Si chiama missione Saturn Ring Skimmer ed è un tour balistico, senza propellente, a bassa quota sugli anelli principali di Saturno e l'alta atmosfera del pianeta, attraverso la magnetosfera più interna.
Il veicolo spaziale si avvicinerebbe agli anelli 100 volte di più di quanto non abbia fatto la sonda Cassini quando ha scattato le sue foto migliori.
Il concetto
Il prototipo di missione Ring Skimmer (sfioramento dell'anello) prevede un tour di 162 giorni che, con 13 passaggi ravvicinati, andrebbe a coprire le principali regioni degli anelli. Tuttavia, scrivono gli autori, nulla vieta di progettare un percorso più lungo. In questa prima ipotesi, i fly-by avvengono sul lato diurno di Saturno ma basterebbe modificare il design della traiettoria, o introdurre una manovra correttiva, per sfiorare il pianeta anche sul lato notturno.
Lo schema proposto sfrutta 4 manovre di gravity assist attorno a Titano, la grande luna di Saturno che, ancora una volta, diventerebbe il motore del tour (per un approfondimento, consiglio il paragrafo a pag. 76 del mio libro "Con la Cassini-Huygens nel sistema di Saturno").
Il grafico a sinistra mostra i 13 passaggi sugli anelli di Saturno, corrispondenti a 162 giorni di tour balistico; al centro, le curve di altitudine ed a destra, velocità relativa rappresentanti dei fly-by. Le linee nere oblique sul grafico a sinistra, mostrano la zona degli anelli in ombra. I passaggi sugli anelli sono raggruppati per colore in base ai gravity assist attorno a Titano. Crediti: Vaquero et al. (2019)
Per proteggere il veicolo spaziale da eventuali impatti con le particelle degli anelli, l'asse nodale si trova all'esterno dell'anello F in questo schema, ossia l'anello brillante più esterno. Questo asse, detto anche linea dei nodi, è il punto ove i piani orbitali (inclinati) seguiti dalla sonda incrociano il piano di riferimento, ossia il piano degli anelli. In questo modo, il punto di massimo avvicinamento sarebbe fissato al massimo a ∼74.000 chilometri da Saturno (cioè, sul bordo interno dell'anello C). Lo stesso problema venne affrontato dalla Cassini quando, durante il Grand Finale, attraversò il grande vuoto tra gli anelli ed il pianeta. In quel caso, il team scelse di rivolgere l'antenna ad alto guadagno a forma di piatto nella direzione di arrivo delle particelle, come fosse uno scudo.
Una traiettoria di questo tipo, porterebbe naturalmente la navicella entro i 15.000 chilometri dalle cime delle nuvole equatoriali di Saturno e potrebbe, presumibilmente, portare all'osservazione di Titano, Encelado ed altre lune. Tuttavia, poiché i gravity assist, in questo caso, sarebbero mirati a creare un percorso di sfioramento sugli anelli, lo studio delle lune potrebbe non essere soddisfacente in questa missione perché la sonda osserverebbe più le fasce equatoriali che i poli dove, invece, l'interesse scientifico è maggiore.
Gli obiettivi scientifici
Come ogni grande missione, la Cassini-Huygens ha svelato tantissimi segreti del sistema di Saturno ma ha aperto anche nuovi interrogativi.
Secondo gli autori, la Saturn Ring Skimmer potrebbe rispondere ad almeno cinque domande.
1. Come funzionano gli anelli a livello di particelle?
Gli anelli di Saturno si estendono per circa 300.000 chilometri e sono composti da particelle con dimensioni da pochi millimetri a qualche metro. La Cassini ha documentato una grande varietà nelle strutture degli anelli ed il modo in cui queste particelle si aggregano, si frammentano e interagiscono in ambienti diversi. Ed ha trovato prove che oggetti più grandi ("proto-lune" o simili) orbitano all'interno degli anelli ed interagiscono con il materiale dell'anello circostante. Tuttavia, la Cassini non ha mai raggiunto la giusta risoluzione per studiare direttamente le singole particelle e quindi gli aspetti fondamentali delle proprietà fisiche e delle dinamiche di impatto all'interno degli anelli ancora non sono ben comprese.
I processi a livello di particelle che operano negli anelli di Saturno dovrebbero essere analoghi a quelli che si verificano nei dischi protoplanetari in fase avanzata come quello che ha dato origine al nostro Sistema Solare, quindi informazioni più dettagliate su questi fenomeni ci permetterebbero di migliorare anche la comprensione delle nostre origini.
