Il satellite di saturno: Titano IISS “Mattei” – Rosignano S. (LI) Scienze della terra Il satellite di saturno: Titano Slide n° 27 Alunno Gabriele Rossi IISS “Mattei” – Rosignano S. (LI) gabriele.rox@libero.it

Saturno Qualche numero Saturno è il sesto pianeta del Sistema solare ed il secondo pianeta più massiccio, classificato come gigante gassoso. Il nome deriva dall'omonimo dio della mitologia romana. Saturno è composto per il 95% da idrogeno e per il 3% da elio a cui seguono gli altri elementi. Il nucleo, consistente in silicati e Qualche numero Saturno Classificazione Gigante gassoso Circonferenza orbitale 59,879 UA Periodo orbitale 29,45 anni Inclinazione sull'eclittica 2,48446° Satelliti 62 Anelli 16 Diametro equatoriale 120 536 Km Densità media 0,70 × 10³ kg/m³ Accelerazione di gravità 8,96 m/s² Velocità di fuga 35 490 m/s Periodo di rotazione 10 h 47 min 6 secondi Temperatura superficiale 143 K  Pressione atmosferica 140 000 Pa Magnitudine apparente  0,7 ghiacci, è circondato da uno spesso strato di idrogeno metallico e quindi di uno strato esterno gassoso. Le velocità del vento nella atmosfera di Saturno possono raggiungere 1800 km/ora, significativamente più veloci di quelle su Giove. Saturno ha un esteso e vistoso sistema di anelli, che consiste principalmente in particelle di ghiacci e polveri di silicati.

Il primo astronomo a osservarne la forma fu Galileo, che nel 1610 non riuscì a comprendere con precisione la forma del pianeta circondato dai suoi anelli. Inizialmente gli apparve accompagnato da altri due corpi sui lati, e pertanto lo definì "tricorporeo". Galileo nei suoi schizzi ipotizzò varie soluzioni per la forma di Saturno, fra cui anche possibili anelli. Nei secoli successivi Saturno fu oggetto di studi approfonditi e nel 1649 un costruttore di telescopi Eustachio Divini pubblicò per la prima volta una illustrazione dettagliata degli anelli di Saturno Successivamente nel 1655 l'astronomo Christiaan Huygens fu il primo a intuire la natura anulare dei corpi visti da Galileo attorno al pianeta, e scoprì anche il satellite Titano. Della sessantina di lune conosciute che orbitano intorno al pianeta, Titano è l'unica luna del Sistema solare ad avere un'atmosfera significativa.

I satelliti di saturno Il pianeta Saturno possiede un gran numero di satelliti naturali. Il numero preciso di satelliti del pianeta non sarà mai quantificabile, perché i frammenti ghiacciati che compongono i suoi anelli potrebbero, almeno teoricamente, essere considerati tali, ed è difficile porre una linea arbitraria di distinzione tra satelliti minori e grandi frammenti ghiacciati. A marzo 2009 si conoscono 62 satelliti di Saturno, molti dei quali scoperti di recente, l'ultimo con la denominazione di Egeone il 3 marzo 2009.

Classificazione dei satelliti  Benché la distinzione non sia rigorosamente definita, le lune di Saturno possono essere ripartite in quattro gruppi: I "pastori" degli anelli  I satelliti "pastori“ sono lune che orbitano all'interno o immediatamente all'esterno del sistema di anelli di Saturno. La particolarità di questo gruppo di satelliti sta nel fatto che essi influenzano la struttura degli anelli stessi andando a esercitare i loro effetti gravitazionali sulle particelle che li compongono Pandora (esterno ) e Prometeo (interno) tengono in forma l'anello F. Si notano notare nelle loro vicinanze una tipica struttura "a torciglione", che oggi è stata studiata e simulata con modelli informatici. Un disegno schematico che illustra l'azione dei "satelliti pastori" quando un anello sottile è confinato tra due satelliti.      Il satellite Daphnis si muove all'interno della divisione tra due anelli e ne perturba i bordi sia in anticipo (l'anello interno si muove più velocemente del satellite e incontrandolo si increspa), sia in ritardo (il satellite si muove più velocemente dell'anello esterno e superandolo lo increspa).  

