Saturno è il sesto pianeta dal Sole e il secondo più grande del Sistema Solare, dopo Giove. Essendo un gigante gassoso, il suo raggio medio è circa nove volte quello della Terra. Pur possedendo una densità media pari solo a un ottavo di quella della Terra, Saturno è oltre 95 volte più massiccio. Nonostante le sue dimensioni considerevoli, quasi paragonabili a quelle di Giove, la massa di Saturno è inferiore a un terzo di quella di Giove. Orbita attorno al Sole a una distanza di 9,59 UA (1.434 milioni di km), completando un periodo orbitale di 29,45 anni.
Saturno è il sesto pianeta a partire dal Sole e il secondo più grande del Sistema Solare, dopo Giove. È un gigante gassoso, con un raggio medio di circa 9 volte quello della Terra. Ha un ottavo della densità media della Terra, ma è oltre 95 volte più massiccio. Anche se Saturno è grande quasi quanto Giove, ha meno di un terzo della sua massa. Saturno orbita attorno al Sole a una distanza di 9,59 UA (1.434 milioni di km), con un periodo orbitale di 29,45 anni.
Si teorizza che l'interno di Saturno comprenda un nucleo roccioso, circondato da uno strato profondo di idrogeno metallico, uno strato intermedio di idrogeno liquido ed elio liquido e un involucro gassoso esterno. Il pianeta presenta una tonalità giallo pallido, attribuita ai cristalli di ammoniaca presenti nella sua atmosfera superiore. Si ritiene che una corrente elettrica all'interno dello strato metallico di idrogeno generi il campo magnetico planetario di Saturno. Sebbene questo campo sia più debole di quello terrestre, il suo momento magnetico è 580 volte maggiore a causa delle dimensioni maggiori di Saturno. In confronto, l'intensità del campo magnetico di Saturno è circa un ventesimo di quella di Giove. L'atmosfera esterna generalmente appare anonima e con scarso contrasto, sebbene possano emergere fenomeni atmosferici di lunga durata. La velocità del vento su Saturno è in grado di raggiungere i 1.800 chilometri all'ora (1.100 miglia all'ora).
Il pianeta è caratterizzato da un sistema di anelli luminoso ed esteso, composto prevalentemente da particelle di ghiaccio, integrate da piccole quantità di detriti rocciosi e polvere. Almeno 285 lune orbitano attorno a Saturno, 63 delle quali hanno un nome ufficiale; questa enumerazione non include le centinaia di lune che risiedono all'interno degli anelli. Titano, la luna più grande di Saturno e la seconda più grande del Sistema Solare, supera il pianeta Mercurio in dimensioni (anche se non in massa) ed è unico in quanto è l'unica luna del Sistema Solare a possedere un'atmosfera consistente.
Nomenclatura e simbolismo astronomico
Saturno prende il nome dal dio romano della ricchezza e dell'agricoltura, che era il padre del dio Giove. Il suo simbolo astronomico, (), è stato fatto risalire ai papiri greci Oxyrhynchus, dove è identificato come una legatura greca kappa-rho con un tratto orizzontale, che funziona come abbreviazione di Κρονος (Crono), il nome greco del pianeta (). Il simbolo in seguito si trasformò per somigliare a una eta greca minuscola, con una croce aggiunta in cima nel XVI secolo per cristianizzare questo emblema pagano.
I romani designavano il settimo giorno della settimana come sabato, Sāturni diēs, che significa "giorno di Saturno", in omaggio al pianeta Saturno.
Proprietà fisiche
Saturno è classificato come un gigante gassoso, composto prevalentemente da idrogeno ed elio. Manca una superficie solida definitiva, anche se è probabile che sia presente un nucleo solido. In particolare, Saturno è l'unico pianeta del Sistema Solare con una densità media inferiore a quella dell'acqua, inferiore di circa il 30%. Sebbene il nucleo di Saturno sia considerevolmente più denso dell'acqua, la densità specifica media del pianeta è 0,69 g/cm3, una caratteristica influenzata dalla sua estesa atmosfera. La massa di Giove è 318 volte quella della Terra, mentre quella di Saturno è 95 volte quella della Terra. Insieme, questi due pianeti costituiscono il 92% della massa planetaria totale all'interno del Sistema Solare.
Struttura interna
Nonostante la sua composizione primaria di idrogeno ed elio, la maggior parte della massa di Saturno non esiste in fase gassosa. L'idrogeno passa a uno stato liquido non ideale quando la sua densità supera 0,01 g/cm3, una condizione raggiunta in un raggio che comprende il 99,9% della massa totale di Saturno. La temperatura, la pressione e la densità all'interno di Saturno aumentano costantemente verso il nucleo, facendo sì che l'idrogeno adotti uno stato metallico negli strati più profondi.
I modelli planetari standard suggeriscono che la struttura interna di Saturno è analoga a quella di Giove, caratterizzata da un piccolo nucleo roccioso circondato da idrogeno ed elio, con tracce di varie sostanze volatili. Tuttavia, l'analisi della sua distorsione gravitazionale rivela che Saturno è sostanzialmente più condensato centralmente di Giove, di conseguenza contiene una percentuale maggiore di materiale più denso dell'idrogeno vicino al suo centro. Le regioni centrali di Saturno sono composte per circa il 50% da idrogeno in massa, rispetto al 67% di Giove.
