L’estate sta finendo, e un anno se ne va… Su Saturno non ci saranno i Righeira, ma anche lì l’estate dell’emisfero settentrionale, così come sulla Terra, sta volgendo al termine. Saturno ha, infatti, un’inclinazione assiale e vive le stagioni allo stesso modo del nostro pianeta. Ma con una grande differenza: il pianeta con gli anelli impiega trent’anni per orbitare intorno al Sole, quindi le sue stagioni durano 7,5 anni terrestri. Così mentre noi stiano andando verso l’equinozio d’autunno settentrionale a settembre, Saturno sta volgendo verso l’equinozio d’autunno settentrionale nel 2025, e i poli nord di entrambi i pianeti si stanno dirigendo verso lunghi periodi di inverno polare.
Questo “bollettino meteorologico interplanetario” è stato pubblicato la settimana scorsa dagli scienziati planetari dell’Università di Leicester su Jgr Planets, e fornisce nuove informazioni sull’alternarsi delle stagioni saturniane, evidenziando un cambio di stagione in atto e un ultimo “scorcio di estate”. Le nuove osservazioni hanno, infatti, mostrato una parte del polo nord di Saturno, con il suo enorme vortice caldo pieno di gas idrocarburi, prima che inizi a ritirarsi nell’oscurità dell’inverno polare.
Montaggio delle osservazioni di Saturno compiute da Jwst. Per studiare l’emisfero settentrionale e gli anelli di Saturno sono state infatti necessarie quattro distinte osservazioni, qui visibili nei quattro tasselli del mosaico. I colori dei tasselli sono una combinazione di blu (temperatura stratosferica), verde (temperatura della troposfera superiore) e rosso (temperatura della troposfera inferiore) ottenuti utilizzando Miri, strumento sensibile soprattutto alla temperatura. Sullo sfondo è riportata un’osservazione a luce visibile, acquisita nel settembre 2022 da Hubble. Crediti: Nasa, Esa e Amy Simon (Nasa-Gsfc); elaborazione delle immagini: Alyssa Pagan (Stsci)
Il team di Leicester ha utilizzato lo strumento Mid-Infrared Instrument (Miri) del James Webb Space Telescope (Jwst) per studiare l’atmosfera di Saturno nella luce infrarossa: ciò ha permesso di misurare le temperature, le masse gassose e le nubi in movimento, fino alle regioni alte dell’atmosfera, note come stratosfera. Lo strumento Miri divide, infatti, la luce infrarossa nelle diverse lunghezze d’onda che la compongono, consentendo agli scienziati di vedere le “impronte digitali” della ricca varietà di sostanze chimiche presenti nell’atmosfera e negli aerosol di un pianeta.
Nell’immagine qui sopra, creata combinando solo alcune delle varie lunghezze d’onda osservate da Miri, spicca in blu la brillante emissione termica del polo settentrionale, dove è presente il caldo ciclone polare settentrionale (Npc, north polar cyclone), largo 1.500 km e osservato per la prima volta dalla missione Cassini. Il ciclone è circondato da una più ampia regione di gas caldi chiamata vortice stratosferico del polo nord (Npsv, north-polar stratospheric vortex). Formatisi nella primavera saturniana e così rimasti per tutta l’estate settentrionale, questi vortici caldi nella stratosfera sono riscaldati dal calore del Sole durante tutta la lunga stagione estiva di Saturno. Con l’avvicinarsi dell’equinozio d’autunno, nel 2025, il vortice stratosferico del polo nord inizierà a raffreddarsi per poi, successivamente, scomparire quando l’emisfero settentrionale sarà nell’oscurità dell’autunno. Gli scienziati hanno notato che l’Npsv ha subito, trascinato da venti occidentali, un surriscaldamento dal 2017 in poi e che presenta, oggi, un aumento localizzato di diversi idrocarburi.