I satelliti con massa più significativa 2) I grandi satelliti interni I satelliti più vicini a saturno orbitano all’interno del tenue anello E; si tratta di Mimante, Encelado, Teti e Dione. 3) Le lune co-orbitanti Le lune co-orbitanti sono una prerogativa unica del sistema saturniano. Sono satelliti che condividono la stessa orbita attorno a saturno con un’altra luna a una distanza angolare tale da non collidere mai con essa. Teti ha due co-orbitali: Telesto e Callipso, cosi come Dione: Elena e Polideuce. 4) Le grandi lune esterne Le più grandi lune di saturno orbitano tutte oltre l’anello E e possono essere considerate un gruppo distinto. Sono Rea, Iperone, Titano e Giapeto. I satelliti con massa più significativa Nome comune Diametro Massa Raggio dell’orbita Periodo orbitale Scoperta Titano 5151 km 135×1021 kg 1 221 850 km 15,94542 giorni 1655 Rea 1528 km 2,49×1021 kg 527 040 km 4,5175 giorni 1672 Giapeto 1460 km 1,88×1021 kg 3  561 300 km 79,33018 giorni 1671 Dione 1118 km 1,05×1021 kg 377 400 km 2,736915 giorni 1684 Teti 1060 km 0,62×1021 kg 294660 km 1,887802 giorni Giapeto Teti Rea Didone

È uno dei corpi rocciosi più massicci dell'intero sistema solare Titano Titano è il quindicesimo satellite naturale di saturno ed è il più grande. È uno dei corpi rocciosi più massicci dell'intero sistema solare Supera in dimensioni il pianeta Mercurio e risulta essere piu grande e pesante di Plutone. Si è a lungo creduto che Titano fosse il più grande satellite del sistema solare, ma recenti osservazioni mostrano che la sua superficie solida è di poco più piccola di quella di Ganimede. Si tratta inoltre dell'unico satellite in possesso di una densa atmosfera che in passato ha impedito uno studio dettagliato della sua superficie dalla Terra. La magnitudine apparente di Titano dalla Terra oscilla fra 7,9 ed 8,7. Sebbene invisibile ad occhio nudo, Titano può essere individuato attraverso piccoli telescopi (<5).

missione spaziale Cassini-Huygens, Con la recente missione spaziale Cassini-Huygens, tuttavia, è stato possibile studiare l'oggetto da distanza ravvicinata, ed il lander Huygens è atterrato con successo sul suolo titaniano. L'atmosfera titaniana appare ricca di metano, e la temperatura superficiale media è molto vicina al punto triplo del metano. Misure condotte con telescopi terrestri hanno evidenziato che la superficie non è uniforme, e presenta quelli che potrebbero essere dei continenti. Cassini–Huygens è una missione robotica interplanetaria congiunta NASA/ESA/ASI, lanciata il 15 ottobre 1997, con il compito di studiare il sistema di Saturno, comprese le sue lune e i suoi anelli. La sonda si compone di due elementi: l'orbiter Cassini della NASA ed il lander Huygens dell'ESA. Sopra l’immagine del lancio della missione da complesso di lancio del J.F.K. Space Center

Qualche numero Titano orbita intorno a Saturno in 15 giorni e 22 ore. Come la Luna e molti altri satelliti dei giganti gassosi, il suo periodo orbitale è identico al suo periodo di rotazione; Titano è quindi in rotazione sincrona con Saturno, esattamente come la nostra luna rispetto alla terra. Periodo orbitale 15,94542 giorni Inclinazione rispetto a Saturno 0,34854° Diametro medio 5150 km Superficie 8,3 × 1013 m² Massa 1,345 × 1023 kg Densità media 1,88 × 103 kg/m³ Accelerazione di gravità 1,35 m/s² (0,14 g) Velocità di fuga 2 630 m/s Temperatura superficiale 94 K Magnitudine apparente da Terra 7,9 min - 8,7 max

Osservazione e esplorazione Titano fu scoperto il 25 marzo 1655 dall'astronomo olandese Christiaan Huygens; si trattava del primo satellite naturale ad essere individuato dopo i satelliti galileiani di Giove. Huygens lo denominò semplicemente, in lingua latina, Luna Saturno. I Titani sono figure della mitologia greca, padroni in coppia della settimana e delle rispettive sette potenze planetarie dell'epoca. Quando più tardi Giovanni Cassini scoprì quattro nuovi satelliti, li volle chiamare Teti, Dione, Rea e Giapeto e Titano venne chiamato Saturno VI, perché apparentemente sesto in ordine di distanza dal pianeta. Solo nel 1847 il satellite venne nominato definitivamente Titano in onore dei titani della mitologia greca. Urano  Il titano del cielo