Il nucleo di Saturno, sebbene composizionalmente simile a quello della Terra, mostra una maggiore densità. L'analisi del momento gravitazionale di Saturno, abbinata a modelli fisici interni, ha consentito di determinare i vincoli sulla massa del nucleo. Nel 2004, stime scientifiche indicavano una massa del nucleo compresa tra 9 e 22 volte quella della Terra, corrispondente a un diametro approssimativo di 20.000 km (12.000 mi). Tuttavia, i dati derivati dagli anelli di Saturno propongono un nucleo significativamente più diffuso, che possiede una massa equivalente a circa 17 Terre e un raggio che costituisce circa il 60% del raggio totale di Saturno. Questo nucleo è avvolto da un sostanziale strato di idrogeno metallico liquido, seguito da uno strato liquido di idrogeno molecolare saturo di elio, che si trasforma progressivamente allo stato gassoso con l'aumentare dell'altitudine. Lo strato atmosferico più esterno si estende per circa 1.000 km (620 mi) ed è composto interamente da gas.
Saturno possiede un interno ad alta temperatura, con il suo nucleo che raggiunge gli 11.700 °C (21.100 °F), ed emette nello spazio 2,5 volte più energia di quella che assorbe dal Sole. Sebbene l'energia termica di Giove abbia origine dal meccanismo Kelvin-Helmholtz di compressione gravitazionale graduale, questo processo da solo potrebbe non spiegare adeguatamente la generazione di calore di Saturno a causa della sua massa inferiore. Un meccanismo alternativo o supplementare proposto prevede la generazione di calore tramite la "pioggia" di goccioline di elio nelle profondità dell'interno di Saturno. Mentre queste goccioline scendono attraverso l'idrogeno meno denso, le forze di attrito rilasciano calore, impoverendo contemporaneamente gli strati atmosferici esterni di elio di Saturno. Si ipotizza che queste goccioline discendenti possano essersi coalizzate per formare un guscio di elio che circonda il nucleo. La presenza di piogge di diamanti è stata teorizzata anche su Saturno, Giove e sui giganti del ghiaccio Urano e Nettuno.
Rotazione
Le caratteristiche osservabili di Saturno mostrano velocità di rotazione dipendenti dalla latitudinalità, con periodi di rotazione distinti attribuiti a varie regioni, rispecchiando le osservazioni su Giove. Gli astronomi utilizzano tre sistemi distinti per definire la velocità di rotazione di Saturno. Il Sistema I, con un periodo di 10h 14m 00s (844,3°/d), comprende la zona equatoriale, la fascia equatoriale meridionale e la fascia equatoriale settentrionale. Si presume che le regioni polari possiedano tassi di rotazione analoghi al Sistema I. Tutte le altre latitudini di Saturno, escluse le aree polari settentrionali e meridionali, sono designate come Sistema II e a loro è stato assegnato un periodo di rotazione di §1415§h 38m 25,4s (810,76°/d). Il Sistema III denota la velocità di rotazione interna di Saturno. Sulla base delle emissioni radio planetarie rilevate da Voyager 1 e Voyager 2, il Sistema III mostra un periodo di rotazione di §2829§h 39m 22,4s (810,8°/d). Il Sistema III ha ampiamente soppiantato il Sistema II.
Determinare un periodo di rotazione preciso per l'interno di Saturno continua a essere una sfida. Durante il suo avvicinamento a Saturno nel 2004, la sonda Cassini ha osservato un notevole aumento del periodo di rotazione radio del pianeta, raggiungendo circa 10h 45m 45s ± 36s. Una stima completa della velocità di rotazione complessiva di Saturno, compilata da diverse misurazioni effettuate dalle sonde Cassini, Voyager e Pioneer, è §2223§h 32m 35s. Le indagini sull'anello C del pianeta indicano un periodo di rotazione di §3132§h 33m 38s + 1m 52s
- 1m 19s.
Nel marzo 2007, le osservazioni hanno rivelato una discrepanza tra le variazioni delle emissioni radio del pianeta e la velocità di rotazione di Saturno. Questa divergenza è potenzialmente attribuibile all'attività dei geyser che si verificano sulla luna di Saturno Encelado. Il vapore acqueo espulso nell'orbita di Saturno da questa attività viene ionizzato, generando una forza di resistenza sul campo magnetico di Saturno, che ne rallenta leggermente la rotazione rispetto alla rotazione interna del pianeta.
Oblatezza
A causa della sua dinamica rotazionale, il pianeta assume una forma sferoidale oblata, caratterizzata da un appiattimento polare e da un rigonfiamento equatoriale. Nello specifico, il suo raggio equatoriale, che misura 60.268 km (37.449 mi), supera il suo raggio polare di 54.364 km (33.780 mi) di oltre il 10%. In confronto, Giove, Urano e Nettuno, gli altri giganti gassosi del Sistema Solare, mostrano un grado minore di oblatezza. Questa interazione tra il rigonfiamento equatoriale e la velocità di rotazione del pianeta si traduce in una gravità superficiale effettiva all'equatore di 8,96 m/s2 (29,4 piedi/s2), che è solo il 74% della gravità polare e notevolmente inferiore alla gravità superficiale terrestre. Al contrario, la velocità di fuga equatoriale, circa 36 km/s (22 mi/s; 130.000 km/h; 81.000 mph), supera significativamente la velocità di fuga della Terra.
