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Studio dei satelliti di Saturno: Mimas

Informazioni tesi

  Autore: Massimiliano Vallone
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2006-07
  Università: Università degli Studi di Roma La Sapienza
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Fisica e astrofisica
  Relatore: Angioletta Coradini
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 57

Saturno è un gigante gassoso dalle dimensioni di poco inferiori a quelle di Giove, con una densità media inferiore a quella dell’acqua. Intorno al pianeta centrale orbitano gli anelli e diversi satelliti: alcuni potrebbero essersi formati con il pianeta, altri sono probabilmente frammenti di corpi più grandi, forse distrutti da collisioni, altri ancora potrebbero essere “intrusi” provenienti da altre zone del Sistema Solare primordiale.
Sulla base delle recenti osservazioni della sonda Cassini, vengono illustrate le caratteristiche generali e le peculiarità topografiche e geologiche dei satelliti, dando particolare rilievo a Titano ed Encelado. L’osservazione e il confronto delle caratteristiche superficiali dei satelliti permette di ricostruire la loro storia evolutiva successiva alla formazione, caratterizzata da impatti che hanno formato numerosi crateri.
Lo studio del Sistema di Saturno ha un ruolo notevole ai fini della comprensione dei processi evolutivi nel Sistema Solare, o in quello di Giove.
E’ possibile distinguere una classe di satelliti ghiacciati regolari che formano un sistema in rotazione sincrona e diretta su orbite circolari equatoriali attorno al pianeta. Queste caratteristiche comuni di regolarità lasciano pensare che tali satelliti, fra cui Mimas, si siano formati all’interno del disco protoplanetario di Saturno. All’interno del disco sono presenti meccanismi di aggregazione che possono portare all’accumulo di oggetti di dimensioni sempre maggiori, in cui la polvere ha un ruolo dominante.
La bassa densità dei corpi del sistema di Saturno rispetto ai pianeti del Sistema Solare è dovuta ad un ambiente locale di formazione meno ricco di carbonio allo stato gassoso rispetto alla nebulosa protosolare, a meno che una significativa parte di questo sia incorporata nei satelliti sottoforma di idrocarburi ghiacciati a densità minore. Inoltre fra i pianeti del Sistema Solare vi è una tendenza al crescere della densità con il diminuire della distanza dal Sole; ciò è riscontrabile nel sistema di satelliti gioviano, ma non in quello di Saturno. Si pensa quindi che gli embrioni dei satelliti di Saturno si siano formati dalla collisione dei corpi accresciutisi nel disco protoplanetario; il processo di frazionamento sarebbe, infatti, in grado di spiegare le significative differenze nelle attuali proporzioni ghiaccio/roccia. I grandi impatti subiti in questa fase evolutiva devono aver riscaldato questi corpi, provocando la perdita dei volatili eventualmente presenti sulla superficie.
E’ questo il caso di Mimante, il satellite di dimensioni rilevanti più vicino a Saturno e il più piccolo tra i satelliti ghiacciati ad avere una forma approssimativamente sferica. Sulla superficie spicca il cratere Herschel con un diametro pari ad un terzo di quello del satellite stesso, raggiunge profondità di 10 km e la sua vetta centrale si innalza per 6 km sopra la base del cratere. L'impatto che ha formato questo cratere ha quasi disgregato Mimante; sul lato opposto del satellite sono visibili alcune fratture causate dalle onde d’urto dell'impatto che hanno attraversato l'interno del corpo. La craterizzazione della superficie non è uniforme: la maggior parte delle zone equatoriali e tropicali è costellata di crateri più grandi di 40 km di diametro, mentre nella regione polare meridionale generalmente mancano crateri più grandi di 20 km. Il gran numero di impatti subiti è alla base della composizione della sua superficie dominata dal ghiaccio d’acqua come quella degli altri satelliti regolari. E’ comunque ipotizzabile che sotto lo strato superficiale, dove il riscaldamento da impatti è minore, si siano conservate tracce di semplici composti organici che potrebbero affiorare da profonde fratture o dal letto di qualche cratere. Per verificare sperimentalmente l’attendibilità di quest’ipotesi abbiamo confrontato i dati raccolti dallo strumento VIMS (Visual and Infrared Mapping Spectrometer), dai quali è possibile valutare l’eventuale presenza di composti organici in alcune regioni della superficie, con l’immagine nel visibile del satellite, registrata quasi contemporaneamente all’acquisizione degli spettri di VIMS.

