Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Introduzione

Per gli standard terrestri, la luna di Saturno, Titano, è un posto strano. Più grande del pianeta Mercurio, Titano è avvolto in una fitta atmosfera (è l’unica luna del sistema solare ad averne una) e coperto da fiumi e mari di idrocarburi liquidi come il metano e l’etano. Sotto di essi c’è una spessa crosta di ghiaccio d’acqua e ancora più al di sotto potrebbe esserci un oceano d’acqua liquida che potrebbe potenzialmente ospitare la vita.

Ora, decenni di misurazioni e calcoli hanno rivelato che l’orbita di Titano intorno a Saturno si sta allargando – il che significa che la luna si sta allontanando sempre più dal pianeta – ad un ritmo circa 100 volte più veloce del previsto. La ricerca suggerisce che Titano è nato molto più vicino a Saturno ed è migrato alla sua attuale distanza di 1,2 milioni di chilometri (circa 746.000 miglia) in 4,5 miliardi di anni.

La maggior parte dei lavori precedenti aveva previsto che lune come Titano o la luna di Giove, Callisto, si fossero formate a una distanza orbitale simile a quella in cui le vediamo ora“, dice Jim Fuller della Caltech, professore assistente di astrofisica teorica e coautore del nuovo articolo. “Ciò implica che il sistema lunare di Saturno, e potenzialmente i suoi anelli, si sono formati e si sono evoluti in modo più dinamico di quanto si credesse in precedenza“.

I risultati sono descritti in un articolo apparso sulla rivista Nature Astronomy l’8 giugno.

Migrazione orbitale

Per capire le basi della migrazione orbitale, possiamo guardare alla nostra stessa luna. La luna terrestre esercita una piccola attrazione gravitazionale sul pianeta mentre orbita. Questo è ciò che causa le maree: i continui strattoni della luna causano il rigonfiamento degli oceani della Terra da un lato all’altro. Processi di attrito all’interno della terra convertono parte di questa energia in calore, distorcendo il campo gravitazionale terrestre in modo da trascinare la luna in avanti nella sua orbita. Questo fa sì che la luna acquisisca energia e si allontani gradualmente dalla terra, ad una velocità di circa 3,8 centimetri all’anno. Questo processo è veramente graduale però; la Terra non “perderà” la luna finché sia la terra che la luna non saranno inghiottite dal sole in circa sei miliardi di anni.

Titano esercita una simile attrazione su Saturno, ma i processi di attrito all’interno di Saturno sono di solito ritenuti più deboli di quelli all’interno della Terra a causa della composizione gassosa di Saturno. Le teorie standard prevedono che, a causa della sua distanza da Saturno, Titano dovrebbe allontanarsi ad una velocità (lenta) di al massimo 0,1 centimetri all’anno. Ma i nuovi risultati contraddicono questa previsione.

Astrometria e radiometria

Nel lavoro dettagliato nel documento pubblicato su Nature Astronomy, due gruppi di ricercatori hanno utilizzato ciascuno una tecnica diversa per misurare l’orbita di Titano per un periodo di 10 anni. Una tecnica, chiamata astrometria, ha prodotto misure precise della posizione di Titano rispetto alle stelle di sfondo nelle immagini scattate dalla navicella Cassini. L’altra tecnica, la radiometria, misurava la velocità di Cassini in quanto era influenzata dalla forza gravitazionale di Titano.

Utilizzando due serie di dati completamente indipendenti -astrometrica e radiometrica – e due diversi metodi di analisi, abbiamo ottenuto risultati che sono in pieno accordo“, dice il primo autore dello studio, Valéry Lainey, ex JPL (che Caltech gestisce per la NASA), ora dell’Osservatorio di Parigi, Università PSL. Lainey ha lavorato con il team di astrometria.

Blocco della risonanza

I risultati sono anche in accordo con una teoria proposta nel 2016 da Fuller, che prevedeva che il tasso di migrazione di Titano sarebbe stato molto più veloce di quanto stimato dalle teorie standard sulle maree. La sua teoria osserva che Titano dovrebbe spremere gravitazionalmente Saturno con una particolare frequenza che fa oscillare fortemente il pianeta, in modo simile a come l’oscillazione delle gambe su un’altalena con il giusto tempismo può portare sempre più in alto. Questo processo di forzatura delle maree è chiamato blocco della risonanza.

Fuller ha proposto che l’elevata ampiezza dell’oscillazione di Saturno dissipi una grande quantità di energia, che a sua volta farebbe migrare Titano verso l’esterno dal pianeta ad una velocità più veloce di quanto si pensasse. In effetti, entrambe le osservazioni hanno rilevato che Titano si allontana da Saturno ad una velocità di 11 centimetri all’anno, più di 100 volte di quanto previsto dalle precedenti teorie.

La teoria del blocco della risonanza può essere applicata a molti sistemi astrofisici. Ora sto facendo un lavoro teorico per vedere se la stessa fisica può accadere nei sistemi stellari binari, o negli esopianeti“, dice Fuller.

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