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La bellezza di Saturno

Il pianeta Saturno e le sue lune e anelli nel 2008, durante la prima fase della missione Cassini. In basso a sinistra si vede Titano

Il pianeta Saturno e le sue lune e anelli nel 2008, durante la prima fase della missione Cassini. In basso a sinistra si vede Titano Crediti: NASA/JPL/SSI

La missione Cassini-Huygens

Poche imprese di esplorazione spaziale possono vantare la statura della missione Cassini-Huygens, dedicata a svelare i segreti di Saturno e della sua luna più misteriosa, Titano, sulla quale fece addirittura atterrare un lander! Per oltre vent’anni la sonda ha esplorato il sistema di questo pianeta, fino al 15 settembre del 2017. Esattamente sei anni fa, infatti, la sonda si disintegrò nell’atmosfera saturniana, ponendo fine alla sua avventura. Cassini-Huygens ha rivoluzionato la nostra conoscenza di questo pianeta, inanellando una serie impressionante di record e di risultati.

La missione Cassini-Huygens

Saturno e il suo sistema di lune e anelli è molto lontano, e fino alla fine del secolo scorso sapevamo molto poco sul suo conto, nonostante fosse stato visitato da ben tre sonde: Pioneer 11 (1979), Voyager 1 (1980) e Voyager 2 (1981). Queste missioni spaziali pionieristiche dimostrarono la nostra capacità di superare la Fascia Principale degli Asteroidi e raggiungere questo luogo freddo e remoto. Tuttavia i passaggi delle tre sonde furono, appunto, solo dei passaggi. C’era tanto altro da fare e vedere nel Sistema Solare esterno, e queste tre esploratrici proseguirono.
Titano visto dalla sonda Voyager 2, nel 1980

Titano visto dalla sonda Voyager 2, nel 1980. Crediti: NASA/JPL

L’appetito, però, vien mangiando, e i dati ottenuti durante questi sorvoli servirono solo a lasciarci con ancora più domande di quando eravamo partiti. In particolare affascinava una delle lune saturniane, Titano. Questo infatti è il secondo satellite per dimensioni del Sistema Solare (di poco inferiore a Ganimede e persino più grande di Mercurio), ed è l’unico a possedere un’atmosfera significativa, opaca e quasi impenetrabile. I dati delle sonde Voyager 1 e 2 mostrarono che era composta al 94% di azoto e al 6% di metano (con tracce di altri gas), mentre la pressione in superficie era del 50% superiore a quella terrestre (1,5 bar).

Nelle immagini delle Voyager uno spesso strato di foschia e smog avvolgeva l’intero globo, rendendo impossibile vederne la superficie. Questi dati, combinati con le rigide temperature (si parla di -180 °C) facevano sì che Titano potesse avere potenzialmente dei laghi di metano liquido in superficie! Un’osservazione però impossibile per gli strumenti delle due sonde gemelle. Urgeva andare più a fondo.

Per non parlare poi di Saturno e dei suoi anelli: perché questo pianeta possiede un disco di particelle così grande, al contrario degli altri? Come si sono formati, e quale età hanno? Come interagiscono con le innumerevoli lune saturniane? Altre cose non sapevamo neanche che le avremmo scoperte. Dopotutto il bello dell’esplorazione spaziale è andare lì dove non siamo mai andati prima proprio per vedere cosa c’è, e rispondere a domande che non sapevamo nemmeno di volerci fare.

