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COME È FATTO L'UNIVERSO

Saturno

Saturno

Accipicchia, volevamo fare un pic-nic su Saturno,
ma non ci siamo riusciti perchè è un pianeta gassoso!
Però che emozione vederlo da vicino:
è di sicuro il pianeta più bello del Sistema Solare
(dopo la Terra, ovviamente)
Quasi quasi con l'astronave andavamo a sbattere
contro i sassi di ghiaccio dei suoi anelli.
Scusate se la posta arriverà in ritardo:
qui siamo lontanissimi da casa.
Mi mancate tanto!


Il pianeta degli anelli

Viaggio nel cosmo con Piero Angela:

Saturno e i suoi satelliti

Saturno, il pianeta degli anelli
ricerca svolta dagli allievi della 1^D del Liceo Scientifico Peano di Cuneo - anno 2012
Il nome

Hanno chiamato il pianeta Saturno così perché il suo nome greco è ‘’Kronos’’, che significa “tempo”; infatti è il pianeta che impiega più tempo a percorrere l’intero giro della sua orbita, ventinove anni e mezzo (ogni stagione dura 7 anni terrestri). Il suo simbolo astronomico è una rappresentazione stilizzata della falce essendo il dio dell'agricoltura e dello scorrere del tempo.
Saturno era, per gli antichi, il settimo dei pianeti in ordine di distanza dalla Terra.
La sua luce verdastra era considerata di cattivo auspicio e per questo venne dedicato al cupo Saturno.

Posizione nel Sistema Solare

Saturno è il sesto pianeta del Sistema solare in ordine di distanza dal Sole e dista da esso sette unità astronomiche. È inoltre il secondo pianeta più massiccio dopo Giove (il suo volume corrisponde a 750 volte quello della Terra).

Caratteristiche fisiche
  • Saturno, con Giove, Urano e Nettuno, è classificato come gigante gassoso: essi hanno soltanto il nucleo roccioso e la restante massa formata da gas o gas compressi allo stato liquido; a differenza dei pianeti rocciosi, i giganti gassosi non hanno una superficie ben definita.
  • Il pianeta ha un colore giallastro, dovuto alle nubi che lo ricoprono; sulla sua superficie sono presenti tempeste e vortici, di intensità minore rispetto a Giove. I venti soffiano con una velocità variabile a seconda della latitudine; all’Equatore soffiano a 1800 km/h. Sono inoltre presenti cicloni, soprattutto alle alte latitudini, dalla durata relativamente breve e dalle dimensioni massime di circa 1200 km.
  • Saturno appare visibilmente schiacciato ai poli: i suoi diametri equatoriale e polare differiscono di quasi il 10%. Questa forma è il risultato:
    1) della sua rapida rotazione e della sua composizione chimica: la forza centrifuga, infatti, spinge verso l'esterno le regioni del pianeta che ruotano più velocemente, cioè quelle più vicine all'equatore, producendo una forma schiacciata ai poli;
    2) della sua densità, che è inoltre la più bassa del Sistema solare.
Fisica di Saturno

La regione polare settentrionale si estende da 55° a 90° (gradi) di latitudine nord ed è di colore biancastro che varia da toni brillanti ad altri molto più scuri. Lo stesso vale per la regione polare meridionale che va da 70° a 90° di latitudine sud. Le due zone temperate, nord e sud, si estendono da 40° a 70° di latitudine nord e sud con colori brillanti con pochi dettagli visibili. La fascia temperata settentrionale a 40° di latitudine nord è una delle zone più attive mentre la fascia meridionale si estende simmetricamente rispetto all'equatore. La zona tropicale tra 20° e 40° di latitudine nord, e la corrispondente fascia sud, hanno colori brillanti e sono limitate da bande scure. La fascia equatoriale è scura ed abbastanza attiva analogamente quella sud. Infine la zona compresa tra 20° di latitudine nord e sud presenta molti dettagli ed, occasionalmente, anche macchie biancastre.

La densità

Anche gli altri pianeti, e i giganti gassosi in particolare, sono deformati in maniera analoga, ma in modo molto meno evidente. Saturno è anche l'unico pianeta del sistema solare con una densità media inferiore a quella dell'acqua: solo 0,69 g/cm³. In realtà il valore medio è una combinazione di densità molto basse nell'atmosfera del pianeta e densità più elevate all'interno, sicuramente maggiori di quella dell'acqua. Per questi valori si presuppone che il pianeta abbia un nucleo di rocce e metalli non particolarmente massiccio.