Lo strumento Miri ( Mid InfraRed Instrument) montato sul James Webb Space Telescope. Crediti: Nasa
Saturno ha un modello di circolazione stratosferica su larga scala, con temperature più calde e un eccesso di idrocarburi – come l’etano e l’acetilene – alle medie latitudini settentrionali in inverno: ciò significa che l’aria, ricca di idrocarburi, “affonda” dall’alto verso il basso. Modellando gli spettri a medio infrarosso, gli scienziati hanno notato che le distribuzioni delle temperature stratosferiche e dei gas, in questo particolare momento del ciclo stagionale di Saturno, sono piuttosto diverse da quelle osservate dalla missione Cassini durante l’inverno e la primavera settentrionali. Prima di questo studio, si pensava che l’aria salisse alle medie latitudini estive meridionali, attraversasse l’equatore e sprofondasse nelle medie latitudini invernali settentrionali. I dati mostrano, per la prima volta, le prove di un cambiamento effettivo delle temperature e dei venti nell’oscillazione equatoriale, nei vortici polari e nella circolazione stratosferica su Saturno. I risultati dello spettrometro a media risoluzione Miri, raccolti a novembre del 2022, hanno rivelato, infatti, che la circolazione stratosferica si è invertita, e si osservano temperature stratosferiche fredde e basse quantità di idrocarburi nel polo nord (tra 10 e 40 gradi nord), suggerendo un upwelling – una risalita – di aria povera di idrocarburi in estate, che poi fluirà verso sud durante l’inverno.
«La qualità dei nuovi dati di Jwst è semplicemente mozzafiato», dice entusiasta il professore Leigh Fletcher dell’Università di Leicester (Regno Unito). «È stata sufficiente una breve serie di osservazioni per consentirci di continuare l’impresa ereditata dalla missione Cassini, in una stagione saturniana completamente nuova, osservando come i modelli meteorologici e la circolazione atmosferica rispondono ai cambiamenti della luce solare». Osservazioni iniziate otto anni fa, a cinque anni dal termine della missione Cassini, e culminate nella raccolta dei dati di alta qualità e definizione forniti da Jwst a fine 2022. «Jwst è in grado di vedere lunghezze d’onda della luce inaccessibili a qualsiasi veicolo spaziale precedente, producendo un insieme di dati squisiti, che stuzzicano l’appetito per gli anni a venire», continua Fletcher. «Questo su Saturno è solo il primo step di un programma di osservazioni di tutti e quattro i pianeti giganti, e James Webb sta fornendo capacità che vanno al di là di qualsiasi altro strumento utilizzato in passato».
Immagini composite create combinando le tre “mattonelle” di Saturno per mostrare la variazione da equatore a polo della temperatura di luminosità a diverse lunghezze d’onda. Sono mostrati: l’opacità degli aerosol nella troposfera profonda; il forte assorbimento di NH3; una miscela di emissione termica e luce solare riflessa dagli aerosol della troposfera superiore. Crediti: University of Leicester
In effetti, la serie di dati raccolti da Jwst ha rivelato finora, con ottima definizione, la struttura a bande di Saturno, i vortici polari caldi e la continua evoluzione di un modello oscillatorio di anomalie calde e fredde sull’equatore di Saturno. Con la sua atmosfera variabile a seconda delle stagioni, i suoi delicati anelli e la sua miriade di satelliti, Saturno rappresenta un bersaglio iniziale ideale per testare le capacità del telescopio Jwst. «Questo pianeta è grande, luminoso, in rotazione e in movimento nel cielo, e rappresenta una sfida per il piccolo campo di vista dello strumento Miri», spiega Oliver King, assegnista di ricerca nel gruppo di Fletcher. «Lo strumento a infrarossi può vedere solo un’area ristretta di Saturno per volta, con il rischio di saturare i rivelatori per l’eccessiva luminosità, rispetto agli obiettivi abituali di Jwst. Le osservazioni sono state così condotte in tre tranche, come tre mattonelle di un mosaico: prima dall’equatore al polo nord, e poi verso gli anelli per un “inquadratura” finale».
Lo studio non sarebbe stato possibile, sottolineano i ricercatori inglesi, senza l’ampio gruppo di esperti che ha contribuito al programma di osservazione, in particolare, tutti i collaboratori del James Webb Space Telescope che hanno supportato le sfide di un telescopio nuovo di zecca. «Prima d’ora, nessun veicolo è mai stato presente nello spazio per esplorare la tarda estate e l’autunno settentrionale di Saturno», conclude Fletcher. «Speriamo che questo sia solo il punto di partenza e che il James Webb possa proseguire l’eredità e la scienza di Cassini negli anni a venire. Se possiamo ottenere così tante nuove scoperte da una singola osservazione di un singolo mondo, immaginate quali scoperte ci aspettano nel prossimo futuro».
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo su JGR Planets “Saturn’s Atmosphere in Northern Summer Revealed by JWST/MIRI” di Leigh N. Fletcher, Oliver R. T. King, Jake Harkett, Heidi B. Hammel, Michael T. Roman, Henrik Melin, Matthew M. Hedman, Julianne I. Moses, Sandrine Guerlet, Stefanie N. Milam e Matthew S. Tiscareno.