Titano è stato sorvolato per la prima volta dalle sonde automatiche statunitensi Voyager 1 e Voyager 2. Sfortunatamente la Voyager 1 non era provvista di alcuno strumento in grado di vedere attraverso la densa atmosfera del pianeta, una circostanza che non era stata assolutamente prevista ma abbiamo imparato di più nei pochi minuti di questo incontro che nei 300 anni che lo hanno preceduto. Quando la Voyager 2 raggiunse il sistema di Saturno il suo viaggio verso Urano e Nettuno fu interrotto e fu usata per uno studio intensivo di Titano.

Una delle prime immagini dei laghi di metano di Titano scattate grazie a una speciale telecamera di cui è dotata la sonda Cassini. La grande mole di dati attualmente conosciuti sul satellite è quasi interamente dovuta alla missione spaziale Cassini-Huygens (IT - EU - USA). La sonda ha raggiunto Saturno il 1 luglio 2004. Il primo sorvolo diretto del satellite è avvenuto il 26 ottobre, ad una distanza di appena 1200 km dall'atmosfera. Gli strumenti di Cassini hanno subito individuato strutture superficiali chiare e scure che sarebbero state invisibili all'occhio umano.

Dalla sonda madre è stato sganciato il modulo di terra Huygens, privo di motori, che il 14 gennaio 2005 è entrato con successo nell’atmosfera e ha toccato il suolo dopo 2 h e 30 m, continuando a trasmettere il suo segnale per altre tre ore. La sonda non ha individuato tracce di liquidi di alcun tipo sulla superficie. La consistenza del suolo di Titano è tuttavia risultata simile a quella della sabbia bagnata, e non si esclude che il terreno sia periodicamente irrorato da flussi liquidi. La prima immagine al suolo di titano. Le pietre che si notano in primo piano sono in realtà grumi ghiacciati di acqua e idrocarburi della dimensione di circa 20cm. Attualmente è in fase di progetto un'ulteriore missione da parte di NASA ed ESA, denominata Titan Saturn System Mission, che dovrebbe comprendere un'orbiter per lo studio del sistema di Saturno e di Titano compresa una piccola mongolfiera per lo studio dell’atmosfera e ed un lander acquatico. Potrebbe essere lanciata nel 2020.

Composizione e struttura Titano è stato a lungo ritenuto il satellite più grande del sistema solare Confronto tra le masse di diversi satelliti all’interno del sistema solare in verità le prime osservazioni da terra sono state disturbate dalla sua densa atmosfera, che ha causato una stima per eccesso delle dimensioni reali del corpo.

Le proprietà fisiche di Titano sono simili a quelle di Ganimede,la massa del satellite viene data verosimilmente per metà da ghiaccio e per l'altra metà da materiale roccioso. La sua struttura interna è probabilmente stratificata, con un nucleo roccioso di silicati dal diametro di circa 3400 km circondato da strati composti da diverse forme cristalline del ghiaccio. L'interno di Titano potrebbe essere ancora caldo, e vi potrebbe essere uno strato liquido composto da acqua ed ammoniaca situato fra il nucleo roccioso e la crosta ghiacciata.

Prove a sostegno di questa ipotesi sono state recentemente scoperte dalla sonda Cassini, nella propagazione di onde radio ELS naturali. Si ritiene che la superficie di Titano sia poco riflettente per le onde ELS; queste, quindi, dovrebbero venir riflesse da una superficie di separazione tra uno strato ghiacciato ed uno liquido in un oceano presente al di sotto della superficie. Inoltre, dal confronto fra le immagini raccolte nell'ottobre del 2005 ed il maggio del 2007, appare evidente una traslazione della crosta anche di 30 km, per effetto dei venti atmosferici. Ciò avvalora l'ipotesi della presenza di uno strato liquido all'interno del pianeta sul quale galleggerebbe il leggero strato superficiale. L’acronimo ELF (extremely low frequency) indica una la banda di frequenze radio compresa tra 1 e 300 Hz. La banda ELF era utilizzata dalla Marina degli Stati Uniti e da quella Sovietica per comunicare con i sottomarini immersi. I segnali nel campo di frequenze ELF, possono penetrare molto in in profondità.