La struttura interna
Saturno è formato da cinque strati:
• nella prima fascia, costiera esterna, sono presenti cristalli di ammoniaca ghiacciata, idrogeno solforato, acqua ghiacciata e sospensioni di goccioline d’acqua;
• la seconda fascia è composta da idrogeno molecolare ed elio;
• La terza fascia è composta da idrogeno liquido;
Le due zone precedenti prendono il nome di mantelli d’idrogeno e raggiungono una temperatura di 9000° K.
• Il mantello d’idrogeno metallico sovrasta il nucleo. Qui la temperatura è di 12000° K e la pressione di 8 milioni di atmosfere;
• Infine troviamo il nucleo roccioso composto da silicati di ferro e ghiaccio. Esso è molto caldo, circa 15000°C, ed irraggia un'energia superiore a quella che riceve dal Sole: si pensa che l'elio essendo più pesante dell'idrogeno sprofondi nell'oceano liquido, si comprima e di conseguenza liberi calore che per convezione migra verso l'alto fino all'atmosfera, dove può sfuggire nello spazio. Il nucleo ha dimensioni paragonabili a quelle della Terra.
L’atmosfera
  • L'atmosfera di Saturno mostra bande simili a quelle di Giove, ma molto più deboli e più larghe vicino all'equatore. Le formazioni atmosferiche (macchie, nubi) sono così deboli da non essere mai state osservate prima dell'arrivo delle sonde Voyager. Inizialmente sono state trovate tempeste di forma ovale dalla lunga vita e molto simili a quelle di Giove; più tardi le due sonde del Programma Voyager fotografarono una struttura esagonale presente nei pressi del polo nord del pianeta. Ma non si conoscono ancora le cause della presenza di questa forma geometrica regolare.
  • L'atmosfera di Saturno, è composta per il 95% da idrogeno e per il 3% da elio; inoltre è stato possibile individuare tramite la spettroscopia agli infrarossi la presenza di monossido di carbonio, fosfina, idruro di germanio ed arsina. Forse questi composti chimici, che normalmente non potrebbero esistere in un'atmosfera a base di idrogeno ed elio, si originano in reazioni chimiche sconosciute e sono poi spinti fino al livello atmosferico visibile del pianeta da forti moti convettivi.
Il campo magnetico
  • Il fatto che Saturno abbia uno strato interno di idrogeno liquido faceva prevedere la presenza di un campo magnetico. Nel 1979 la sonda Pioneer 11 ne confermò l'esistenza mentre le sonde Voyager ne misurarono l'intensità, circa 20 volte minore di quello di Giove. La sua caratteristica è quella di avere l’asse quasi coincidente con l'asse di rotazione del pianeta. I fisici teorici infatti si aspettavano che il campo magnetico fosse asimmetrico come risultato delle correnti irregolari che si urtavano nell'interno di Saturno.
  • Il campo magnetico di Saturno interagisce con la radiazione portata dal "vento solare". Si produce una magnetosfera di dimensioni intermedie tra quelle di Giove e quelle della Terra. Laddove il vento solare, a velocità supersonica, incontra il campo magnetico si forma una "onda d'urto" in cui le particelle solari cambiano direzione e caratteristiche fisiche. Tra la magnetosfera e l’onda di urto si colloca la magnetopausa.
I CORPI CELESTI DI SATURNO: ANELLI E SATELLITI

 Gli anelli

Il primo a vedere gli anelli fu Galileo Galilei nel 1610, ma non ne distinse la forma a causa della scarsa qualità del suo telescopio. Nel 1656 Ganseur riconosce un primo anello e nel 1675 Cassini ne distinse due con un vuoto di 4000 km tra essi, da allora denominato divisione di Cassini. Migliaia di anelli vennero successivamente identificati dalle sonde Baionir e Voyager distanziati da vuoti più o meno estesi; essi sono costituiti da tanti minuscoli frammenti sottilissimi (con dimensioni che vanno dai 50 ai 400 m e con diametro che supera i 300 mila km). Per avere un’idea delle loro dimensioni, si pensi che se lo spessore è 1 foglio di giornale, in scala sarebbe esteso 70 m.
Osservandoli dalla Terra appaiono fermi, ma in realtà ruotano attorno al pianeta alla velocità di 80000 km/h.
Ipotesi sulle origini
La loro origine è incerta. Sono principalmente gettonate due ipotesi:
• la prima di esse sostiene che si tratti di materiale mai aggregato di un satellite;
• la seconda reputa che siano resti di un satellite disintegrato.
Suddivisione degli Anelli
Gli anelli visibili vengono indicati con lettere maiuscole: i principali (osservabili anche da Terra) sono gli anelli A (il più esterno) B e C che presentano delle divisioni nette determinate dall'interazione gravitazionale con i satelliti del sistema di Saturno. Tra gli anelli A e B (che sono i più brillanti) esiste la divisione di Cassini dal nome del suo scopritore. La suddivisione nell'anello A, molto più debole è nota come divisione di Encke. L'anello C è semitrasparente ed è chiamato anche "anello scuro". Gli altri anelli sono stati scoperti grazie alle sonde spaziali; cioè dalle sonde Voyager 1 e 2. L'anello D è interno (prima dell'anello A) mentre gli anelli E, F e G sono tutti più esterni rispetto all'anello A.

