Per anni, Saturno è sembrato compiere qualcosa di impossibile.
Le misurazioni suggerivano che la velocità di rotazione del pianeta gigante stesse cambiando nel tempo, come se Saturno stesse in qualche modo accelerando o decelerando. Questo risultato enigmatico ha spinto gli scienziati a cercare risposte. Ora, i ricercatori che utilizzano il telescopio spaziale James Webb (JWST) affermano di aver finalmente risolto il mistero.
Le nuove scoperte, pubblicate sul Journal of Geophysical Research: Space Physics , rivelano che le spettacolari aurore boreali di Saturno sono al centro del fenomeno. Lo studio dimostra che l’aurora del pianeta alimenta un potente ciclo che coinvolge calore, venti e correnti elettriche, i quali possono far apparire Saturno ruotare a velocità diverse a seconda del metodo di misurazione.
Il mistero della rotazione di Saturno
L’enigma risale a decenni fa, ma ha riacquistato rilevanza dopo che le osservazioni della sonda Cassini della NASA nel 2004 hanno suggerito che la velocità di rotazione di Saturno stesse cambiando gradualmente.
Quel risultato era difficile da spiegare perché i pianeti non modificano semplicemente la loro velocità di rotazione su scale temporali brevi.
Nel 2021, un team guidato dal professor Tom Stallard della Northumbria University ha proposto una spiegazione diversa. La loro ricerca ha dimostrato che la rotazione di Saturno in realtà non stava cambiando. Piuttosto, i segnali elettrici legati all’aurora del pianeta venivano influenzati dai venti presenti nell’alta atmosfera di Saturno. Questi venti generavano correnti elettriche che alteravano il segnale aurorale utilizzato dagli scienziati per stimare la rotazione del pianeta.
Sebbene quello studio abbia chiarito le misurazioni fuorvianti, una domanda fondamentale rimaneva senza risposta: cosa generava quei venti atmosferici?
James Webb mappa l’aurora di Saturno
Per condurre la ricerca, Stallard e i suoi colleghi provenienti da istituzioni di tutto il Regno Unito e degli Stati Uniti si sono rivolti al telescopio spaziale James Webb.
Il team ha osservato ininterrottamente la regione aurorale settentrionale di Saturno per un’intera giornata saturniana. Le osservazioni hanno fornito un livello di dettaglio che gli strumenti precedenti non erano in grado di raggiungere.
I ricercatori si sono concentrati sulla luce infrarossa emessa da una molecola nota come catione triidrogeno. Questa molecola si forma nell’atmosfera superiore di Saturno e funge da indicatore naturale della temperatura. Analizzando la sua luminescenza, il team ha creato le mappe più dettagliate mai realizzate delle temperature e delle densità di particelle cariche all’interno della regione aurorale di Saturno.
Il miglioramento in termini di precisione è stato notevole. Le misurazioni precedenti presentavano incertezze di circa 50 gradi Celsius, rendendo difficile rilevare cambiamenti lievi. Le osservazioni del JWST sono state circa dieci volte più precise, consentendo agli scienziati di identificare per la prima volta modelli localizzati di riscaldamento e raffreddamento.
Un motore termico planetario autosufficiente
I nuovi dati corrispondevano in modo preciso alle previsioni dei modelli computerizzati sviluppati più di dieci anni fa. Tuttavia, i modelli funzionavano solo se la fonte del riscaldamento atmosferico si trovava esattamente nel punto in cui le particelle aurorali più intense entrano nell’atmosfera di Saturno.
I risultati indicano che l’aurora di Saturno fa molto di più che creare uno spettacolo di luci abbagliante.
L’energia depositata dall’aurora boreale riscalda specifiche regioni dell’atmosfera. Questo riscaldamento genera venti, che a loro volta creano correnti elettriche. Tali correnti contribuiscono ad alimentare l’aurora stessa, che continua a riscaldare l’atmosfera e a sostenere l’intero ciclo.
Il ricercatore principale, il professor Tom Stallard, ha dichiarato: “Quello che stiamo osservando è essenzialmente una pompa di calore planetaria. L’aurora di Saturno riscalda la sua atmosfera, l’atmosfera genera venti, i venti producono correnti che alimentano l’aurora, e così via. Il sistema si autoalimenta.”
