La missione spaziale Cassini
Lo studio di saturno e delle sue lune
La sonda
spaziale
Cassini
http://brlcad.org/gallery/s/screensh
ots/cassini-1.png.html
Lo studio di Titano
• Uno degli scopi della missione Cassini è
lo studio del satellite naturale di
Saturno Titano
Scoperta e caratteristiche di Titano
Scoperto dal fisico ed
astronomo olandese
Christiaan Huygens,
Titano è, per dimensioni,
il secondo satellite del
sistema solare.
È, inoltre, l’unico satellite
noto con una atmosfera
densa.
Christiaan Huygens
Missioni spaziali
Il passo avanti decisivo nelle
conoscenze fu compiuto con
l’avvento della era spaziale.
• Pioneer 11 (settembre ’79)
» Avvicinamento a Titano
a 36300 Km
Missioni spaziali
• Voyager 1 e Voyager 2
» Novembre 1980
avvicinamento a Titano a
4394 km
• Cassini-Huygens
» Luglio 2004 flyby di Saturno
» Dicembre 2004
sganciamento della sonda
Huygens
Motivi di studio
Probabilmente Titano non ha mai ospitato
vita, ma gioca un ruolo importante nella
nostra comprensione dello sviluppo di
condizioni adatte alla genesi di sistemi
viventi.
Infatti, i processi fotochimici, ora in atto
nella sua atmosfera, possono dare luogo alla
formazione di varie molecole organiche.
L’atmosfera di Titano
L’atmosfera di Titano si estende per centinaia
di chilometri sopra alla superficie.
La foschia della regione superiore è visibile in
UV.
Negli strati inferiori è presente uno smog di
molecole organiche, che assorbono la luce
visibile.
Questa fotografia,
che mostra
l’atmosfera a
lunghezze d’onda
UV ed IR, è
composta da
quattro immagini
realizzate con filtri
diversi.
Il rosso ed il verde rappresentano le lunghezze
d’onda IR dove CH4 assorbe la luce.
Il blu evidenzia l’alta atmosfera vista in UV.
L’atmosfera di Titano
Reazioni nell’atmosfera
L’assorbimento della luce solare da parte
delle molecole dell’atmosfera gioca un
ruolo fondamentale nelle reazioni chimiche.
Infatti, in seguito a processi di
fotodissociazione, possono essere prodotti:
• Composti del carbonio che non sarebbero presenti se
l’atmosfera fosse in equilibrio chimico
• N2 che risulta da reazioni che coinvolgono NH3
L’atmosfera di Titano
Aerosol
In esperimenti di laboratorio, azoto e metano gassosi
sono stati raccolti in una ampolla di vetro e sono stati
sottoposti a scariche elettriche.
Dopo un periodo di qualche mese, nell’ampolla, si è
formato uno strato marrone – arancio contenente
idrocarburi e nitrili.
Questi esperimenti tentano di riprodurre le condizioni
presenti su Titano e possono dare una spiegazione
qualitativa dell’aspetto del satellite.
L’atmosfera di Titano
Immagini dell’atmosfera
La sonda Cassini ha
realizzato questa
immagine di Saturno
attraverso la foschia della
alta atmosfera di Titano.
L’atmosfera di Titano
Strati di foschia dell’atmosfera:
L’atmosfera di Titano
Immagine della alta atmosfera :
Movimento di
strati di
foschia:
nella zona più
brillante
dell’immagine
si nota un
merging di
livelli diversi
di atmosfera.
L’atmosfera di Titano
Nubi
Nubi fotografate dalla
Cassini.
Il persistente moto
convettivo di sistemi
nuvolosi, durante l’estate
di Titano, ha portato a
pensare che sul satellite
possa cadere una pioggia
di metano.
Nubi
Questa sequenza di immagini mostra
l’evoluzione di un sistema di nubi nell’arco
di cinque ore.
La Superficie di Titano
Una delle prime
immagini della
superficie di Titano,
ottenute dalla sonda
Huygens, mostra
blocchi di ghiaccio.
Le superficie di Titano
Queste immagini, ottenute dalla sonda
Huygens, mostrano una fitta rete di canali
che sembrano formare una linea costiera.
Immagini della superficie
Colline e crinali brillanti circondati da una
zona scura senza asperità:
Immagini della superficie
La struttura lineare e
brillante, che si nota in
figura, sembra scavata
da ghiaccio di acqua.
I brevi canali scuri
possono segnalare la
presenza di una
sorgente di CH4
liquido.
La superficie di Titano
•
•
•
•
Dati recenti confermano che Titano ha una
superficie giovane e dinamica modificata da i
quattro processi geologici principali:
Attività vulcanica
Attività tettonica
Erosione
Craterizzazione da impatto
Immagini della superficie
Esempi di crateri da impatto che segnano la
superficie di Titano:
Le superficie di Titano
Serbatoio di Metano
Se il CH4 distrutto, causa la dissociazione,
non venisse rifornito si esaurirebbe in 1
Ma.
