La notizia che abbiamo udito sabato scorso in televisione ci ha stupiti ma, per molti dei non addetti ai lavori, il sapere che c’era un pianetino di Saturno che emetteva dalla superficie tonnellate di vapore non ha creato quella sorpresa che invece hanno avuto gli astronomi che seguivano le vicende di Encelado da tempo e cioè dagli inizi degli anni ’80 con la sonda Voyager. Le foto che ci sono state mostrate in televisione risalgono già a parecchi mesi fa e gli scienziati hanno, da allora, predisposto molte osservazioni suppletive per analizzare il fenomeno in tutta la sua interezza. La ricerca di acqua nel sistema solare è spasmodica (ricordate le scoperte su Marte tanto reclamizzate dalla televisione) perché il detto “dove c’è acqua c’è vita” non è solo una massima popolare ma un punto di riferimento chiaro per chi cerca la presenza di forme di vita al di fuori della terra. Ancora una volta Cesare Guaita, che ha già scritto un paio di interessanti articoli per il nostro Magazine, ci è venuto in aiuto e, dopo averci spiegato che la notizia data settimana scorsa, è per gli astronomi ormai cosa datata, ci ha passato questa interessantissima relazione che lui aveva già tenuto al Planetario di Milano all’inizio di gennaio, corredata da tre meravigliose foto. Guaita è uno studioso di planetologia e in particolare della “ricerca della vita nel sistema solare”: proprio questo è il titolo di un suo interessantissimo libro uscito ad aprile dello scorso anno e che consigliamo vivamente agli appassionati di astronomia. Leggendolo si scopre il perché dell’accanita ricerca dell’acqua in pianeti e satelliti. Sulla terra sono state trovate forme di vita nelle sorgenti idrotermali nelle profondità dell’oceano; da queste sorgenti fuoriesce vapore generatosi dal contatto dell’acqua con il magma vulcanico incandescente e, data la profondità (centinaia di atmosfere di pressione), l’acqua bolle a temperature altissime (350÷400°C). Eppure, proprio intorno a queste “bocche da fuoco”, nascono, si nutrono e vivono diverse strane forme di vita che si adattano all’ambiente. In campo opposto, nelle profondità dei ghiacci antartici, ci sono sacche di acqua liquida che nascondono forme di vita. Se in queste condizioni la vita nasce a causa della presenza di acqua è chiaro che la spasmodica ricerca di acqua liquida degli astronomi ha una propria logica e ogni volta che se ne trova, anche in zone dello spazio dove le temperature sono inferiori a – 200°C, si alimentano speranze di trovare vita. Chi meglio di Guaita poteva acculturarci su questo strano satellite di Saturno che, a quella distanza dal sole e con quel piccolissimo diametro (500 km) doveva essere una gelidissima e inanimata roccia: invece si è mostrato come un pianetino pieno di attività criovulcanica (e nemmeno tanto “crio” visto il vapore emesso) e capace di eruttare vapore acqueo tutt’intorno a sé, vapore proveniente dalle sue calde profondità. Un’affascinante mistero che Guaita riesce qui spiegare. Roberto Filippini Fantoni

A 237378 km da Saturno, immerso nell’impalpabile anello E (il più esterno degli anelli di Saturno), orbita uno stranissimo satellite di ghiaccio (ENCELADO) che, pur avendo un diametro di circa 500 km, mostra una superficie in gran parte modificata da imponenti fenomeni geologici. Dopo i primi indizi al riguardo raccolti nell’Agosto ’81 dal Voyager 2 da 80.000 km, Encelado è automaticamente diventato uno degli obiettivi primari della sonda CASSINI. Per questo, durante i primi quattro anni di questa missione, sono stati programmate molte osservazioni mirate, tra cui quattro i flyby stretti (N.d.R -passaggi ravvicinati della sonda): tre nel 2005 (17 Febbraio da 1167 km, 9 Marzo da 500 km e 14 Luglio da poco meno di 200 km) ed uno il 12 Marzo 2008 (da meno di 1000 km).