Atmosfera Composizione atmosferica Azoto 98,4% Metano 1,6% Idrocarburi Argon Diossido di carbonio Monossido di carbonio Cianogeno Acido cianidrico Elio Tracce inferiori a 0,01% Titano è l'unico satellite naturale del sistema solare a possedere un'atmosfera sviluppata La sua scoperta risale al 1944 e in seguito, le osservazioni condotte da distanza ravvicinata nell'ambito del programma Voyager hanno permesso di determinare che l'atmosfera titaniana è più densa di quella terrestre, e le sue imponenti formazioni nuvolose rendono impossibile l'osservazione diretta della superficie. Tale atmosfera contribuisce a sostenere un effetto serra al contrario. L’atmosfera di titano fotografata da Voyager 2

Temperatura di fusione Sulla superficie la sonda Huygens ha rilevato una temperatura media di 94 K (-179 °C) Questa temperatura è il motivo della quasi totale assenza di acqua nell’atmosfera, che invece si trova solo sottoforma di ghiaccio. Le nubi sparse che generano la foschia caratteristica del satellite sono probabilmente composte di metano, etano o altri composti organici semplici. La spessa atmosfera impedisce alla maggior parte della radiazione solare di raggiungere la superficie; lo stesso lander europeo Huygens, durante la discesa non è stato in grado di individuare la direzione del Sole, e dunque con ogni probabilità lo stesso Saturno è sempre invisibile dalla superficie del satellite. Temperatura di fusione 90,8 K (-182,7 °C) Punto triplo 90,67 K (-182,48 °C) 1,17 × 104 Pa Il metano è un idrocarburo semplice formato da un atomo di carbonio e 4 di idrogeno; la sua formula chimica è CH4, e si trova in natura sotto forma di gas

L'atmosfera titaniana è l'unica del sistema solare oltre a quella terrestre a mostrare una forte abbondanza dell‘azoto molecolare, presente per il 98,4%. Il rimanente 1,6% è composto da metano e da tracce di idrocarburi, di argon e altri gas. Si ritiene che gli idrocarburi abbiano origine nell'alta atmosfera, come risultato di reazioni chimiche che avvengono tra le molecole di metano innescate dalla radiazione ultravioletta proveniente dal Sole; come risultato, il satellite appare avvolto da una spessa coltre di smog arancione. Titano non possiede un campo magnetico e lungo la sua orbita viene periodicamente a trovarsi all'esterno di quello di Saturno, ed è dunque esposto direttamente al vento solare. Si ritiene che questo potrebbe indurre la ionizzazione e la perdita di alcune molecole presenti nell'alta atmosfera.

Gli strati di foschia nell'atmosferma abbassano la temperatura nelle zone più basse, mentre il metano alza la temperatura sulla superficie. I criovulcani eruttano metano nell'atmosferma, che ricade sulla superficie sotto forma di pioggia, formando dei laghi. È possibile che parti della superficie del satellite siano ricoperte da un precipitato organico noto come tolina, copolimeri di metano e azoto che si formano negli strati alti dell’atmosfera del satellite.

Le immagini scattate dalla sonda Cassini nell'ottobre 2004 hanno permesso di individuare nubi di alta quota in prossimità del polo sud del satellite, ma inaspettatamente la loro composizione si è rivelata differente dal metano. Altre osservazioni svolte dalla Cassini anno permesso di determinare che l'atmosfera di Titano, analogamente a quella di Venere, ruota assai più rapidamente della superficie planetaria. Osservazioni all'infrarosso hanno mostrato che sul satellite si sviluppano frequenti piogge di metano. Questo fa pensare che si sia sviluppato un completo ciclo del metano che provvede ad alimentare i laghi di metano che si trovano sulla superficie. In primo piano la densa atmosfera di Titano. Dietro si intravede il pianeta saturno

Hubble Space Telescope Superficie La missione Cassini ha rilevato che la superficie di Titano è relativamente liscia. L'area attualmente mappata non sembra presentare variazioni in altezza più alte di 50 metri; tuttavia l'altimetria radar ha coperto al momento solo parte della regione polare Nord. La superficie di Titano è segnata da vaste regioni di terreno chiaro e scuro, inclusa un'area grande come l'Australia identificata dalle immagini all'infrarosso provenienti dal Telescopio spaziale Hubble e dalla sonda Cassini. Questa regione è stata chiamata Xanadu ed è relativamente elevata. Hubble Space Telescope