Anello A - uno dei dettagli a maggiore risoluzione ripresi dalla Cassini durante la Saturn Orbital Insertion (SOI) del 2004, quando la sonda arrivò nel sistema di Saturno.
Crediti: NASA/JPL-Caltech - Processing: Elisabetta Bonora & Marco Faccin / aliveuniverse.today
2. Qual è l'origine, la storia e il destino degli anelli di Saturno?
Alcuni studi basati sui dati della Cassini, suggeriscono che gli anelli di Saturno siano giovani e di breve durata. Tuttavia, la storica sonda della NASA ha potuto campionare solo per periodi limitati il materiale che li compone e le variazioni temporali. Inoltre, la loro struttura potrebbe essere notevolmente influenzata dal bombardamento esterno e dal conseguente trasporto di particelle. Pertanto, la storia ed il futuro degli anelli è ancora incerto.
L'ultimo grande mosaico ripreso dalla sonda Cassini il 13 settembre 2017, poco prima di terminare la sua missione.
Crediti: NASA/JPL-Caltech - Processing: Elisabetta Bonora & Marco Faccin / aliveuniverse.today
3. In che modo gli anelli, il pianeta e la magnetosfera si influenzano a vicenda?
Saturno è l'unico pianeta del nostro Sistema Solare con un sistema di anelli ampio e denso e con l'asse del campo magnetico allineato quasi perfettamente con il proprio asse di rotazione. Questa peculiarità crea un sistema interconnesso unico, con il materiale degli anelli che fluisce attraverso la magnetosfera, nell'atmosfera superiore. La traiettoria della Cassini non ha permesso di documentare completamente questo aspetto. La sonda scoprì, però, che l'interno sistema di anelli ha una propria debole atmosfera la cui chimica e variabilità nel tempo non sono state tuttavia ben studiate. Inoltre, nonostante la Cassini abbia documentato la stagionalità e la cinematica dei ghostly spokes, la natura del meccanismo rimane un mistero. Questi "raggi fantasma" sono nuvole di particelle ghiacciate che levitano sopra gli anelli quando acquisiscono una carica elettrostatica, nello stesso modo in cui l'elettricità statica sulla Terra può sollevare i peli sulle nostre braccia.
Esempio di ghostly spokes,sugli anelli di Saturno.
Crediti: NASA/JPL-Caltech - Processing: Elisabetta Bonora & Marco Faccin / aliveuniverse.today
4. Quali sono i processi dinamici che dominano l'atmosfera di Saturno?
Le immagini ravvicinate dell'atmosfera di Saturno scattate durante il Gran Finale di Cassini hanno rivelato strutture atmosferiche inaspettate su scale di 1 - 10 chilometri. Le caratteristiche degne di nota includono nuvole gonfie simili a cumuli terrestri, ombre che indicano nuvole alte, strutture nuvolose a forma di cupola e scodella e filamenti nuvolosi filiformi che rimangono coerenti su distanze di 20.000 chilometri. Peccato che queste osservazioni siano molto limitate: un'indagine più ampia fornirebbe importanti indicazioni sui processi fisici fondamentali che operando nelle atmosfere dei pianeti giganti,
5. Cosa sta succedendo nel profondo di Saturno?
I dati rilevati durante il Gran Finale della Cassini hanno mostrato che il campo gravitazionale di Saturno è molto più dinamico e complesso di quanto ci potessimo aspettare. Le variazioni nelle accelerazioni gravitazionali avvertite dalla sonda durante i diversi passaggi tra il pianeta e gli anelli implicano che Saturno ha una serie di asimmetrie nel suo profondo interno che influenzano anche la struttura degli anelli stessi. Lo studio di questi fenomeni può fornire importanti intuizioni sulla struttura interna del pianeta e dei giganti gassosi in generale.
Conclusioni
"La nostra analisi preliminare dimostra che una missione Ring-Skimmer ha un grande potenziale scientifico perché è in grado di affrontare una vasta gamma di obiettivi scientifici di alto livello", scrivono gli autori, "rilevanti per Saturno, per i pianeti giganti ed altri tipi di sistemi di anelli e dischi noti in astrofisica". Chissà se la NASA prenderà in esame questa proposta? Di sicuro al pubblico mancano le spettacolari immagini della Cassini. Incrociamo le dita!
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