È stata, dunque, avanzata l’ipotesi della
presenza di un serbatoio di CH4 sulla
superficie.
Gli Oceani
Sulla superficie di Titano, le condizioni
sono molto vicine a quelle che individuano
il punto triplo del CH4.
Questo porta a credere che ci siano mari od
oceani di CH4 sulla superficie di Titano.
Una conferma di questa ipotesi venne dal
profilo di temperatura attraverso l’atmosfera
ottenuto da Voyager.
Gli Oceani
Una atmosfera, che giaccia su un corpo liquido e
sia in equilibrio con esso, è saturata dal vapore
ed il suo profilo di temperatura è diverso da
quello di una atmosfera non saturata.
In particolare, il gradiente di temperatura di una
atmosfera satura è il wet adiabatic lapse rate,
che per un oceano di metano ed etano è
1.4 K km-1 ,
compatibile con (1.38 ± 0.1) K km-1 osservato da
Voyager.
Gli Oceani
Modelli per gli oceani
Esistono due modelli estremi per gli oceani:
• Oceano freddo e ricco di etano
• Oceano più caldo e ricco di metano
• Costituirebbe il serbatoio che, per circa 1 Ga,
rifornisce alla atmosfera il metano perduto.
Gli Oceani
Vento e moto ondoso
Ci sono evidenze indirette a favore dell’esistenza
di vento nella atmosfera di Titano.
Ad esempio:
• Voyager 1 ha osservato una differenza di
temperatuta di 15 K tra l’equatore e la latitudine
60°.
Gli Oceani
Se è presente un corpo liquido sulla superficie
del satellite, è ragionevole pensare che in esso
si generi moto ondoso.
Su Titano la gravità è circa il 15% di quella
terrestre, si pensa dunque che le onde
raggiungano altezze molto elevate rispetto a
quelle terrestri a parità di condizioni.
Vento e moto ondoso
Le immagini
dimostrano che la
superficie di Titano è
modificata da flusso di
materiali liquidi e da
detriti trasportati dal
vento.
Gli Oceani
Esperimenti sulla presenza di Oceani
Nel ’90 la NASA inviò un segnale di λ = 3.5 cm
verso Titano, con lo scopo di analizzare
l’intensità del segnale riflesso.
La radiazione di quella lunghezza non subisce
l’influenza di nebbia o nubi nell’atmosfera,
dunque, l’intensità del segnale di ritorno è
sensibile al tipo di materiale presente sulla
superficie che lo riflette.
Gli Oceani
L’esperimento, ripetuto in diverse zone
del satellite, ha dato esiti differenti.
In particolare sono state individuate :
• Una zone Radar Bright, in cui sembra
predominante uno strato di acqua
ghiacciata, pulita.
• Una zona circostante, in cui può essere
presente un oceano di idrocarburi che, per
avere riflettività compatibile con le
osservazioni, deve essere schiumoso, a
causa del moto ondoso, o inquinato da
elementi solidi.
Immagini di continenti
L a Cassini ha
fotografato questa
regione brillante che
costituisce un
continente chiamato
Xanadu.
Le macchie bianche vicino al polo Sud sono
nubi.
• Uno zoom sulla
regione Xanadu
• Un crinale
sopraelevato rispetto
ad una pianura.
Le diverse zone di
Titano sono
evidenti in questa
immagine
Laghi su Titano
In questa fotografia
appare una regione
scura che
probabilmente è un
lago.
Ipotesi per la formazione di Titano
Titano può essersi formato dalla contrazione della nube
protosaturno, attorno ad un nucleo solido. Per la
conservazione del momento angolare si deve essere
formato un disco di gas, ricco di CH4, NH3 e polvere
attorno al protopianeta.
Nelle prime fasi della formazione, Titano sarebbe stato
un oggetto caldo e di composizione omogenea.
In seguito al raffreddamento, gli elementi più pesanti
tendono a cadere verso il centro, lasciando in superficie
quelli più leggeri.
Formazione della atmosfera
L’irraggiamento da parte di radiazione
ultravioletta solare, raggi cosmici e
particelle cariche dalla magnetosfera di
Saturno può avere causato una
dissociazione della NH3 ed una conseguente
formazione di una densa atmosfera di azoto.
Bibliografia
• Conway et al.
“An Introduction to Astrobiology”
Cambridge University Press
E sito web:
• http://www.nasa.gov
Concludendo, leggiamo le parole di
Flammarion, 1880:
“Se gli uomini sapessero quale piacere
intimo e profondo attende colui che
contempla il cielo, allora la Francia e
l’Europa intera si coprirebbero di telescopi
invece che di baionette, con immenso
vantaggio per la pace e la felicità
universali.”
Cassini’s
photo gallery
Dione
Teti
Encelado
Iperione
Phoebe
Epimeteo