Atmosfera
L'atmosfera esterna di Saturno è composta principalmente da idrogeno molecolare (96,3% in volume) ed elio (3,25% in volume). In particolare, la proporzione di elio è considerevolmente inferiore alla sua abbondanza cosmica osservata nel Sole. Sebbene la quantità precisa di elementi più pesanti dell'elio (detta metallicità) rimanga indeterminata, si ipotizza che le loro proporzioni relative siano in linea con le abbondanze primordiali stabilite durante la genesi del Sistema Solare. Si stima che la massa cumulativa di questi elementi più pesanti vari da 19 a 31 volte quella della Terra, con una porzione sostanziale concentrata nel nucleo di Saturno.
Costituenti minori, tra cui ammoniaca, acetilene, etano, propano, fosfina e metano, sono stati identificati nell'atmosfera di Saturno. Gli strati nuvolosi più alti sono formati da cristalli di ammoniaca, mentre si ritiene che le formazioni nuvolose più profonde comprendano idrosolfuro di ammonio (NH4SH) o acqua. La radiazione ultravioletta solare avvia la fotolisi del metano nell'alta atmosfera, innescando una cascata di reazioni chimiche di idrocarburi i cui prodotti vengono successivamente trasportati verso il basso tramite correnti parassite e diffusione. Il ciclo stagionale annuale di Saturno influenza questo processo fotochimico. La missione Cassini ha documentato una serie distintiva di caratteristiche nuvolose alle latitudini settentrionali, colloquialmente chiamate "filo di perle", che rappresentano radure all'interno di strati nuvolosi più profondi.
Livelli cloud
L'atmosfera di Saturno mostra una struttura a bande analoga a quella di Giove, sebbene le sue bande siano considerevolmente più deboli e mostrino una larghezza maggiore più vicino all'equatore. La terminologia utilizzata per queste bande atmosferiche rispecchia quella utilizzata per Giove. I modelli dettagliati delle nuvole su Saturno rimasero inosservati fino ai sorvoli della navicella spaziale Voyager negli anni '80. I successivi progressi nella tecnologia telescopica terrestre hanno consentito osservazioni di routine di queste caratteristiche.
La composizione delle nuvole mostra variazioni con l'aumentare della profondità e della pressione. Gli strati nuvolosi più alti, caratterizzati da temperature comprese tra 100 e 160 K e pressioni comprese tra 0,5 e 2 bar, sono composti da ghiaccio di ammoniaca. Le nubi di ghiaccio d'acqua iniziano a circa 2,5 bar e si estendono fino a 9,5 bar, comprendendo temperature da 185 a 270 K. All'interno di questo strato è presente una fascia distinta di ghiaccio di idrosolfuro di ammonio, che copre un intervallo di pressione di 3–6 bar e temperature di 190–235 K. Gli strati più profondi, soggetti a pressioni tra 10 e 20 bar e temperature da 270–330 K, contengono una regione di soluzione acquosa di ammoniaca goccioline.
Sebbene sia tipicamente caratterizzata da un aspetto attenuato, l'atmosfera di Saturno manifesta periodicamente caratteristiche ovali di lunga durata e altri fenomeni simili a quelli osservati su Giove. Nel 1990, il telescopio spaziale Hubble catturò l'immagine di un'enorme nuvola bianca vicino all'equatore di Saturno, una caratteristica assente durante le missioni Voyager; una tempesta più piccola fu successivamente osservata nel 1994. L'evento del 1990 esemplificava una Grande Macchia Bianca, un fenomeno transitorio che ricorre circa una volta per anno saturniano (equivalente a circa 30 anni terrestri), tipicamente coincidente con il solstizio d'estate dell'emisfero settentrionale.
Precedenti casi di Grandi Macchie Bianche furono documentati nel 1876, 1903, 1933 e 1960, con la La tempesta del 1933 è stata quella osservata più approfonditamente. La tempesta colossale più recente è stata registrata nel 2010. Nel 2015, i ricercatori hanno utilizzato il telescopio Very Large Array per studiare l'atmosfera di Saturno, segnalando il rilevamento di "segni duraturi di tutte le tempeste giganti di media latitudine, un misto di tempeste equatoriali vecchie anche di centinaia di anni e potenzialmente una tempesta più antica non segnalata a 70° N".
Saturno possiede i secondi venti più veloci del Sistema Solare, superato solo da Nettuno. I dati delle missioni Voyager hanno rivelato che la velocità massima del vento da est ha raggiunto i 500 m/s (1.800 km/h). Le osservazioni effettuate dalla sonda Cassini nel 2007 hanno raffigurato l'emisfero settentrionale di Saturno con una distinta colorazione blu brillante, simile a quella di Urano, un fenomeno molto probabilmente attribuibile allo scattering di Rayleigh. L'analisi termografica ha identificato un caldo vortice polare al polo sud di Saturno, che rappresenta l'unico esempio noto di tale caratteristica all'interno del Sistema Solare. Mentre le temperature tipiche di Saturno si aggirano intorno ai -185 °C, le temperature all'interno di questo vortice salgono spesso fino a -122 °C, suggerendo che sia la regione più calda del pianeta.
