Piogge di Elio Liquido nel Cuore di Saturno

Piogge di Elio Liquido nel Cuore di Saturno

Grazie a nuove analisi dei dati raccolti dalla sonda Cassini della NASA, gli astronomi hanno scoperto che il singolare campo magnetico di Saturno potrebbe derivare da una “pioggia” di elio liquido che ricade lentamente sullo strato di idrogeno metallico all’interno del pianeta.

È notoriamente difficile studiare la struttura interna dei giganti gassosi. “Analizzando come Saturno si sia formato e sia evoluto nel tempo possiamo apprendere molte informazioni su altri pianeti simili a Saturno all’interno del nostro Sistema Solare, così come al di fuori”, afferma Sabine Stanley della Johns Hopkins University, tra gli autori dello studio. Saturno si distingue tra gli altri pianeti del Sistema Soalre perché il suo campo magnetico è quasi perfettamente simmetrico attorno all’asse di rotazione. Misurazioni dettagliate del campo magnetico ricavate dalla sonda Cassini forniscono l’opportunità di sondare  l’interno del pianeta, da cui ha origine il campo magnetico stesso.

Il team guidato da Chi Yan della Johns Hopkins ha inserito i dati di Cassini in potenti simulazioni a computer, simili a quelle utilizzate per studiare meteo e clima. In questo modo i ricercatori hanno esplorato quali ingredienti siano necessari per produrre l’effetto dinamo da cui deriva il campo magnetico di Saturno. “Una cosa che abbiamo scoperto è quanto il modello sia sensibile a fattori molto specifici come le temperature”, afferma Stanley. “E ciò significa che abbiamo a disposizione una sonda molto interessante dell’interno di Saturno fino a 20.000 chilometri di profondità. È una sorta di visione a raggi X”.

Secondo gli scienziati, l’effetto dinamo nella rotazione e convezione di un fluido conduttore genera i campi magnetici planetari. Il campo magnetico terrestre, ad esempio, ha origine all’interno del suo nucleo di ferro fuso, mentre i nuclei di Giove e Saturno contengono idrogeno riscaldato e compresso fino a uno stato “fluido”. Yan and Stanley hanno scoperto che il modello migliore per spiegare le osservazioni prevede quattro strati interni per Saturno. Il nucleo più interno sarebbe solido, contenente la roccia e il ghiaccio attorno a cui Saturno si è condensato all’epoca della sua formazione. Lo strato successivo, da cui ha origine la dinamo del pianeta, è un nucleo esterno convettivo di idrogeno metallico ed elio disciolto. Le temperature e le pressioni immense fanno sì che lo strato si trovi in una non ben definita transizione di fase che rende il materiale un “fluido supercritico”, con caratteristiche intermedie tra quelle di un liquido (per l’alta densità) e quelle di un gas (per la bassa viscosità). Anche il terzo strato è un fluido supercritico, ma qui l’elio non si dissolve in idrogeno, rimanendo invece separato, come olio nell’acqua. In questa regione estrema l’elio “piove” giù molto lentamente attraverso l’idrogeno fluido.

Questa insolita “pioggia” di elio può avvenire soltanto a pressioni pari a quasi un milione di volte la pressione atmosferica della Terra a livello del mare, ma a pressioni inferiori rispetto al nucleo più interno del pianeta, estremamente denso. L’elio, che occupa circa un quarto del fluido supercritico, forma bolle all’interno dell’idrogeno metallico, ricadendo più in profondità nel pianeta. Il modello del team prevede che l’interno di Saturno possa presentare, nella parte superiore dello strato in cui piove l’elio, temperature più elevate nella regione equatoriale, con temperature più basse verso i poli. I ricercatori hanno riscontrato inoltre nel modello minime asimmetrie vicino ai poli nord e sud, non previste in base alle osservazioni del pianeta.

Nell’immagine Saturno ripreso dal telescopio Hubble
CREDITS: NASA, ESA, A. Simon (GSFC), M.H. Wong (University of California, Berkeley), and the OPAL Team

https://releases.jhu.edu/2021/05/05/johns-hopkins-scientists-model-saturns-interior/