“Per decenni, sapevamo che qualcosa di strano stava accadendo con la velocità di rotazione apparente di Saturno, ma non riuscivamo a spiegarla. Abbiamo poi dimostrato che era causata dai venti atmosferici, ma non sapevamo ancora perché questi venti esistessero. Queste nuove osservazioni, rese possibili dal JWST, ci forniscono finalmente le prove necessarie per chiudere questo cerchio.”
Implicazioni oltre Saturno
La scoperta potrebbe avere un significato che va ben oltre un singolo pianeta.
I ricercatori hanno trovato prove che l’atmosfera e la magnetosfera di Saturno sono strettamente connesse. La magnetosfera è la vasta regione di spazio modellata dal campo magnetico del pianeta. L’attività nell’atmosfera sembra influenzare le condizioni nella magnetosfera, mentre la magnetosfera restituisce energia all’atmosfera.
Questo scambio continuo potrebbe contribuire a spiegare perché il processo rimane stabile per lunghi periodi.
Secondo i ricercatori, interazioni simili potrebbero verificarsi anche su altri pianeti.
Il professor Stallard ha aggiunto: “Questo risultato cambia il nostro modo di pensare alle atmosfere planetarie in generale. Se le condizioni atmosferiche di un pianeta possono generare correnti che si propagano nello spazio circostante, allora comprendere cosa accade nelle stratosfere di altri mondi potrebbe rivelare interazioni che non abbiamo ancora nemmeno immaginato.”
Un’iniziativa di ricerca internazionale
Il telescopio spaziale James Webb è il principale osservatorio spaziale al mondo. Il telescopio è progettato per studiare oggetti in tutto il sistema solare, indagare sui pianeti in orbita attorno a stelle lontane ed esplorare le origini e l’evoluzione dell’universo. Webb è un progetto internazionale guidato dalla NASA in collaborazione con l’ESA (Agenzia Spaziale Europea) e la CSA (Agenzia Spaziale Canadese).
Lo studio è stato condotto da ricercatori della Northumbria University in collaborazione con studiosi della Boston University, dell’Università di Leicester, dell’Università di Aberystwyth, dell’Università di Reading, dell’Imperial College di Londra, dell’Università di Lancaster e del Laboratorio di Fisica Applicata della Johns Hopkins University. Il finanziamento per la ricerca è stato fornito dallo Science and Technology Facilities Council (STFC).
Riassunto in linguaggio semplice
L’ionosfera di Saturno è notoriamente difficile da osservare. Il nostro strumento migliore per misurare a distanza gli strati più superficiali dell’atmosfera di Saturno è la luminescenza di una molecola ionica chiamata catione triidrogeno. Questa molecola viene riscaldata dalla termosfera di Saturno e quindi emette una luce intensa, permettendoci di misurare direttamente l’ionosfera dalla Terra. Tuttavia, a differenza della termosfera molto calda di Giove, le temperature moderate dell’atmosfera superiore di Saturno hanno sempre reso le misurazioni dettagliate molto difficili. In questo studio, utilizziamo le osservazioni del catione triidrogeno su Saturno effettuate dal telescopio spaziale JWST per rivoluzionare la nostra comprensione di questo strato dell’atmosfera. Con incredibile dettaglio, riveliamo complesse strutture di temperatura e densità in questa regione, caratterizzate da un elevato grado di ordine e da regioni di riscaldamento e raffreddamento in rotazione. Queste regioni sono molto simili ai modelli pubblicati in precedenza, indicando che l’esclusiva aurora di Saturno, “alimentata dall’atmosfera”, è autosostenuta, funzionando come una pompa di calore e assorbendo energia dalla magnetosfera.
Materials provided by Northumbria University. Note: Content may be edited for style and length.
Tom S. Stallard, Luke Moore, Henrik Melin, Chris G. A. Smith, Omakshi Agiwal, M. Nahid Chowdhury, Rosie E. Johnson, Katie L. Knowles, Emma M. Thomas, Paola I. Tiranti, James O’Donoghue, Khalid Mohamed, Ingo Mueller‐Wodarg, John C. Coxon, Sarah V. Badman, Joe A. Caggiano. JWST/NIRSpec Reveals the Atmospheric Driver of Saturn\’s Variable Magnetospheric Rotation Rate. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 2026; 131 (3) DOI: 10.1029/2025JA034578
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