Modelli di nuvole esagonali
Un persistente modello di onde esagonali, situato attorno al vortice polare nord a circa 78° di latitudine N, è stato inizialmente osservato nelle immagini Voyager. Ciascun lato di questo esagono misura circa 14.500 km (9.000 mi), superando il diametro della Terra. La struttura completa ruota con un periodo di 10h 39m 24s, che corrisponde al periodo di emissione radio del pianeta e si presume corrisponda al periodo di rotazione dell'interno di Saturno. A differenza di altre nubi atmosferiche visibili, questa caratteristica esagonale mantiene una posizione longitudinale fissa. L’origine precisa di questo modello rimane oggetto di considerevoli speculazioni scientifiche, con molti ricercatori che lo ipotizzano come un’onda stazionaria atmosferica. Esperimenti di laboratorio che coinvolgono la rotazione differenziale dei fluidi hanno replicato con successo formazioni poligonali simili.
Le immagini del telescopio spaziale Hubble (HST) della regione polare meridionale rivelano una corrente a getto, sebbene non mostri un robusto vortice polare o un'onda stazionaria esagonale. Nel novembre 2006, la NASA annunciò che la missione Cassini aveva rilevato una tempesta "simile a un uragano" fissata al polo sud, caratterizzata da una barriera oculare distinta. Prima di questa osservazione, le nubi degli occhi erano state identificate esclusivamente sulla Terra. Ad esempio, le immagini della navicella spaziale Galileo non raffiguravano un occhio all'interno della Grande Macchia Rossa di Giove.
Si ipotizza che questa tempesta al polo sud sia persistita per miliardi di anni. Il vortice è di dimensioni paragonabili alla Terra e presenta una velocità del vento di 550 km/h.
Magnetosfera
Saturno possiede un campo magnetico intrinseco, caratterizzato da una configurazione dipolo magnetico semplice e simmetrica. La sua intensità di campo equatoriale, che misura 0,2 gauss (20 μT), è circa un ventesimo di quella del campo magnetico di Giove e leggermente più debole di quello terrestre. Di conseguenza, la magnetosfera di Saturno è considerevolmente più piccola di quella di Giove.
All'ingresso della Voyager 2 nella magnetosfera, l'elevata pressione del vento solare ha limitato la sua estensione iniziale a soli 19 raggi di Saturno, o 1,1 milioni di km (684.000 mi). Tuttavia, successivamente si espanse nel giro di poche ore e mantenne le sue dimensioni maggiori per circa tre giorni. Il campo magnetico è molto probabilmente generato attraverso un meccanismo analogo a quello di Giove: correnti all'interno di uno strato di idrogeno metallico liquido, chiamato dinamo di idrogeno metallico. Questa magnetosfera devia efficacemente le particelle del vento solare provenienti dal Sole. Titano, una delle lune di Saturno, orbita all'interno dei confini esterni di questa magnetosfera, contribuendo con il plasma derivato da particelle ionizzate nella sua esosfera. Similmente alla magnetosfera terrestre, anche quella di Saturno genera aurore.
Orbita e osservazione
Saturno mantiene una distanza media superiore a 1,4 miliardi di chilometri (9 UA) dal Sole. Viaggiando a una velocità orbitale media di 9,68 km/s, Saturno completa una rivoluzione attorno al Sole in 10.759 giorni terrestri, che equivalgono a circa 29+§34§⁄§56§ anni. Questo periodo orbitale risulta in una risonanza del moto medio vicina a 5:2 con Giove. L'orbita ellittica di Saturno è inclinata di 2,48° rispetto al piano orbitale terrestre. In media, le sue distanze al perielio e all'afelio sono rispettivamente 9.195 UA e 9.957 UA.
Saturno possiede un solo asteroide troiano identificato, designato 2019 UO14. La sua configurazione trojan è stata annunciata ufficialmente nel settembre 2024, con l'asteroide in orbita attorno al Sole nel punto stabile di Lagrange L§67§, posizionato 60° davanti a Saturno nella sua orbita. Questa scoperta significa che Mercurio è ora l’unico pianeta senza asteroidi trojan conosciuti. La scarsità di trojan saturniani conosciuti è attribuita ai meccanismi di risonanza orbitale, inclusa la risonanza secolare.
Osservazione
Saturno è il più remoto dei cinque pianeti facilmente osservabili senza l'aiuto ottico della Terra, insieme a Mercurio, Venere, Marte e Giove. (Urano, e occasionalmente 4 Vesta, sono visibili anche ad occhio nudo in condizioni di cielo scuro.) Ad occhio nudo, Saturno appare nel cielo notturno come un punto di luce luminoso e giallastro. La sua magnitudine apparente media è 0,46, con una deviazione standard di 0,34. La maggior parte di questa fluttuazione di magnitudo deriva dall’inclinazione del sistema di anelli rispetto sia al Sole che alla Terra. La magnitudine più brillante, −0,55, coincide con i periodi in cui il piano degli anelli è maggiormente inclinato, mentre la magnitudine più debole, 1,17, si verifica quando sono meno inclinati.