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Il lancio della missione Cassini-Huygens a bordo del suo Titan IVB/Centaur

Il lancio della missione a bordo del suo Titan IVB/Centaur Crediti: NASA

Un lungo viaggio

Ecco quindi la nascita della missione Cassini-Huygens, la cui avventura iniziò il 15 ottobre 1997. Quel giorno la sonda costruita da NASA, ESA e ASI (la nostra agenzia spaziale) venne lanciata da Cape Canaveral in cima a un razzo Titan IVB/Centaur. Cassini-Huygens era una missione in tandem: la sonda principale, Cassini (dedicata all’astronomo italiano Giovanni Domenico Cassini), era stata costruita dalla NASA e il suo scopo era quello di orbitare intorno a Saturno e studiarne le caratteristiche approfonditamente. Huygens (dedicato all’astronomo olandese Christiaan Huygens) invece era un passeggero, un lander costruito dall’ESA e studiato per atterrare appunto sulla superficie di Titano.

Contrariamente a quanto ci si aspetti, la prima mossa della sonda non fu andare verso Saturno, ma Venere… che è nella direzione opposta! Questo perché la meccanica orbitale è più complicata di quanto si pensi. Una traiettoria diretta verso Saturno forse avrebbe richiesto meno tempo, ma sarebbe stata più costosa in termini di carburante e avrebbe complicato l’inserimento in orbita attorno al pianeta. Andando verso Venere, invece, Cassini poteva sfruttarne la gravità per farsi lanciare verso Saturno risparmiando propellente, una manovra nota come fionda gravitazionale.

Ecco quindi che ad aprile del 1998 e giugno del 1999 la sonda compì due flyby (sorvoli) di Venere, testando i propri strumenti per la prima volta. Seguì quindi un flyby della Terra due mesi più tardi, e infine quello di Giove nel dicembre del 2000, il momento più importante della missione prima del suo arrivo a Saturno. Cassini passò a circa 10 milioni di km dal pianeta, e sfoderò la sua suite di sensori in tutta la loro potenza. Nel giro di sei mesi vennero scattate oltre 26.000 immagini, tra cui il ritratto più dettagliato mai ottenuto di Giove (ancora oggi imbattuto). I vari strumenti contribuirono a risolvere alcuni misteri dell’atmosfera del gigante, dei suoi anelli e delle sue aurore. Una sorta di prova generale, in attesa del grande evento.

Immagine di Giove

Il lancio della missione a bordo del suo Titan IVB/Centaur Crediti: NASA

Una delle immagini della superficie di Titano scattate dal lander Huygens

Una delle immagini della superficie di Titano scattate dal lander Huygens. Crediti: ESA/NASA/JPL/University of Arizona

L’atterraggio su Titano

Il 1° luglio del 2004, finalmente, Cassini entrò in orbita attorno a Saturno con il suo prezioso carico scientifico, tra cui il lander Huygens. Era il primo oggetto artificiale a compiere questa impresa, e solamente il quarto a visitare il sistema saturniano, dopo Pioneer 11 e le due sonde Voyager. Da subito si intraprese una serratissima campagna di raccolta dati (che era già cominciata a maggio e giugno, con il sorvolo della luna Febe, molto esterna), in preparazione del momento più importante: la discesa di Huygens su Titano. Nel corso dei primi due flyby di questa luna i ricercatori cercarono di ottenere più informazioni possibili, per scegliere accuratamente dove e quando sganciare Huygens. Il 25 dicembre del 2004 Huygens si separò da Cassini, dopo oltre 1,5 miliardi di km di viaggio insieme, e il 14 gennaio del 2005 la sonda entrò nell’atmosfera titaniana. La discesa durò circa 2 ore e mezza e avvenne grazie all’uso di alcuni paracadute. La sonda infine toccò il suolo di Titano, con l’impeto di una palla che cade da circa un metro di altezza qua sulla Terra.