Durante i flyby del 17 Febbraio ‘05 e del 9 Marzo ’05 la camera ISS (Imaging Science System) della CASSINI, ottenne le prime spettacolari immagini ad alta risoluzione dell’emisfero di prua di Encelado, ossia quello nella direzione del moto orbitale. La superficie è risultata sempre pesantemente rimodellata: in alcuni casi (specie nelle regioni settentrionali) si tratta di episodi molto antichi (crateri sovrapposti a fratture), in altri casi (soprattutto in corrispondenza delle latitudini più meridionali) i terreni sono talmente giovani dal punto di vista geologico da mostrare completa assenza di crateri da impatto.

Le prime misure rivelatrici sono state acquisite dalla CASSINI con il magnetometro MAG: sia il 17 Febbraio che il 9 Marzo ’05, vennero infatti osservate distorsioni del campo magnetico di Saturno nei pressi di Encelado, compatibili con la presenza, attorno al satellite, di un guscio atmosferico di vapor d’acqua. Ma il risultato dell’occultazione (da parte di Encelado) della stella: lambda-Scorpii, osservata dallo strumento UVIS a bordo della CASSINI fu contraddittorio: la luce della stella sparì e riemerse dalle regioni equatoriali di Encelado in maniera istantanea, dimostrando che non c’era traccia di una qualsivoglia atmosfera (N.d.R. – le occultazioni delle stelle servono a far rivelare se c’è presenza di un’atmosfera intorno al pianeta e per questo si studia la velocità di sparizione o riapparizione della luce stellare; quando la luce ritorna in maniera istantanea significa che non c’è atmosfera mentre se ritorna o sfuma gradatamente è sinonimo di presenza di atmosfera). La conseguenza più immediata di queste due osservazioni, inconfutabili ma contrapposte, fu una modificazione dei piani del flyby successivo, quello del 14 luglio ’05, che venne abbassato da 1000 km a circa 175 km e fatto transitare nei pressi del polo sud.

I due emisferi della contorta superficie di Encelado ripresi dal Voyager 2 il 19 Agosto 1981 da 119.000 km (sinistra) e dalla sonda Cassini il 17 Luglio ’05 da 69700 km (destra)

La prima grossa sorpresa è venuta dallo spettrometro infrarosso CIRS (Composite Infrared Spectrometer), a bordo della CASSINI in avvicinamento che, da 84.000 km, ha individuato, sul polo sud di Encelado una nettissima macchia termica, con punte di temperatura che (pur molto basse in assoluto) superavano anche di 40°C la temperatura media di –200°C, tipica di quell’ambiente così lontano dal Sole.

Ancora più interessanti i dati raccolti nel momento del minimo avvicinamento al polo Sud.
Lo spettrometro INMS (Ion and Neutral Mass Spectrometer), ha infatti rilevato che, almeno in quella regione, Encelado era circondato da un’atmosfera composta per il 65% di vapor d’acqua, per il 20% di H2 (idrogeno molecolare) e per il resto di CO+CO2 (ossido di carbonio+anidride carbonica) e N2 (azoto molecolare).
Quasi contemporaneamente l’analizzatore di particelle CDA (Cosmic Dust Analyzer), ha evidenziato un picco di finissime particelle di ghiaccio, che raggiungevano un’altezza di almeno 400 km.

In più l’11 Luglio ’05, lo spettrometro UVIS della CASSINI riuscì a seguire un’altra occultazione stellare da parte di Encelado, questa volta coinvolgente gamma-Orionis (Bellatrix). In quel caso la stella sparì dietro il polo Sud di Encelado e riemerse dalla parte dell’equatore: come conseguenza la curva fotometrica in entrata ha mostrato una attenuazione lenta e morbida, mentre la ripresa del segnale è stata quasi istantanea al momento dell’uscita. Era chiaro che la CASSINI aveva individuato sul polo Sud del satellite e solo lì, qualche fenomeno che dava luogo ad un’emissione localizzata di gas atmosferici.

17 luglio ’05: questo straordinario mosaico del polo sud di Encelado, ripreso dalla sonda Cassini, evidenzia un terreno giovanissimo (assenza totale di crateri da impatto) intaccato da profonde fessurazioni ‘calde’ (lo indica il falso colore blu), che non hanno riscontro in nessun altro corpo del Sistema Solare (per la sua particolare morfologia si è adottato il termine di terreno tigrato).