Saturno completa il suo circuito orbitale dell'eclittica sullo sfondo delle costellazioni dello zodiaco in circa 29,4 anni. L'osservazione degli anelli di Saturno con una risoluzione distinta richiede in genere un aiuto ottico, come un binocolo molto grande o un piccolo telescopio, che fornisca un ingrandimento di almeno 30 volte.
Durante il transito della Terra attraverso il piano degli anelli, un evento che si verifica due volte ogni anno saturniano (all'incirca ogni 15 anni terrestri), gli anelli diventano momentaneamente impercettibili a causa della loro estrema sottigliezza. Il caso più recente di questa “scomparsa” è avvenuto nel 2025; tuttavia, le opportunità di osservazione erano precluse dalla vicinanza di Saturno al Sole.
Saturno e i suoi anelli sono osservati in modo ottimale durante o in prossimità dell'opposizione, una configurazione planetaria in cui il pianeta raggiunge un'allungamento di 180° e appare quindi diametralmente opposto al Sole nella sfera celeste. Ogni anno, circa ogni 378 giorni, si verifica un'opposizione saturniana che culmina nel picco di luminosità del pianeta. Sia la Terra che Saturno percorrono orbite eccentriche attorno al Sole. Questa eccentricità orbitale fa sì che le rispettive distanze dal Sole, e di conseguenza l'una dall'altra, fluttuino, portando a variazioni nella luminosità apparente di Saturno attraverso le opposizioni successive. Inoltre Saturno appare più luminoso quando i suoi anelli sono orientati in modo da massimizzarne la visibilità. Ad esempio, durante l'opposizione del 17 dicembre 2002, Saturno ha mostrato la sua massima luminosità grazie all'orientamento favorevole dei suoi anelli rispetto alla Terra, nonostante Saturno fosse più vicino alla Terra e al Sole alla fine del 2003.
Periodicamente, Saturno è occultato dalla Luna, il che significa che la Luna oscura Saturno dalla vista terrestre. Similmente ad altri pianeti del Sistema Solare, le occultazioni di Saturno si manifestano in “stagioni” cicliche. Questi eventi si verificano tipicamente mensilmente in un intervallo di circa 12 mesi, seguito da una pausa di circa cinque anni durante la quale non viene registrata alcuna attività di questo tipo. L'orbita della Luna è inclinata di diversi gradi rispetto a quella di Saturno, di conseguenza, le occultazioni sono limitate ai periodi in cui Saturno è vicino a uno dei punti celesti in cui i due piani orbitali si intersecano (sia la durata dell'anno di Saturno che il periodo di precessione nodale dell'orbita della Luna di 18,6 anni terrestri influenzano la periodicità).
Satelliti naturali
Saturno possiede 285 lune conosciute, 63 delle quali hanno ricevuto nomi formali. Le prove suggeriscono la presenza di decine o centinaia di lune, con diametri variabili da 40 a 500 metri, all'interno degli anelli di Saturno; tuttavia, queste non sono classificate come vere lune. Titano, la luna più grande, costituisce oltre il 90% della massa orbitale totale attorno a Saturno, compresi i suoi anelli. Si ipotizza che la seconda luna più grande di Saturno, Rea, possieda un proprio tenue sistema di anelli e un'atmosfera diffusa.
Un numero significativo delle rimanenti lune sono minuscole, con 142 che misurano meno di 50 km di diametro. Storicamente, alla maggior parte dei satelliti di Saturno sono stati assegnati nomi derivati dai Titani della mitologia greca. Titano è l'unico satellite del Sistema Solare con un'atmosfera consistente, che esibisce complessi processi chimici organici. Inoltre, è l'unico satellite noto a contenere laghi di idrocarburi.
Il 6 giugno 2013, gli scienziati dell'IAA-CSIC hanno annunciato il rilevamento di idrocarburi policiclici aromatici nell'atmosfera superiore di Titano, identificati come potenziali precursori della vita. Successivamente, il 23 giugno 2014, la NASA ha presentato prove convincenti che suggeriscono che l'azoto nell'atmosfera di Titano ha avuto origine da materiali all'interno della nube di Oort, tipicamente associati alle comete, piuttosto che dai costituenti primordiali che formarono Saturno.
Encelado, una delle lune di Saturno, è spesso considerata un potenziale habitat per la vita microbica grazie alla sua composizione chimica, che ricorda quella delle comete. A sostegno di questa ipotesi, le particelle ricche di sale della Luna mostrano una composizione “simile all’oceano”, suggerendo che la maggior parte del ghiaccio espulso da Encelado abbia origine dall’evaporazione dell’acqua salata liquida. Inoltre, un sorvolo ravvicinato del 2015 condotto da Cassini attraverso un pennacchio di Encelado ha rilevato la maggior parte dei componenti necessari per supportare forme di vita metanogeniche.
Nell'aprile 2014, gli scienziati della NASA hanno annunciato la potenziale formazione di una luna nuova all'interno dell'anello A di Saturno, sulla base delle immagini catturate da Cassini il 15 aprile 2013.
