Anelli di Saturno

Il pianeta degli anelli

In una guida turistica del Sistema Solare per astronauti del futuro, gli anelli di Saturno sarebbero indubbiamente una delle attrazioni principali: un gigantesco hula hoop cosmico che avvolge il secondo pianeta dopo Giove per dimensioni e maestosità, ma anche un oggetto di studio e di scoperte da parte di alcuni fra i più importanti protagonisti della storia della scienza degli ultimi quattrocento anni.

Non visibili dalla Terra a occhio nudo, gli anelli hanno infestato i sogni di numerosi scienziati fin da quando, nel 1610, furono avvistati da Galileo Galilei; il suo cannocchiale, per l’epoca modernissimo, era in grado di ingrandire gli oggetti fino a 21 volte le loro dimensioni originali. Galileo, in realtà, descrisse il pianeta Saturno come “tricorporeo”, composto cioè da un corpo centrale con ai lati due masse minori. Circa due anni dopo Saturno gli apparve invece “solitario”; nel 1616, tuttavia, Galileo osservò nuovamente la presenza dei due compagni del pianeta, che apparivano però molto mutati rispetto alle prime osservazioni.

Galileo

Furono necessari cinquant’anni per comprendere che queste escrescenze che spuntavano sui due lati del pianeta sono in realtà un anello piatto, che circonda tutto l’astro.

L’ipotesi dell’anello fu formulata per la prima volta alla fine degli anni Cinquanta del XVII secolo da Christiaan Huygens. Questo eclettico scienziato olandese fu, tra le altre cose, l’inventore dell’orologio a pendolo e il primo a suggerire che la luce avesse una natura ondulatoria (teoria offuscata dalla concorrenza nientemeno di Isaac Newton, secondo il quale la luce avrebbe invece avuto natura corpuscolare). Entusiasta scrutatore del cielo, Huygens riconobbe che la Luna è priva di atmosfera e i suoi “mari” devono essere privi di acqua; osservando Saturno, oltre a scoprirne il satellite Titano nel 1655-56, qualche anno dopo individuò ciò che, secondo lui, era inequivocabilmente un anello.

Huygens

La proposta di Huygens fu tuttavia fin da subito duramente contestata dal gesuita Honoré Fabri, secondo il quale Saturno era invece accompagnato da quattro satelliti, due oscuri e due luminosi. I satelliti si sarebbero mossi, a coppie, lungo orbite situate al di là di Saturno, e le loro differenti disposizioni avrebbero reso conto delle apparenze osservate.

Nell’estate del 1660, i membri della recentemente fondata Accademia del Cimento, invitati dal Principe Leopoldo di Toscana a dirimere la polemica, furono fedeli all’impegno di indagare la natura seguendo il metodo galileiano: realizzarono un modellino di Saturno che venne osservato da circa 75 metri di distanza con due cannocchiali di diversa potenza e qualità. La prova dimostrò come in effetti Saturno potesse apparire “tricorporeo”: per certe inclinazioni dell’anello le sue parti esterne conservano una dimensione tale da poter essere ancora percepite, mentre quelle in prossimità del pianeta si assottigliano e, se osservate con cannocchiali di potenza insufficiente, scompaiono del tutto.

Anche Giovanni Domenico Cassini, capostipite di una famiglia di astronomi che, come lui, avrebbero diretto l’Osservatorio Astronomico di Parigi per oltre un secolo, si dedicò all’osservazione di Saturno: fra il 1671 e il 1684, scoprì quattro satelliti che andarono ad aggiungersi a quello in precedenza scoperto da Huygens. Cassini, inoltre, fu il primo a intuire che non di anello si trattava, ma di numerosi anelli concentrici distinti uno dall’altro. Per meglio comprendere la struttura di questi anelli fu però necessario ancora molto tempo.

Nel 1859, vi fu un contributo significativo da parte nientemeno che di James Clerk Maxwell, il quale dopo circa due anni di lavoro ricusò la teoria proposta da Laplace nel 1787: gli anelli di Saturno non possono essere molti anellini sottili e solidi, ma per mantenersi stabili nel tempo devono essere costituiti di una miriadi di piccoli corpi in orbita intorno al pianeta indipendentemente l’uno dall’altro. Se si trattasse di un anello unico, infatti, le tensioni mareali non gli avrebbero consentito di resistere e si sarebbe rotto in più parti; se si trattasse di materiale fluido, analogamente, le onde di pressione mareali l’avrebbero scomposto in molteplici bolle. In definitiva, l’idea di Maxwell conduceva al seguente risultato: se anche originariamente Saturno avesse avuto un anello unico le azioni gravitazionali avrebbero agito in modo da scomporlo in più parti, sempre più piccole.

anelli

L’ipotesi di Maxwell fu corroborata anche dai lavori della matematica russa Sof’ja Kovaleskaja, prima donna in Europa a ottenere una cattedra universitaria (nel 1889, in Svezia), la quale come anticipato dimostrò che, per rispettare le leggi della fisica, gli anelli non potevano neppure essere di materiali allo stato liquido; questo risultato della Kovaleskaja stimolò qualche anno dopo il collega Henri Poincaré. Il matematico, sulla spinta dei risultati ottenuti dall’astronomo americano James Wheeler, sottolineò l’importanza delle reciproche collisioni fra gli oggetti che costituiscono gli anelli e osservò inoltre che un fenomeno dello stesso tipo aveva dovuto avere un ruolo fondamentale nelle prime fasi di vita del Sistema Solare.

Grazie alle osservazioni dirette, oggi sappiamo che quella che all’epoca di Maxwell era soltanto un’ipotesi si è rivelata sostanzialmente corretta. Ma qui inizia una lunga storia, legata all’epoca delle esplorazioni spaziali, alle sonde Voyager e alla missione Cassini (ancora in corso). E di questo dovremo proprio parlare un’altra volta.

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