Ai dati fisici si sono poi aggiunte importanti informazioni fotografiche: la camera ISS ha infatti rilevato sulla porzione più meridionale dell’ emisfero di Encelado una morfologia assolutamente peculiare, mai vista prima su altri corpi del Sistema Solare. In sostanza un complicato intreccio di fessure e spaccature fa da confine ad un terreno interno giovanissimo e privo di crateri, solcato a sua volta da tantissime fessurazioni minori. Non c’è alcuna traccia di crateri da impatto, e la superficie è dominata da una miriade di misteriosi blocchi di ghiaccio di dimensioni variabili tra 10 e 100 metri (eiezioni vulcaniche?).

Le formazioni più vistose sono delle striature parallele più scure (lunghezza attorno ai 120 km, larghezza di 1-2 km) che, essendo equidistanziate di una quarantina di km, sono state denominate ‘tiger stripes’ (strisce della tigre). Una serie di rilievi effettuati a cavallo di una di queste strisce scure dallo strumento CIRS ha avuto esito decisivo: il valore di temperatura saliva infatti gradualmente fino ad un massimo laddove si apriva la fessura per poi ridiscendere velocemente al valore ambiente allontanandosi da essa. In definitiva, dunque, i primi tre flyby della CASSINI con Encelado hanno fornito prove termiche e spettroscopiche inconfutabili dell’esistenza di attività geologica ancora in atto sul polo Sud. Mancava, però, ancora un importante tassello a questa sceneggiatura: la scoperta diretta di geysers attivi, come era stato fatto dal Voyager 1 per Io nel Marzo 79 e dal Voyager 2 per Tritone nell’agosto ’89.

Ebbene, anche quest’ultima parte della storia si è completata lo scorso 27 Novembre ’05, quando la CASSINI ha osservato in maniera continuativa per 36 minuti, una falce molto stretta di Encelado (angolo di fase di 161°) da una distanza di circa 145.000 km. Il risultato è stato sensazionale: la luce solare radente ha infatti evidenziato, sul polo Sud, una serie di geyser ad intensità variabile, che proiettavano materiale fino ad un’altezza di 3-400 km. Tutto lasciava supporre che l’attività fosse normale e non episodica. Indizi della presenza di geysers erano infatti già stati acquisiti il 16 Gennaio ’05, quando la CASSINI passò a 209.000 km da Encelado: solo che allora l’angolo di fase meno favorevole (148°) aveva gettato seri dubbi sulla realtà del fenomeno.

27 Novembre ’05: geysers in piena attività su una sottile falce del polo sud di Encelado, ripresi dalla camera NAC a bordo della sonda Cassini da una distanza variabile tra 144.350 e 149.520 km. Il materiale fuoriuscente si estende in altezza per alcune centinaia di km.

Sempre durante le osservazioni del 26 Novembre ’05, lo spettrometro VIMS a bordo della CASSINI ha anche scoperto che il materiale eiettato dai geyser polari di Encelado era composto da vapor d’acqua miscelato a finissime particelle di ghiaccio, molto simili a quelle che costituiscono l’anello E: era la dimostrazione che proprio Encelado era la fonte di materiale che rendeva persistente l’anello E, altrimenti destinato a sfaldarsi in pochi milioni di anni (N.d.R.- a causa degli effetti gravitazionali causati da Saturno)

Discutere sul meccanismo che sta alla base di questa straordinaria attività geologica non è facile Sembra, comunque, che gli indizi maggiori siano diretti verso una risonanza 2:1 tra Encelado (periodo di rivoluzione=1,37 giorni) e la più lontana luna Dione (periodo di rivoluzione=2,737 giorni), la cui superficie, ripresa dalla CASSINI alla metà di Ottobre ’05, ha mostrato a sua volta indizi di debole attività geologica. Il problema è che l’uscita di vapor d’acqua implica la presenza di acqua liquida nel sottosuolo di Encelado. Una cosa che parrebbe assurda in un corpo così gelido. Si può però dimostrare (lo fece J. Ruiz, dell’ Università di Madrid, per Callisto, nel 2001) che in un corpo ad alta componente di ghiaccio il calore radiogenico primordiale può creare (N.d.R. – calore emesso da sostanze radiottive primordiali concentratisi nel nucleo centrale del pianetino), alla profondità di qualche decina di km, un guscio di acqua liquida, che rimane tale per miliardi di anni grazie allo scudo ‘anti-termico’ del ghiaccio soprastante ed all’altissima pressione ambiente. Se poi ci sono interazioni mareali che fratturano la superficie il gioco è fatto...

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