Anelli planetari
Saturno è riconosciuto principalmente per il suo caratteristico sistema di anelli planetari, che contribuiscono alla sua identità visiva unica. Questi anelli si estendono da 6.630 a 120.700 chilometri (da 4.120 a 75.000 miglia) dall'equatore di Saturno e possiedono uno spessore medio di circa 20 metri (66 piedi). La loro composizione consiste principalmente di acqua ghiacciata, integrata da tracce di impurità di tolina e da un rivestimento sparso di circa il 7% di carbonio amorfo. Le singole particelle all'interno degli anelli variano in dimensioni, da microscopici granelli di polvere a oggetti fino a 10 metri di diametro. Sebbene anche altri giganti gassosi presentino sistemi di anelli, quello di Saturno è in particolare il più esteso e visivamente prominente.
L'età precisa degli anelli di Saturno rimane oggetto di dibattito scientifico. Una prospettiva ipotizza che gli anelli siano antichi, essendosi formati contemporaneamente a Saturno da materiale nebulare primordiale circa 4,6 miliardi di anni fa, o poco dopo il tardo bombardamento pesante (da circa 4,1 a 3,8 miliardi di anni fa). Al contrario, un’altra teoria suggerisce un’origine significativamente più recente, stimando la loro formazione intorno a 100 milioni di anni fa. Un gruppo di ricerca del MIT, sostenendo quest'ultima ipotesi, ha proposto che gli anelli rappresentino i resti di una luna di Saturno disintegrata, che hanno chiamato "Chrysalis".
Situato a 12 milioni di chilometri (7,5 milioni di miglia) dal pianeta, oltre il sistema di anelli primari, si trova l'anello diffuso di Febe. Questo anello presenta un'inclinazione di 27° rispetto agli altri anelli e, rispecchiando la luna Febe, mantiene un'orbita retrograda.
Molte lune di Saturno, come Pandora e Prometeo, funzionano come lune pastore, confinando gravitazionalmente gli anelli e inibendone la dispersione. Inoltre, Pan e Atlante inducono sottili onde di densità lineare all'interno degli anelli di Saturno, che hanno facilitato determinazioni più precise delle rispettive masse.
Storia dell'osservazione e dell'esplorazione
La storia dell'osservazione e dell'esplorazione di Saturno può essere classificata in tre periodi distinti: (1) osservazioni premoderne a occhio nudo, (2) osservazioni telescopiche iniziate dalla Terra nel XVII secolo e (3) visite di sonde spaziali robotiche, tramite missioni orbitali o sorvoli. Nel corso del 21° secolo, le osservazioni telescopiche persistono da strutture basate sulla Terra, inclusi osservatori in orbita attorno alla Terra come il telescopio spaziale Hubble e, fino alla sua disattivazione nel 2017, dall'orbiter Cassini stazionato attorno a Saturno.
Osservazione pre-telescopica
Saturno è stato riconosciuto fin dalla preistoria e ha avuto un'importanza mitologica significativa nella storia più antica. Gli astronomi babilonesi osservavano e documentavano meticolosamente i movimenti celesti di Saturno. In greco antico, il pianeta veniva chiamato Φαίνων Phainon, mentre durante il periodo romano era conosciuto come la "stella di Saturno" o la "stella del Sole (Helios)." Nell'antica mitologia romana, il pianeta Phainon era venerato come sacro a una divinità agricola, da cui il pianeta deriva il suo nome contemporaneo. I romani identificavano il loro dio Saturno con il dio greco Crono. Nel greco moderno, il pianeta continua a essere chiamato Crono—Κρόνος: Crono.
Lo scienziato greco Tolomeo formulò i suoi calcoli per l'orbita di Saturno utilizzando osservazioni condotte durante l'opposizione del pianeta. Nell'astrologia indù, Saturno è identificato come "Shani", una delle nove entità astrologiche conosciute come Navagrahas, e si ritiene che impartisca un giudizio basato sulle azioni di un individuo. Le antiche culture cinese e giapponese si riferivano a Saturno come alla "stella della terra" o "stella del suolo" (土星), una classificazione radicata nel tradizionale sistema dei cinque elementi utilizzato per classificare i fenomeni naturali.
In ebraico, Saturno è designato come Shabbathai. Cassiel è identificato come il suo angelo associato. Il suo spirito benevolo, o intelligenza, è 'Agȋȇl (ebraico: אגיאל, romanizzato: ʿAgyal), mentre la sua controparte malevola, o demone, è Zȃzȇl (ebraico: זאזל, romanizzato: Zazl). Zazel è caratterizzato come un potente angelo, spesso invocato nelle pratiche magiche salomoniche, particolarmente noto per l'efficacia nelle "evocazioni d'amore". Nel turco ottomano, nell'urdu e nel malese, Zazel viene chiamato "Zuhal", una nomenclatura originaria dell'arabo (arabo: زحل, romanizzato: Zuhal).
Osservazioni telescopiche pre-volo spaziale
La risoluzione degli anelli di Saturno richiede un telescopio con un'apertura minima di 15 mm. La loro esistenza rimase non confermata finché Christiaan Huygens non li osservò nel 1655 e successivamente pubblicò le sue scoperte nel 1659. In precedenza, nel 1610, Galileo, utilizzando un telescopio rudimentale, interpretò erroneamente l'aspetto non sferico di Saturno come due lune distinte che fiancheggiano il pianeta.
