Tra le meraviglie del nostro sistema solare, una regna come emblema di tutto ciò che è alieno e ultraterreno: i maestosi anelli di Saturno, che si ergono splendenti e scintillanti sopra la faccia burrosa e attraversata dalle nuvole del pianeta gigante.
Si estendono per quasi 300.000 chilometri da punta a punta e contengono innumerevoli particelle ghiacciate di dimensioni che vanno dal “microscopico” alla “casa mobile”, gli anelli rendono Saturno innegabilmente accattivante. Ma più che una semplice decorazione, sono uno degli enigmi più duraturi della scienza planetaria. In parole povere, gli esperti non sono d’accordo su come si siano formati gli anelli e nemmeno su quanto siano vecchi. Gli anelli di Saturno sono una caratteristica primordiale del sistema solare, essendo emersi circa 4,5 miliardi di anni fa, quando il caos e le collisioni hanno scolpito gran parte di ciò che vediamo oggi? O sono sorti molto più recentemente?
La risposta non è importante solo per gli scienziati che lavorano per capire gli anelli planetari e ricostruire la storia del sistema solare; potrebbe avere implicazioni vertiginose per gli astrobiologi che si chiedono se la vita aliena potrebbe prosperare sotto la crosta ghiacciata di Encelado, una piccola luna interna di Saturno il cui mare sepolto e globale è considerato uno dei posti migliori per cercare biologia oltre la Terra.
Anche se non sono definitivi, i migliori dati disponibili per risolvere il dibattito sono arrivati durante gli ultimi anni della sonda Cassini della NASA, che ha orbitato intorno a Saturno dal 2004 al 2017. Sulla base delle misurazioni di Cassini della massa e della luminosità degli anelli, molti scienziati ora credono che essi siano notevolmente giovani, essendo scoppiati forse appena 100 milioni di anni fa, quando i dinosauri vagavano ancora per la Terra – il che significa che, visto attraverso qualche telescopio sauro, Saturno potrebbe essere stato bizzarramente privo di anelli.
Ma non tutti sono convinti; è semplicemente troppo difficile, dicono alcuni critici, creare anelli così estesi nel sistema solare relativamente placido di adesso e di quasi un anno fa.
“Non ho obiezioni agli anelli giovani. Penso solo che nessuno abbia trovato un modo molto plausibile per crearli”, dice l’esperto di anelli Luke Dones del Southwest Research Institute. “
Un dibattito vecchio di decenni
Il dibattito odierno sulla provenienza degli anelli di Saturno risale a diversi decenni fa, soprattutto alla prima ricognizione ravvicinata del sistema da parte delle missioni interplanetarie Voyager 1 e Voyager 2. Quelle osservazioni suggerivano che gli anelli erano sorprendentemente leggeri, privi di un peso sufficiente a mantenere il loro bagliore perlaceo attraverso la storia multimiliardaria del sistema solare. Gli anelli, a quanto pare, erano piuttosto giovani, ma i teorici hanno lottato per escogitare un meccanismo che spiegasse la loro formazione relativamente recente.
Poi è arrivata Cassini. Verso la fine della missione, la sonda ha eseguito due dozzine di immersioni audaci tra le cime delle nuvole di Saturno e il bordo più interno del sistema di anelli. Mentre infilava quell’ago, Cassini misurò attentamente la massa degli anelli e arrivò a un numero simile a quello della Voyager: circa la metà della massa di Mimas, una piccola luna ghiacciata che assomiglia in modo inquietante alla stazione spaziale “Morte Nera” di Guerre Stellari.
Ma questa è solo una parte della storia. All’inizio della sua missione, la navicella aveva anche sfiorato i bordi degli anelli, raccogliendo polvere e altre particelle per aiutare a stimare quanti detriti scuri le strutture hanno assorbito dai loro dintorni – un’altra misura cruciale per stabilire la loro età. Come le misurazioni della massa del sistema, le letture di Cassini della polvere nelle vicinanze di Saturno hanno ulteriormente suggerito la giovinezza degli anelli: Nonostante siano continuamente spolverati da detriti scuri lasciati da oggetti squallidi nel sistema solare esterno, gli anelli di ghiaccio d’acqua di Saturno sono ancora di un bianco brillante. Secondo la logica, più gli anelli sono vecchi, più dovrebbero essere scuri – a meno che non siano abbastanza massicci da accumulare in qualche modo polvere scura nel corso di miliardi di anni, pur mantenendo il loro splendore giovanile.
Robin Canup, del Southwest Research Institute, si riferisce a questa linea di prove come “argomento dell’inquinamento” per gli anelli giovani. “Il fatto che gli anelli siano luminosi ci dice in qualche modo che non sono stati efficacemente inquinati, o almeno che non ne vediamo le prove”, dice.