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Introduzione Saturno è un gigante gassoso dalle dimensioni di poco inferiori a quelle di Giove, con una densità media inferiore a quella dell’acqua. Intorno al pianeta centrale orbitano gli anelli e diversi satelliti: alcuni potrebbero essersi formati con il pianeta, altri sono probabilmente frammenti di corpi più grandi, forse distrutti da collisioni, altri ancora potrebbero essere “intrusi” provenienti da altre zone del Sistema Solare primordiale. Sulla base delle recenti osservazioni della sonda Cassini, vengono illustrate le caratteristiche generali e le peculiarità topografiche e geologiche dei satelliti, dando particolare rilievo a Titano ed Encelado. L’osservazione e il confronto delle caratteristiche superficiali dei satelliti permette di ricostruire la loro storia evolutiva successiva alla formazione, caratterizzata da impatti che hanno formato numerosi crateri. Lo studio del Sistema di Saturno ha un ruolo notevole ai fini della comprensione dei processi evolutivi nel Sistema Solare, o in quello di Giove. E’ possibile distinguere una classe di satelliti ghiacciati regolari che formano un sistema in rotazione sincrona e diretta su orbite circolari equatoriali attorno al pianeta. Queste caratteristiche comuni di regolarità lasciano pensare che tali satelliti, fra cui Mimas, si siano formati all’interno del disco protoplanetario di Saturno. All’interno del disco sono presenti meccanismi di aggregazione che possono portare all’accumulo di oggetti di dimensioni sempre maggiori, in cui la polvere ha un ruolo dominante. La bassa densità dei corpi del sistema di Saturno rispetto ai pianeti del Sistema Solare è dovuta ad un ambiente locale di formazione meno ricco di carbonio allo stato gassoso rispetto alla nebulosa protosolare, a meno che una significativa parte di questo sia incorporata nei satelliti sottoforma di idrocarburi ghiacciati a densità minore. Inoltre fra i pianeti del Sistema Solare vi è una tendenza al crescere della densità con il diminuire della distanza dal Sole; ciò è riscontrabile nel sistema di satelliti gioviano, ma non in quello di Saturno. Si pensa quindi che gli embrioni dei satelliti di Saturno si siano formati dalla collisione dei corpi accresciutisi nel disco protoplanetario; il processo di frazionamento sarebbe, infatti, in grado di spiegare le significative differenze nelle attuali proporzioni ghiaccio/roccia. I grandi impatti subiti in questa fase evolutiva devono aver riscaldato questi corpi, provocando la perdita dei volatili eventualmente presenti sulla superficie. E’ questo il caso di Mimante, il satellite di dimensioni rilevanti più vicino a Saturno e il più piccolo tra i satelliti ghiacciati ad avere una forma approssimativamente sferica. Sulla superficie spicca il cratere Herschel con un diametro pari ad un terzo di quello del satellite stesso, raggiunge profondità di 10 km e la sua vetta centrale si innalza per 6 km sopra la base del cratere. L'impatto che ha formato questo cratere ha quasi disgregato Mimante; sul lato opposto del satellite sono visibili alcune fratture causate dalle onde d’urto dell'impatto che hanno attraversato l'interno del corpo. La craterizzazione della superficie non è uniforme: la maggior parte delle zone equatoriali e tropicali è costellata di crateri più grandi di 40 km di diametro, mentre nella regione polare meridionale generalmente mancano crateri più grandi di 20 km. Il gran numero di impatti subiti è alla base della composizione della sua superficie dominata dal ghiaccio d’acqua come quella degli altri satelliti regolari. E’ comunque ipotizzabile che sotto lo strato superficiale, dove il riscaldamento da impatti è minore, si siano conservate tracce di semplici composti organici che potrebbero affiorare da profonde fratture o dal letto di qualche cratere. Per verificare sperimentalmente l’attendibilità di quest’ipotesi abbiamo confrontato i dati raccolti dallo strumento VIMS (Visual and Infrared Mapping Spectrometer), dai quali è possibile valutare l’eventuale presenza di composti organici in alcune regioni della superficie, con l’immagine nel visibile del satellite, registrata quasi contemporaneamente all’acquisizione degli spettri di VIMS. 3

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