L'applicazione da parte di Huygens dell'ingrandimento telescopico potenziato ha successivamente smentito questa precedente ipotesi, portando all'osservazione definitiva degli anelli. Inoltre, a Huygens è attribuita la scoperta di Titano, la luna più grande di Saturno. Successivamente, Giovanni Domenico Cassini identificò altre quattro lune: Giapeto, Rea, Teti e Dione. Nel 1675, Cassini identificò anche il divario prominente all'interno degli anelli, che ora è designato come Divisione Cassini.
Nuove scoperte significative cessarono fino al 1789, quando William Herschel identificò altre due lune, Mimas ed Encelado. Il satellite Hyperion dalla forma irregolare, caratterizzato dalla sua risonanza orbitale con Titano, fu successivamente scoperto nel 1848 da un gruppo di ricerca britannico.
Nel 1899, William Henry Pickering identificò Phoebe, un satellite altamente irregolare che devia dalla rotazione sincrona osservata nelle lune più grandi di Saturno. Ciò segnò la scoperta iniziale di un satellite di questo tipo, notevole per la sua orbita retrograda e il periodo orbitale superiore a un anno. Nel corso dell'inizio del XX secolo, le indagini su Titano culminarono con la conferma, nel 1944, della sua densa atmosfera, una caratteristica senza precedenti tra le altre lune del Sistema Solare.
Missioni di volo spaziale
Il Pioneer 11 Flyby
Nel settembre 1979, la navicella spaziale Pioneer 11 eseguì il sorvolo inaugurale di Saturno, avvicinandosi entro 20.000 km (12.000 miglia) dalle cime delle nuvole del pianeta. Nonostante siano state acquisite immagini di Saturno e di molte delle sue lune, la loro risoluzione si è rivelata insufficiente per risolvere le caratteristiche della superficie. Inoltre, la sonda ha studiato il sistema degli anelli di Saturno, identificando il delicato anello F e osservando che gli spazi scuri degli anelli appaiono luminosi se osservati ad un angolo di fase elevato (verso il Sole), indicando la presenza di materiale particolato fine che diffonde la luce. Inoltre, Pioneer 11 ha condotto misurazioni della temperatura su Titano.
I Voyager Flyby
La sonda Voyager 1 raggiunse il sistema di Saturno nel novembre 1980. Questa missione trasmise le prime immagini ad alta risoluzione del pianeta, dei suoi anelli e dei suoi satelliti. Di conseguenza, per la prima volta furono osservate le caratteristiche superficiali di diverse lune. Voyager 1 ha eseguito un sorvolo ravvicinato di Titano, migliorando significativamente la comprensione dell'atmosfera lunare. La missione ha confermato che l'atmosfera di Titano è opaca alle lunghezze d'onda visibili, precludendo l'osservazione dei dettagli della sua superficie. Questo sorvolo alterò la traiettoria della navicella, dirigendola fuori dal piano dell'eclittica del Sistema Solare.
Circa un anno dopo, nell'agosto 1981, Voyager 2 procedette con l'esplorazione del sistema di Saturno. Sono state ottenute ulteriori immagini ravvicinate delle lune di Saturno, insieme ad osservazioni che indicano alterazioni atmosferiche e del sistema degli anelli. Durante il sorvolo si è verificato un malfunzionamento, che ha reso inutilizzabile la piattaforma orientabile della telecamera della sonda per diversi giorni, con conseguente perdita di alcune immagini programmate. Il campo gravitazionale di Saturno è stato successivamente utilizzato per reindirizzare la traiettoria della navicella verso Urano.
Entrambe le sonde hanno identificato e verificato l'esistenza di diversi satelliti precedentemente sconosciuti in orbita in prossimità o all'interno degli anelli di Saturno, oltre alla scoperta del minuscolo Maxwell Gap (situato all'interno dell'Anello C) e del Keeler Gap (una divisione larga 42 km nell'Anello A).
La navicella spaziale Cassini–Huygens
La sonda spaziale Cassini–Huygens ha raggiunto con successo l'orbita attorno a Saturno il 1 luglio 2004. Prima dell'inserimento orbitale, nel giugno 2004, ha effettuato un sorvolo ravvicinato di Phoebe, trasmettendo immagini ad alta risoluzione e dati scientifici. Durante il sorvolo di Titano, la luna più grande di Saturno, da parte di Cassini, le immagini radar hanno rivelato estesi laghi e le relative coste, con numerose isole e formazioni montuose. L'orbiter ha eseguito due sorvoli ravvicinati di Titano prima di lanciare la sonda Huygens il 25 dicembre 2004. Successivamente, Huygens è scesa con successo sulla superficie di Titano il 14 gennaio 2005.
A partire dall'inizio del 2005, i ricercatori hanno utilizzato la navicella spaziale Cassini per monitorare l'attività dei fulmini su Saturno. Le scariche di fulmini osservate hanno mostrato un'intensità circa 1.000 volte maggiore dei fulmini terrestri.