Oltre osservazioni suggeriscono che non solo gli anelli stanno assorbendo materiale, ma lo stanno anche perdendo in quantità massicce, inviando costantemente piogge di particelle ghiacciate nell’atmosfera del pianeta. Infatti, con una stima che suggerisce che tali docce potrebbero esaurire gli anelli entro 300 milioni di anni, sembra che la caratteristica più distintiva di Saturno potrebbe essere sorprendentemente transitoria.
“L’idea che potrebbero essere in giro per 4.5 miliardi di anni sfida davvero ogni spiegazione”, dice Erik Asphaug dell’Università dell’Arizona, che studia le interazioni tra gli anelli di Saturno e le sue molte lune.
Anelli giovani, fatti su misura
Anche così, molti argomenti convincenti rimangono contro i presunti anelli giovani di Saturno. Realizzare così recentemente un sistema di anelli così esteso, si è scoperto, non è un compito da poco; le probabilità sono impilate contro di esso. Certo, il pianeta potrebbe aver frantumato una cometa di passaggio in tutto o in parte, spargendo i resti spogliati negli anelli; o, sì, forse un oggetto intercalare si è schiantato contro una delle lune di Saturno, formando anelli dagli schizzi, pezzi di luna polverizzati. Ma per qualsiasi teorico onesto, tali scenari su misura puzzano di supplica speciale.
“Abbiamo un’idea abbastanza buona, un censimento, di quante comete stanno volando intorno al sistema solare esterno, e semplicemente non ne abbiamo abbastanza per rendere questo scenario probabile”, dice Dones. “Nelle ultime centinaia di milioni di anni, la possibilità che ciò accada è forse di qualche percento.”
Ma supponiamo invece che non ci siano comete coinvolte – che i corpi madre dell’anello provengano interamente dall’interno piuttosto che dall’esterno del sistema di Saturno. Studiando le curiose orbite delle lune vicine del pianeta, Matija Ćuk del SETI Institute e i suoi colleghi hanno trovato qualcosa di sorprendente. Nei modelli al computer che hanno tracciato le orbite di queste lune indietro nel tempo, tutto è andato un po’ fuori copione circa 100 milioni di anni fa, con le lune che sono state spostate su orbite che semplicemente non sono osservate oggi. “Significa che questa storia che stiamo modellando non è mai accaduta, e le lune attuali devono essere più giovani di così.”
In altre parole, un precedente sistema di lune deve essere stato riorganizzato nel sistema che vediamo oggi.
All’inizio, non era chiaro cosa potesse aver provocato quel riarrangiamento, ma il lavoro successivo ha indicato un colpevole inaspettato: il sole. Anche a grandi distanze, la gravità del sole può perturbare i movimenti dei pianeti e, cosa più importante per questa storia, le loro lune. Ćuk e i suoi colleghi hanno scoperto che è possibile che l’orbita di Saturno si sia avvicinata a un punto in cui la tenue influenza gravitazionale del sole potrebbe leggermente spingere una grande luna interna su un percorso diverso, portando a una collisione con un fratello.
“E poi si forma un anello che è 10 volte più grande dell’anello che avete ora, una parte del quale si accresce e forma nuove lune”, dice.
Un corollario confondente a questo scenario è che le lune interne di Saturno esistenti si sarebbero, come dice Ćuk, coalizzate e cresciute dai detriti della collisione – il che significa che Encelado, Mimas e qualsiasi corpo che orbita altrettanto vicino o più vicino al pianeta della grande luna Rhea avrebbe anche circa 100 milioni di anni. Questo scenario, tuttavia, è in netto contrasto con le stime dell’età delle lune interne basate sul conteggio dei crateri sulle loro superfici. Inoltre, un giovane Encelado potrebbe presentare grossi problemi per gli astrobiologi che sperano che il mare sotterraneo globale della luna sia esistito abbastanza a lungo perché la vita vi si sia evoluta.
“Non penso che alla gente piaccia sentire questo”, dice Ćuk.
Canup e altri dicono che mentre l’ipotesi di Ćuk è plausibile, non riesce a spiegare come il materiale generato da una collisione luna-luna possa formare un anello. Per farlo, i detriti della collisione dovrebbero essere abbastanza vicini a Saturno perché la gravità del pianeta li mantenga sparsi, invece che nelle regioni più lontane dove si formano e vivono le lune.
“Come si fa a riportare il materiale di quel tipo di collisione nelle orbite basse dove si trovano gli anelli, e come si fa a far sì che quel materiale sia solo ghiaccio? chiede Canup.
Inquinamento primordiale?
Il fatto è che gli anelli più vecchi sono più facili da creare. Miliardi e miliardi di anni fa, quando i pianeti si stavano sistemando nelle loro posizioni attuali, hanno spinto a razzo corpi più piccoli in tutto il sistema solare come giocatori di biliardo troppo caffeinomani con una mira traballante. Quindi, dice Canup, la spiegazione più parsimoniosa è che qualche antico cataclisma abbia adornato il mondo precedentemente privo di anelli, e gli scienziati devono rivedere il loro argomento di inquinamento che punta ai giovani anelli.