 I satelliti

Saturno possiede un elevato numero di satelliti naturali: 61, di cui se ne conoscono 49 tra confermati e probabili, 12 dei quali scoperti solo nel 2005 grazie al telescopio giapponese Subaru; solo 30 sono attualmente dotati di nomi propri che si riferiscono ai giganti della mitologia greca per le loro notevoli dimensioni. Non sarà mai possibile quantificare con precisione il loro numero, perché tecnicamente tutti i minuscoli corpi ghiacciati che compongono gli anelli di Saturno sono da considerarsi satelliti. Tra di essi le diversità di caratteristiche fisiche, chimiche, di temperatura, di atmosfera sono molto varie.
Il satellite saturniano più interessante è di gran lunga Titano, l'unico satellite del sistema solare a possedere una densa atmosfera.
I 9 SATELLITI MAGGIORI
MIMAS
Mimas (Saturno I) è il più vicino a Saturno dei 9 satelliti maggiori ed il settimo dei satelliti noti. Volge sempre la stessa faccia al pianeta come tutti gli altri satelliti escluso Phoebe ed ha una superficie cosparsa di crateri tra cui il cratere "Herschel" con un diametro di 130 km. Si tratta di un enorme (rispetto alle dimensioni del satellite) cratere di impatto che ha rischiato di produrre una rottura del satellite. Dalla sua densità si può supporre l'esistenza di un nucleo roccioso coperto da uno strato di ghiaccio. L'intensa craterizzazione presuppone una scarsa attività geologica dall'epoca del bombardamento primordiale.
ENCELADUS
Enceladus (Saturno II) è l'ottavo dei satelliti di Saturno. Nonostante le sue piccole dimensioni mostra sulla sua superficie segni di attività geologica ed eruttiva, con lunghi solchi e pochi crateri meteoritici. La superficie è ricoperta da ghiaccio ad una temperatura di -200° C.
La morfologia particolare di Enceladus sembrerebbe causata dalle interazioni mareali con Dione che è molto più grande ed ha un periodo di rivoluzione doppio di Enceladus. Ha una struttura interna probabilmente simile a quella di Mimas. La sua prossimità all'anello E di Saturno fa pensare che la materia di quest'ultimo provenga da Enceladus.
Le interazioni mareali sono un effetto secondario della forza di gravità. Quando un oggetto molto grande subisce l'influenza gravitazionale di un altro, la forza gravitazionale può variare considerevolmente da una parte all'altra dell'oggetto. Questo tende a distorcerne la forma, senza cambiarne il volume.
TETHYS
Tethys (Saturno III) è il nono dei satelliti noti di Saturno. Ha una orbita complanare (orbita cioè che giace sullo stesso piano) con Telesto (avanti di 60°) e Calypso (indietro di 60°). Si nota sulla sua superficie un grosso cratere di 400 km di diametro di poco inferiore al diametro del satellite ed un enorme canale, Ithaca Chasma, che attraversa quasi tutto il globo da nord a sud.
DIONE
Dione (Saturno IV) è il dodicesimo satellite di Saturno. Essendo un po' più denso degli altri satelliti, ha un nucleo roccioso più esteso. La caratteristica principale di Dione è la variabilità della sua riflettività superficiale (albedo). L'emisfero che precede nella rotazione è brillante e con una luminosità diffusa e con molti crateri, mentre invece l'emisfero che segue è a sfondo scuro e con pochi crateri visibili. Si nota inoltre una struttura particolare, chiamata Amata, con un diametro di 240 km che potrebbe essere o un cratere od un bacino. Vicino al Polo Sud si estende una lunga vallata quasi in linea retta per circa 500 km.
RHEA
Rhea (Saturno V) è il quattordicesimo satellite noto ed il secondo satellite di Saturno come grandezza. Come Dione ha l'emisfero che precede, nella sua rotazione rispetto a Saturno, con un'albedo diversa da quella dell'emisfero che segue. Il primo è uniforme e piatto mentre il secondo è più scuro e cosparso di strutture a ciuffi. La sua superficie è coperta di ghiaccio e disseminata di crateri.
HYPERION
Hyperion (Saturno VI) è il sesto pianeta noto di Saturno e venne scoperto da Bond e Lassell nel 1848. Si tratta di un satellite fortemente irregolare cioè di forma non-sferica. Come la maggior parte delle lune di Saturno è anch'esso composto di ghiaccio con una piccola quantità di roccia. Il Voyager ha indicato come la rotazione di Hyperion è caotica anche se più recenti analisi suggeriscono un periodo abbastanza regolare di 13 giorni.
IAPETUS
Iapetus (Saturno IV) è il diciassettesimo satellite noto ed il terzo per grandezza e venne scoperto da Cassini nel 1671. Data la sua densità è probabilmente costituito di acqua ghiacciata. La sua caratteristica principale è data dalla bassissima albedo (0.04) dell'emisfero che precede nella rotazione mentre l'emisfero che segue è assai più brillante (0.5). Si suppone che l'emisfero più scuro sia coperto di polveri espulse dalla superficie di Phoebe in seguito ad impatto con micro meteoriti. Tali polveri, spostandosi con movimento a spirale verso Saturno, sarebbero andate a finire sull'emisfero scuro di Iapetus.