Nel 2006, la NASA ha annunciato che la sonda Cassini aveva rilevato indicazioni di serbatoi di acqua liquida nel sottosuolo, situati a sole decine di metri sotto la superficie, che si manifestano come geyser su Encelado, una delle lune di Saturno. Questi geyser espellono particelle ghiacciate nell'orbita di Saturno da prese d'aria situate nella regione polare meridionale della Luna. Su Encelado sono stati documentati più di 100 geyser di questo tipo. Nel maggio 2011, gli scienziati della NASA dichiararono che Encelado stava "emergendo come il luogo più abitabile oltre la Terra all'interno del Sistema Solare per la vita come attualmente intesa."
Le immagini catturate da Cassini hanno rivelato un anello planetario precedentemente sconosciuto, posizionato oltre gli anelli primari più luminosi di Saturno ma all'interno degli anelli G ed E. Si teorizza che la formazione di questo anello derivi dall'impatto di un meteoroide che coinvolse Giano ed Epimeteo. Nel luglio 2006, le fotografie hanno rivelato laghi di idrocarburi vicino al polo settentrionale di Titano, una scoperta successivamente confermata nel gennaio 2007. Nel marzo 2007, estesi mari di idrocarburi sono stati identificati vicino al Polo Nord, con la distesa più grande che si avvicinava alle dimensioni del Mar Caspio. Inoltre, nell'ottobre 2006, la sonda ha identificato una tempesta simile a un ciclone di 8.000 km (5.000 miglia) di diametro, completa di occhio, situata al polo meridionale di Saturno.
Tra il 2004 e il 2 novembre 2009, la sonda ha identificato e verificato otto nuovi satelliti. Nell'aprile 2013, Cassini ha trasmesso immagini raffiguranti un uragano al polo nord di Saturno, un fenomeno atmosferico venti volte più grande degli uragani terrestri, caratterizzato da velocità del vento superiori a 530 km/h (330 mph). Il 15 settembre 2017, la navicella spaziale Cassini–Huygens ha eseguito la fase "Gran Finale" della sua missione, prevedendo molteplici transiti attraverso gli interstizi tra Saturno e il suo sistema di anelli interni. La missione si è conclusa con l'ingresso nell'atmosfera del Cassini.
Potenziali missioni future
L'esplorazione prolungata di Saturno rimane un'impresa fattibile per la NASA, integrata nel suo programma New Frontiers in corso. In precedenza, la NASA aveva sollecitato proposte per una missione su Saturno, che comprendeva lo sviluppo di una sonda di ingresso atmosferico di Saturno e potenziali indagini sull'abitabilità e il possibile rilevamento di vita sulle lune di Saturno, Titano ed Encelado, facilitate dalla missione Dragonfly.
Raffigurazioni nella finzione
Saturno è stato un soggetto ricorrente nelle narrazioni di fantasia almeno dal 1752, a cominciare dal romanzo di Voltaire Micromégas. Le prime rappresentazioni letterarie raffiguravano tipicamente Saturno come un corpo solido, in contrasto con le descrizioni successive e più accurate di esso come un pianeta gassoso. Anche le lune di Saturno, in particolare Titano, appaiono spesso in contesti immaginari.
Satelliti naturali di Saturno
- Lune di Saturno
- Statistiche planetarie nel sistema solare
- Panoramica di Saturno
Note
Riferimenti
Alexander, Arthur Francis O'Donel (1980) [1962]. Il pianeta Saturno: una storia di osservazione, teoria e scoperta. Dover. ISBN 978-0-486-23927-9.
- Alexander, Arthur Francis O'Donel (1980) [1962]. Il pianeta Saturno: una storia di osservazione, teoria e scoperta. Dover. ISBN 978-0-486-23927-9.Gore, Rick (1981). "Voyager 1 at Saturn: Riddles of the Rings." National Geographic, 160 (1): 3–31. Codice biblico:1981NaGe..160....3G. INISTPASCALGEODEBRGM8320090635.Lovett, L.; et al. (2006). Saturno: una nuova visione. Harry N. Abrams. ISBN 978-0-8109-3090-2.Karttunen, Hannu; Kröger, Pekka; Oja, Heikki; Poutanen, Markku; Donner, Karl Johan, a cura di. (2017). Fundamental Astronomy. doi:10.1007/978-3-662-53045-0. ISBN 978-3-662-53044-3.Seidelmann, P. Kenneth; et al. (2007). "Rapporto del gruppo di lavoro IAU/IAG sulle coordinate cartografiche e sugli elementi rotazionali: 2006." Meccanica celeste e astronomia dinamica, 98 (3): 155–180. Codice Bib:2007CeMDA..98..155S. doi:10.1007/s10569-007-9072-y.de Pater, Imke; Lissauer, Jack J. (2015). Planetary Sciences (2a edizione aggiornata). Cambridge University Press. p. 250.ISBN 978-0-521-85371-2.
- Panoramica di Saturno a cura del Science Mission Directorate della NASA
- Terminologia del sistema saturniano a cura del dizionario geografico della nomenclatura planetaria della IAU
- Simulazione gravitazionale 3D interattiva del sistema Croniano Archiviato il 17 agosto 2020 in Internet Archive.