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Caratteristiche, origine e dinamica dei faint rings di Giove e Saturno Sistemi Planetari Mario Gennaro.

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Presentazione sul tema: "Caratteristiche, origine e dinamica dei faint rings di Giove e Saturno Sistemi Planetari Mario Gennaro."— Transcript della presentazione:

1 Caratteristiche, origine e dinamica dei faint rings di Giove e Saturno Sistemi Planetari Mario Gennaro

2 Tra la fine degli anni 70 e linizio degli 80 le sonde Pioneer 10 e 11 e Voyager 1 e 2 rilevano la presenza di un sistema di anelli (molto tenui) intorno a Giove e confermano lesistenza di un anello esterno (anello E) di Saturno centrato sullorbita di Enceladus. Successivamente la sonda Galileo e il telescopio Keck distinguono i gossamer rings. Le osservazioni AnelloProf. otticaH (km) Halo5 E-65 E4 (max) Main Ring5 E-6 30 Inner Gossamer E Outer Gossamer 3 E E Ring 5 E-7 (max) E3 – E4 Da J.A. Burns et al. (1999)

3 Le osservazioni Grazie alle osservazioni in situ della luce riflessa a vari angoli di scattering è possibile avere importanti informazioni sulle dimensioni e la composizione delle particelle che costituiscono tali anelli. In particolare si osserva una forte amplificazione della luce in forward scattering rispetto al back scattering. Tale amplificazione sta ad indicare che la diffrazione è dominante e, quindi, che la dimensione tipica dei grani è dellordine della lunghezza donda della luce (λ SUN ~ 0.5 μm).

4 Le osservazioni Leffettiva interpretazione dei dati è model-dependent, ma i vari autori sono daccordo nellindicare una distribuzione di particelle (in raggio) piuttosto stretta e centrata attorno a 1 micron, diversa quindi da quella di gruppi di particelle la cui evoluzione dinamica è di tipo collisionale. Da M. Showalter et al. (1991)

5 Perturbazioni non gravitazionali Piccole dimensioni maggior rapporto Superficie / Massa ; bisogna considerare levoluzione dinamica sotto le forze e.m e la pressione di radiazione. e anche studiare gli effetti di erosione su queste piccole particelle per stimare i tempi di vita degli anelli e conseguentemente i meccanismi di rigenerazione. Effetto Poynting - Robertson Plasma drag Effetti dovuti al disallinamento di B Sputtering Erosione elettrostatica

6 Effetto Poynting - Robertson Pressione di radiazione : Parametro perturbativo: Da F. Mignard (1984)

7 Effetto Poynting - Robertson Espressione completa (fino allordine V/c) nel riferimento del Sole: PR drag Da F. Mignard (1984)

8 Effetto Poynting - Robertson Introduciamo un tempo caratteristico per levoluzione di una particella sotto linfluenza del PR drag: In un sistema di riferimento planetocentrico, trascurando la variazione della distanza particella - Sole e considerando lorbita del pianeta circolare, si ottiene per le perturbazioni secolari: Numericamente si trova che i tempi di collasso dellorbita per PR drag sono di 5X10 4 / y per Saturno e di 10 4 / y per Giove.

9 Plasma Drag Il plasma magnetosferico è intrappolato attorno alle linee di forza e coruota con il pianeta: esiste una Δv tra il plasma e i grani e si verificano pertanto delle collisioni sia dirette che Coulombiane (anche i grani si caricano per la presenza di carica libera). Δv dipende dal raggio dellorbita dei grani. R < R syn collasso R > R syn espansione Nel caso di Giove R syn = 2.29 R J ; per Saturno R syn = 1.82 R S Tempo scala: Dipende dalla stima dei parametri del plasma

10 Disallineamento del campo magnetico Il campo magnetico di Giove è inclinato di ~10° rispetto allasse di rotazione esiste una componenente verticale della forza di Lorentz nel piano equatoriale

11 Meccanismi di erosione Sputtering (impatti di ioni energetici) : Grandi incertezze Stress elettrostatico; si ha rottura quando: MaterialeTensile strength (dyne cm -2 ) Aggregati (fluffy)~10 4 Ghiaccio (H 2 O) Silicati10 7 – 10 9 Vetro~710 9 Metalli~210 10

12 Meccanismi di generazione Sin dalle prime osservazioni fu suggerita la presenza di satelliti di piccole dimensioni nascosti negli anelli di Giove per spiegare alcune caratteristiche osservative. Negli anni, sono stati scoperti vari satelliti associati ai faint rings di Giove e Saturno e localizzati sui loro bordi esterni (il caso di Enceladus è più complesso) AnelloSatellite associato Main ring Metis, Adrastea Inner gossamer Amalthea Outer gossamer Thebe E ring Enceladus Visti i brevi tempi di vita (max ~10 5 y) stimati per i grani di polvere si pensò che queste mooms potessero essere i progenitori degli anelli e le fonti per rifornirli continuamente del materiale perso.

13 Meccanismi di generazione Le collisioni dei micrometeoroidi sulla superficie dei satelliti possono generare una quantità di polveri sufficiente a rifornire gli anelli di materiale Rate di produzione: Sperimentalmente si trova che: Quindi, poiché v 0 = v esc ~ R i, alla fine si trova che dM i /dt ~ R i -1/4

14 Alcune peculiarità Gossamer rings: profilo rettangolare e bordi più luminosi della zona centrale Effetto combinato dellinclinazione dei satelliti e della non sfericità di Giove Adattato da J.A. Burns et al. (1999)

15 Alcune peculiarità Profilo quasi simmetrico rispetto alla posizione di Enceladus: non si può spiegare con un singolo effetto di drag; (osserviamo che R syn ~ km). La pressione di radiazione può causare una variazione a breve periodo delleccentricità che spiegherebbe, almeno in parte, questo profilo. Da M. Showalter et al. (1991)

16 Bibliografia J.A. Burns, M.R. Showalter, G.E. Morfill, Ethereal Rings in Planetary Rings, eds. R. Greenberg and A. Brahic (Univ.of Arizona Press, Tucson, AZ, 1984) pp E. Grün, G.E. Morfill, Dust – Magnetosphere interactions in Planetary Rings, eds. R. Greenberg and A. Brahic (Univ.of Arizona Press, Tucson, AZ, 1984) pp F.Mignard, Effects of radiation forces on dust particles in planetary rings in Planetary Rings, eds. R. Greenberg and A. Brahic (Univ.of Arizona Press, Tucson, AZ, 1984) pp J.A. Burns et al., The formatio of Jupiters Faint Rings, Science 284, 1146 (1999) M.R. Showalter, J.N. Cuzzi, S.M. Larson, Structure and Particle Properties of Saturns E Ring, Icarus 94, 451 (1991)


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