Davanti ai ricercatori c’erano ora le prime immagini della storia scattate sulla superficie di un mondo del sistema solare esterno. La scena è immersa in una bruma arancione, e mostra una superficie scabra e coperta di ciottoli stondati. La nebbiolina era attesa dai ricercatori: l’atmosfera di Titano è infatti ricca di idrocarburi, e la loro interazione con i raggi ultravioletti del Sole produce una sorta di cappa perenne di smog globale. I ciottoli invece erano inattesi, specialmente la loro forma; le analisi mostrano che sono fatti di ghiaccio d’acqua, e sono ricoperti a loro volta da uno strato sottile di materiali organici, che continuamente si formano nell’atmosfera titaniana e “nevicano” al suolo. La forma stondata, e il modo in cui sono disposti, fanno pensare che Huygens sia atterrata nel letto di un fiume o di un lago in secca, che ha eroso e stratificato questi sassi di ghiaccio. Questo andò ad aggiungere ulteriore peso all’ipotesi che su questo mondo ci fossero da qualche parte, o esistiti in qualche epoca passata, dei corpi liquidi.

Purtroppo abbiamo solo metà delle immagini che furono prodotte da Huygens: una delle due antenne non funzionò, e i dati di quel canale andarono persi. Huygens continuò a trasmettere per circa 30 minuti dopo l’atterraggio, fino all’esaurimento delle batterie. La missione era stata un successo!

Un bottino immenso

La storia di Cassini invece era appena iniziata. L’orbiter, una delle sonde più massicce e complesse mai lanciate nello spazio, continuò a studiare Saturno, le sue lune, i suoi anelli e il suo ambiente per più di un decennio. Le scoperte fatte sono innumerevoli, e non basterebbe un libro per descriverle tutte!

Una delle immagini della superficie di Titano scattate dal lander Huygens

Una delle immagini della superficie di Titano scattate dal lander Huygens. Crediti: ESA/NASA/JPL/University of Arizona

L’atterraggio su Titano

Il 1° luglio del 2004, finalmente, Cassini entrò in orbita attorno a Saturno con il suo prezioso carico scientifico, tra cui il lander Huygens. Era il primo oggetto artificiale a compiere questa impresa, e solamente il quarto a visitare il sistema saturniano, dopo Pioneer 11 e le due sonde Voyager. Da subito si intraprese una serratissima campagna di raccolta dati (che era già cominciata a maggio e giugno, con il sorvolo della luna Febe, molto esterna), in preparazione del momento più importante: la discesa di Huygens su Titano. Nel corso dei primi due flyby di questa luna i ricercatori cercarono di ottenere più informazioni possibili, per scegliere accuratamente dove e quando sganciare Huygens. Il 25 dicembre del 2004 Huygens si separò da Cassini, dopo oltre 1,5 miliardi di km di viaggio insieme, e il 14 gennaio del 2005 la sonda entrò nell’atmosfera titaniana. La discesa durò circa 2 ore e mezza e avvenne grazie all’uso di alcuni paracadute. La sonda infine toccò il suolo di Titano, con l’impeto di una palla che cade da circa un metro di altezza qua sulla Terra.

Questa è forse una delle scoperte più importanti del 21esimo secolo, perché significa che sotto al ghiaccio di Encelado c’è dell’acqua liquida. L’analisi dello spray di questi geyser ha mostrato la presenza di sali minerali e alcuni composti organici semplici. La successiva mappatura del campo gravitazionale della luna ha svelato che l’acqua liquida non è un deposito locale, ma è globale! In pratica, Encelado possiede un vasto oceano globale di acqua salata, profondo decine di chilometri e tenuto al riparo dallo spazio sotto a una crosta di ghiaccio spessa una ventina di chilometri. La sua esistenza è probabilmente resa possibile dall’interazione di Encelado con la gravità di Saturno e delle sue altre lune: questi continui stiracchiamenti mareali impastano il satellite, mantenendone caldo il nucleo. Questo oceano potrebbe essere uno dei luoghi più promettenti in cui cercare la vita aliena nel Sistema Solare!

Altri risultati ottenuti da Cassini includono l’individuazione di sette nuovi satelliti e dei satelliti pastore, che tengono insieme la struttura degli anelli. Questi ultimi si sono rivelati essere antichi di “solo” 200 milioni di anni, e quindi tutto sommato temporanei nella storia del pianeta. La sonda è anche riuscita a misurare il vero periodo di rotazione di Saturno (difficile da realizzare da Terra a causa della natura gassosa del pianeta), e a mappare il globo di tutte le lune principali.

