che seguono un'orbita precisa, obbedendo alla forza di gravità. Un oggetto qualunque proveniente dai confini del sistema solare può impattare sulla superficie di un normale corpo celeste; e il risultato può essere la disintegrazione dell'oggetto più piccolo che, ridotto in frammenti, finisce per essere catturato dal campo gravitazionale del corpo di dimensioni maggiori, trasformandosi in uno o più anelli.

Il limite di Roche, invece, prende il nome dallo scienziato Edouard Albert Roche, nato a Montpellier il 17 ottobre 1820. Si occupò di Saturno e il suo lavoro è ancora oggi ricordato per le conclusioni relative al mistero degli anelli saturniani. Indicò un limite chilometrico oltre il quale un satellite non è più in grado di mantenere la sua stabilità. Pensiamo alla Luna. Se il suo piano orbitale dovesse abbassarsi sempre più, finirebbe per essere «triturata» dalla gravità terrestre; significa che le forze di coesione (che tengono insieme gli elementi di un corpo) verrebbero meno, a vantaggio di quella gravitazionale. Dunque, gli anelli di Saturno e degli altri pianeti gassosi potrebbero derivare dal disequilibrio fra forze differenti, che alla fine impedirebbero a una luna di continuare a girare intorno a un pianeta o addirittura ne comprometterebbero fin dall'inizio la sua formazione. Oltre il limite di Roche, invece, le condizioni consentono ai detriti di compattarsi e formare un satellite; così si sono formati la Luna, Europa, Io, Ganimede, Titano.

Il limite di Roche varia pertanto da pianeta a pianeta. Giove lo possiede a 175mila chilometri di distanza dalla superficie; Nettuno a 59mila. Altra particolarità: in prossimità degli anelli possono presentarsi dei «satelliti pastore», strettamente legati alla sopravvivenza degli anelli planetari; interferiscono con essi a livello gravitazionale e consentono la formazione di spazi chilometrici fra uno strato detritico e l'altro. Prometeo e Pandora sono due esempi, in corrispondenza dell'anello più esterno di Saturno, spesso non più di cento chilometri. Entrambi scoperti nel 1980 dalla sonda Voyager, presentano una forma schiacciata e una superficie porosa, e ogni quindici ore si avvicinano o allontanano dalle polveri.

Lo stesso fenomeno è riscontrabile su Giove e Urano con i satelliti pastore Metis, Adrastea, Cordelia e Ofelia. Cambia tutto però se si considera uno degli enigmi più intriganti dell'astronomia: le stelle doppie. Sono corpi celesti che brillano di luce propria e che, in pratica, orbitano uno intorno all'altro.

In questo caso non sussiste un vero limite di Roche poiché le masse dei due soli possono fondersi fra loro, scambiandosi parti di materia.