La sonda Cassini ha osservato zone scure presenti su Titano che si ipotizza possano essere mari di metano. Inoltre sono state individuate alcuni segni lineari misteriosi, che potrebbero indicare attività tettoniche. A sinistra, un’immagine tridimensionale di una zona criovulcanica. Sotto, una foto realizzata attraverso l’altimetro radar della grande pianura del Xanadu Per studiare e comprendere meglio la struttura della superficie, la sonda Cassini sta attualmente usando un altimetro radar per mappare porzioni di Titano. Le prime immagini hanno rivelato una geologia varia e complessa con aree lisce e altre ruvide. Alcune strutture sembrano derivate da fenomeni di criovulcanismo, da cui potrebbero eruttare acqua e ammoniaca e striature che sembrano causate da particelle soffiate dal vento.

Le immagini della sonda Huygens atterrata su tiano nel 2005 mostrano colline chiare segnate da canali scuri, che sfociano in una vasta regione scura e piatta. È stato ipotizzato che queste regioni scure possano essere laghi di sostanze fluide. Non sono presenti tracce evidenti di liquidi nel sito di atterraggio e la superficie assomiglierebbe ad una "sabbia" costituita da granelli di ghiaccio. Le immagini riprese dopo l'atterraggio mostrano una pianura coperta di sassi arrotondati, i quali potrebbero essere costituiti da ghiaccio d'acqua. Si sono osservate anche dune sabbiose create dai venti generati dalle forze di marea provocate da Saturno nell'atmosfera di Titano, circa 400 volte più forti di quelle della luna sulla Terra. Questi venti creano dune in lunghe linee parallele, che si interrompono attorno alle montagne. Le distese di dune coprono circa il 13% della superficie di Titano, per un totale di oltre 10 milioni di chilometri, un'area grande quanto il Canada. Le dune di Titano sono gigantesche rispetto agli standard terrestri. Sono larghe in media 1 o 2 chilometri, si estendono in lunghezza per centinaia di chilometri e sono alte circa 100 metri. La sabbia su Titano è fatta di idrocarburi solidi che precipitano dall'atmosfera.

Nel dicembre del 2009 la Nasa ha annunciato ufficialmente la presenza di un lago di metano, battezzato Kraken Mare, dall'estensione di 400 000 chilometri quadrati. Il lago non è stato osservato direttamente dagli scienziati, ma la sua presenza è stata intuita grazie ai dati elaborati dallo spettrometro a infrarossi presente sulla Sonda Cassini. Il secondo grande lago di cui si è attestata l'esistenza è stato il Ligeia, a questi due sono seguiti molti altri di dimensioni inferiori.

C’è vita su Titano? Titano, secondo la comunità scientifica, si presenta come un luogo molto “ospitale” per lo sviluppo di forme di vita. Lo si evince anche dalla lista, pubblicata recentemente, che valuta l’abitabilità dei pianeti e che pone la luna di Saturno addirittura al di sopra di Marte, e dunque al primo posto all’interno del Sistema Solare. In ogni caso, non si tratta della vita che conosciamo noi e in ogni caso Titano potrebbe ospitare forme di vita talmente differenti dalla nostra da essere pressoché irriconoscibili. L’astrobiologo Dirk Schulze-Makuch, ha infatti puntualizzato che si tratterebbe di forme di vita che si svilupperebbero grazie al metano, piuttosto che all’ossigeno o all’anidride carbonica. Comunque, ha dichiarato che “Titano ha una fitta atmosfera protettiva simile a quella della Terra nei giorni prima della formazione della vita sulla sua superficie , con una gran quantità di azoto e metano, oltre ai laghi di idrocarburi, fonti di energia.

Grazie per l’attenzione! “Mattei” – Rosignano S. (LI) FINE della presentazione Il satellite di saturno: Titano Grazie per l’attenzione! Quello che viene a porsi come oggetto della nostra conoscenza diventa per ciò stesso parte della nostra vita.  Papa Giovanni Paolo II Alunno Gabriele Rossi Gabriele.rox@libero.it “Mattei” – Rosignano S. (LI)