PHOEBE
Phoebe (Saturno IX) è il più esterno dei satelliti (ad oggi noti) di Saturno. Risulta inclinato rispetto al piano equatoriale di Saturno mentre gli altri satelliti (eccetto Iapetus) sono molto prossimi al piano equatoriale del pianeta madre. Orbita attorno a Saturno in senso retrogrado e ciò fa ritenere che sia un Asteroide catturato dal pianeta.
TITANO
Titano è il più grande satellite naturale del pianeta Saturno ed uno dei corpi rocciosi più massicci dell'intero sistema solare; supera in dimensioni il pianeta Mercurio; per dimensioni e massa è il secondo satellite del sistema solare dopo Ganimede. La sua massa è formata per metà da ghiaccio e per l'altra metà da materiale roccioso.
A causa della sua atmosfera ha mantenuto segreto il suo aspetto fino al 2004, quando vi atterrò una sonda che poté fotografarne la superficie.
La superficie di Titano
La superficie di Titano è segnata da vaste regioni di terreno chiaro e scuro: le zone scure osservate dal suolo e dalla sonda Cassini, si ipotizza che possano essere laghi di metano o etano; quelle chiare potrebbero essere alcuni segni lineari misteriosi che indicano attività tettoniche e regioni con materiale chiaro intersecate da lineamenti scuri.
La struttura interna
La sua struttura interna è probabilmente stratificata, con un nucleo roccioso circondato da strati composti da diverse forme cristalline del ghiaccio. L'interno potrebbe essere ancora caldo e vi potrebbe essere uno strato liquido composto da acqua ed ammoniaca situato fra il nucleo roccioso e la crosta ghiacciata. Dal confronto fra le immagini raccolte nell'ottobre del 2005 ed il maggio del 2007, appare evidente una traslazione della crosta, per effetto dei venti atmosferici. Ciò porta all'ipotesi della presenza di uno strato liquido all'interno del satellite sul quale galleggerebbe il leggero strato superficiale. Sebbene la composizione chimica titaniana sia analoga a quella degli altri satelliti naturali di Saturno, Titano presenta una densità maggiore per via della compressione gravitazionale.
L’atmosfera
L'atmosfera titaniana è più densa di quella terrestre, con una pressione alla superficie di circa il 50% maggiore, e le sue imponenti formazioni nuvolose rendono impossibile l'osservazione diretta della superficie. La foschia contribuisce a sostenere un effetto serra al contrario, che diminuisce la temperatura superficiale del satellite. L'atmosfera è composta al 98,4% di azoto ed all'1,4% di metano, ma sono presenti tracce di numerosi altri gas.

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