Se la velocità con cui la polvere scura cade sugli anelli varia nel tempo, o se le ipotesi di base su come la polvere scurisce gli anelli sono sbagliate, è possibile che gli anelli siano primordiali – anche se con una lucentezza preternaturalmente brillante.
“È chiaro che la neve è bella e brillante quando cade, e non ci vuole molto sporco per far sembrare la neve piuttosto scura”, dice Dones. Ma, nota, gli impatti ad alta velocità tra la polvere e le particelle ghiacciate dell’anello potrebbero non colorare gli anelli nel modo esatto che gli scienziati sospettano, forse depositando meno ombra del previsto.
Più convincenti per la storia dei vecchi anelli, dice Canup, sono le simulazioni di un’antica collisione che forma gli anelli. Se la massa iniziale di detriti è sostanzialmente superiore a quella degli anelli attuali, si diffonderà rapidamente e si dissiperà. Una parte di essa cadrà su Saturno, una parte sfuggirà in orbita, e il resto si stabilirà in lune e anelli. Curiosamente, dice, indipendentemente dal fatto che si cominci con una o 10 volte la massa di Mimas, nel corso di miliardi di anni, le dinamiche orbitali di base suggeriscono che si stabilizzerà a quasi l’esatta quantità di materiale che vediamo oggi.
“Gli anelli hanno esattamente la massa che ci si aspetterebbe se si fossero scontrati e diffusi per quattro miliardi di anni”, dice Canup. E quando le osservazioni di Cassini sostengono contemporaneamente anelli vecchi e anelli giovani, anche se in modi diversi, arrivare a una risposta definitiva è difficile.
“Quando si hanno previsioni o interpretazioni che sono indipendenti e finiscono per essere in contrasto tra loro, diventa interessante”, dice.
Un anello (sistema) per governarli tutti
I nostri sforzi per discernere la verità di Saturno sono tutt’altro che completi. Qualcosa ha messo gli anelli intorno al pianeta, anche se non abbiamo ancora capito come.
“Vedo il sistema Saturno come se fosse nel mezzo di una cascata, una cascata caotica. Non mi sembra finito”, dice Asphaug.
Infatti, l’intero sistema di Saturno è una specie di enigma. Non solo gli anelli del pianeta lasciano perplessi, ma anche la sua vasta e diversificata gamma di lune è difficile da spiegare. Da Iapeto, una luna bicolore che assomiglia a una noce a causa di una bizzarra cresta equatoriale e poli appiattiti, al vago Titano, una luna gigante con laghi oleosi e una chimica aliena, alle lune interne che una volta potrebbero aver avuto anelli propri, il sistema di Saturno è una cornucopia di stranezze. Quindi, qualsiasi storia che pretenda di spiegare gli anelli deve anche, in qualche modo, rendere conto di queste e altre stranezze.
“Vedo un sacco di cose geologiche impossibili. Vedo un pianeta che dovrebbe assomigliare a Callisto, ma invece assomiglia a Titano. Vedo satelliti che non dovrebbero esistere come Encelado e Mimas, che hanno storie di crateri pesanti – se questo significa che sono vecchi o no, non lo sappiamo. E poi vedi Encelado che parte come un razzo, ed è il corpo eruttivo più affidabile del sistema solare, e questo non ha alcun senso per me come geologo”, dice Asphaug. “Mimas riceve più riscaldamento di marea di Encelado ed è morto come una lumaca! Niente di tutto questo ha senso!”
Le soluzioni ai misteri di Saturno, forse, si trovano nel regno della dinamica planetaria, dove le simulazioni delle interazioni gravitazionali ricostruiscono il passato (e il futuro) di ciò che osserviamo oggi. Oppure la risposta potrebbe basarsi su esami di laboratorio di collisioni ad alta velocità tra polvere scura e particelle di ghiaccio, per determinare come esattamente la polvere colora il ghiaccio. Potrebbe significare riesaminare le ipotesi su quanto sia probabile che una cometa abbia un incontro fatale con Saturno. Oppure, potrebbe richiedere un’analisi più dettagliata delle superfici craterizzate del seguito di lune interne di Saturno, per conoscere meglio le loro vere età, forse da un altro veicolo spaziale inviato a vagare nelle vicinanze del pianeta.
“Quella vecchia idea che gli anelli sono antichi e sono stati costantemente bombardati da materiale inquinante che è lo stesso che vediamo oggi? Quell’idea non funziona”, dice Larry Esposito, dell’Università del Colorado Boulder. “Ma quale possibile meccanismo potrebbe formare gli anelli così recentemente? Nessuna teoria esistente è soddisfacente.”