Riguardo a Titano, finalmente nel 2007 arrivò la conferma delle ipotesi dei planetologi: il radar di Cassini scoprì delle vaste aree perfettamente lisce presso il polo nord della luna, rivelatisi essere laghi di metano ed etano liquido! Il più grande, il Kraken Mare, assomiglia al Mar Caspio come estensione (oltre mezzo milione di km quadrati), ed è anche un bacino relativamente profondo, molto probabilmente superando i 300 metri. Questo rende Titano l’unico altro corpo noto del Sistema Solare a possedere dei corpi liquidi in superficie, oltre la Terra. Le immagini di Cassini hanno rivelato che questo mondo possiede un ciclo idrogeologico del tutto simile a quello terrestre, in cui il metano evapora dai mari, condensa in nubi e poi precipita al suolo in catastrofiche alluvioni, scavando canyon nel paesaggio e formando fiumi di lunghezza simile ai fiumi europei

Immagine della “Grande Macchia Bianca”, la più grande tempesta mai osservata nel Sistema Solare

La “Grande Macchia Bianca”, la più grande tempesta mai osservata nel Sistema Solare, ha brevemente colpito l’emisfero nord di Saturno tra il 2010 e il 2011, all’inizio della primavera saturniana. Si pensa che sia un fenomeno stagionale periodico. Credit: NASA/JPL-Caltech/SSI

Le stagioni di Saturno

La lunga durata della missione (quasi metà anno saturniano) ha permesso la realizzazione di osservazioni climatiche e meteorologiche di lungo termine, come i cambiamenti di stagione. Cassini arrivò infatti durante l’inverno boreale, la sua missione venne estesa a cavallo dell’equinozio di primavera, e infine prolungata fino al solstizio d’estate, nel maggio del 2017. La longevità della missione ha permesso anche di realizzare osservazioni prettamente astronomiche, come il transito del pianeta Venere di fronte al disco solare osservato il 21 dicembre 2012 (simile a quello della Terra e della Luna avvenuto il 14 gennaio 2005, il giorno di Huygens).

Purtroppo però, anche per una missione straordinaria come Cassini giunse il momento della fine. Il 15 settembre del 2017 la sonda venne distrutta deliberatamente nell’atmosfera di Saturno, al termine di un’ultima estensione di missione nota come “Gran Finale”. Cassini era una sonda alimentata da una batteria nucleare, e quindi non aveva problemi di energia elettrica, ma i propulsori sono un’altra storia. Il carburante per le manovre era agli sgoccioli, e i ricercatori non volevano rischiare che la sonda perdesse il controllo e finisse per impattare contro una delle lune saturniane. Lune che ora si sapeva potrebbero persino ospitare ambienti favorevoli alla vita terrestre, specialmente quella estremofila in grado di sopravvivere alle pratiche di sterilizzazione delle sonde e alla lunga permanenza nello spazio. Non si poteva rischiare di contaminare questi ambienti primordiali!

In quest’ultima fase Cassini sorvolò ancora più da vicino Saturno, visitò un’ultima volta alcune delle sue lune, e arrivò addirittura a passare tra il pianeta e gli anelli. Fino a quel 15 settembre, quando la sonda divenne una meravigliosa meteora nell’atmosfera di un mondo alieno.

Grafico di tutti i numeri della missione Cassini-Huygens

Tutti i numeri della missione Cassini-Huygens! Crediti: NASA

L’ultima immagine scattata da Cassini, che riprende le sue coordinate di impatto un giorno prima dell’evento

L’ultima immagine scattata da Cassini, che riprende le sue coordinate di impatto un giorno prima dell’evento. Crediti: NASA/JPL/SSI

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