Cassini svela la struttura interna di Titano

Attraverso il preciso tracciamento della sonda Cassini durante i suoi passaggi ravvicinati sopra Titano gli scienziati hanno determinato la distribuzione di materia all’interno della luna di Saturno. La struttura del campo gravitazionale suggerisce che l’interno del satellite naturale si sia trovato a una temperatura troppo bassa per consentire la separazione completa di ghiaccio e roccia.

La scoperta è stata pubblicata il 12 Marzo su Science da un gruppo di scienziati guidato dal professor Luciano Iess del dipartimento di Ingegneria Aerospaziale e Astronautica dell’Università La Sapienza di Roma. Gli altri italiani coinvolti sono Paolo Racioppa, della Sapienza e Paolo Tortora dell’Università di Bologna.
“Questi risultati sono fondamentali per comprendere la storia delle lune del sistema solare esterno”, ha detto Bob Pappalardo, Cassini Project Scientist del JPL di Pasadena, commentando la ricerca dei suoi colleghi. “Ora possiamo comprendere meglio il posto di Titano tra la serie di satelliti ghiacciati nel nostro sistema solare.”

L’analisi degli scienziati dimostra come Titano si sia evoluto in maniera differente da pianeti rocciosi come la Terra e molto diversamente anche da corpi ghiacciati come Ganimede, il satellite di Giove simile per dimensioni a Titano, i cui interni sono suddivisi in strati ben distinti.

Titano è la più grande delle lune di Saturno, la seconda del Sistema Solare dopo proprio Ganimede di Giove. Supera in dimensioni, ma non in massa, il pianeta Mercurio ed è l’unico satellite naturale dotato di una densa atmosfera. Proprio per queste caratteristiche peculiari Titano è stato oggetto di studio del lander Huygens, rilasciato nel Dicembre 2004 proprio da Cassini.
Era già noto che l’interno di Titano è probabilmente costituito per metà da ghiaccio e per l’altra metà da materiale roccioso, ma la conoscenza dei dettagli del suo campo gravitazionale ha permesso di determinare come tali materiali sono distribuiti. Si è così scoperto che l’interno è un “sorbetto” di ghiaccio costellato di rocce che probabilmente non si è mai scaldato al di là di una relativamente tiepida temperatura (1000 gradi). Solo i 500 km più esterni sono privi di roccia, mentre a profondità maggiori ghiaccio e roccia sono mescolati in diverse percentuali.

“Per evitare la separazione tra ghiaccio e roccia è necessario evitare di riscaldare troppo il ghiaccio”, afferma David J. Stevenson, uno dei co-autori della ricerca e professore di Scienze Planetarie al California Institute of Technology di Pasadena. “Questo significa che Titano si è sviluppato abbastanza lentamente per una luna, probabilmente in circa 1 milione di anni, subito dopo la formazione del Sistema Solare”.
La non completa separazione di ghiaccio e roccia rende Titano meno simile a Ganimede, dove tali materiali sono completamente separati, e molto più simile a Callisto, un’altra luna di Giove. Anche se le dimensioni sono simili queste lune hanno chiaramente storie differenti.

Attraverso Cassini si è potuta costruire una mappa di gravità di Titano, utile a capire come mai il satellite abbia una topografia così poco pronunciata: il ghiaccio di Titano deve avere una temperatura tale che gli permette di modificarsi plasticamente in risposta al peso delle strutture geologiche come catene montuose, che letteralmente sprofondano nel ghiaccio sottostante.

Per ottenere tali risultati è stato necessario misurare i più piccoli cambiamenti di velocità di Cassini durante quattro fly-by ravvicinati di Titano realizzati tra Febbraio 2006 e Luglio 2008, durante i quali la sonda ha sorvolato Titano a distanze minime tra 1300 e 1900 km.

“Il campo gravitazionale di Titano ha accelerato e rallentato Cassini lungo la sua orbita e questi cambiamenti sono stati accuratamente registrati dalle antenne di terra del Deep Space Network con una precisione di 5 millesimi di millimetro al secondo, nonostante la sonda si trovi a circa 1.4 miliardi di km dalla Terra” ha affermato Luciano Iess, membro del team di radio scienza di Cassini. “È stato un esperimento complesso”.

I risultati ottenuti non indicano se Titano abbia o meno un oceano sotto la superficie, ma questa rimane un’ipotesi molto plausibile che gli scienziati intendono continuare ad investigare. La prova più chiara potrebbe essere fornita dalla misura di maree indotte da Saturno, uno degli obiettivi del team di radioscienza. Inoltre, come afferma il ricercatore Jonathan Lunine, “altri fly-by potranno dirci se la crosta di Titano sia spessa o sottile: questa informazione potrebbe fornirci una migliore comprensione di come il metano, che piovendo dalle nubi in atmosfera alimenta i fiumi e i laghi di Titano, sia stato trasportato in superficie lungo le ere geologiche. Il ciclo del metano su Titano ha la stessa importanza del ciclo dell’acqua sulla Terra.”

Cassini-Huygens è una missione congiunta NASA-ESA-ASI. Il JPL è responsabile del progetto per conto della NASA e si è occupato del progetto, sviluppo e assemblaggio dell’orbiter Cassini. Il sottosistema di radioscienza è stato sviluppato congiuntamente da NASA e ASI.

Fonte: NASA/JPL

Alcune immagini:
1) Visione artistica di Cassini, Saturno e Titano (NASA/JPL)
2) Vecchio modello dell’interno di Titano (Credit: Planetary Society/Doug Ellison)
3) Modello dell’interno di Titano ricavato dalla nuova ricerca (Credit: Planetary Society/Doug Ellison)
4) Interno dei corpi ghiacciati del Sistema Solare (Credit: Planetary Society/Doug Ellison-Emily Lakdawalla-Bob Pappalardo)