Il nucleo di Saturno è una grande palla di roccia solida sparsa

La formazione del gigante gassoso comporta una corsa contro il tempo. I pianeti appaiono come stelle appena formate calde, un processo che spinge rapidamente tutto il gas vagante fuori dalle vicine regioni di formazione dei pianeti. Per creare un gigante gassoso, un grande pianeta roccioso deve formarsi prima di questo processo e generare una forza gravitazionale abbastanza grande da allontanare il gas prima di spingerlo via.

Il processo dovrebbe lasciare pianeti come Giove e Saturno con un nucleo solido e roccioso sepolto in profondità nell’involucro del gas. Ma confermando che la configurazione di base era difficile. Ora, i ricercatori hanno utilizzato le caratteristiche degli anelli di Saturno per rilevare gli effetti della microgravità dal nucleo. Sebbene i risultati non siano definitivi, i risultati indicano che il nucleo è grande e la parte dura come la roccia è ampiamente diffusa in quella regione.

Un look multistrato?

Pianeti come la Terra e Marte erano abbastanza caldi durante la loro formazione da creare una struttura a strati, con gli elementi più pesanti al centro e quelli più leggeri nella parte superiore. Lo stesso dovrebbe accadere in un corpo planetario abbastanza grande da estrarre un enorme involucro di gas. Di conseguenza, i primi modelli di interni di giganti gassosi suggerivano una serie di strati: un nucleo interno metallico circondato da uno strato roccioso e quindi gas metallici compressi dagli strati di atmosfera gassosa sopra di esso.

Seguendo il movimento della sonda Cassini attorno al sistema, abbiamo ottenuto alcuni dati sul campo gravitazionale di Saturno. Ulteriori dati sono venuti dalla consapevolezza che il movimento del materiale all’interno del pianeta crea anche regioni di densità variabile negli anelli, costruendo modelli che possono essere ripresi quando il sole illumina gli anelli da dietro.

Il nuovo lavoro si basa sulle caratteristiche delle onde che abbiamo scoperto all’interno degli anelli di Saturno. In sostanza, i ricercatori hanno costruito più modelli di come potrebbe apparire il nucleo di Saturno e hanno verificato se i modelli avrebbero effettivamente creato i modelli che vediamo. I dati del mondo reale vengono quindi utilizzati per impostare vincoli sui potenziali elementi del nucleo di Saturno.

La semplice presenza di certe caratteristiche negli anelli, per esempio, significa che ci deve essere qualche divisione interna all’interno di Saturno. Le caratteristiche sono modellate da un effetto interno onde gravitazionali (nota: onde non gravitazionali) nel nucleo interno. La presenza di onde gravitazionali indica che esiste un confine tra due strati, separati da qualcosa come densità o composizione chimica, che li mantiene distinti da qualsiasi carico interno nel nucleo.

impostazione dei limiti

In generale, le caratteristiche del ciclo aiutano a escludere molti elementi. Ad esempio, se c’è un confine netto tra il nucleo e l’involucro del gas, le onde che appaiono nell’anello avranno un’alta frequenza. Dal momento che non è così, il confine tra i due dovrebbe essere in qualche modo sfocato. Allo stesso tempo, i confini non possono essere così sfocati da non avere confini chiari tra gli strati all’interno di Saturno. Se vero, non ci sarebbe modo di produrre una delle caratteristiche che appare nel ciclo.

In generale, i modelli che si adattano ai dati posizionano il confine centrale di Saturno a una distanza significativa dal centro del pianeta, circa il 60 percento della strada verso la superficie. È un raggio di quasi 60.000 chilometri, o più di nove volte il raggio della Terra.

È difficile conoscere l’esatta composizione della polpa, perché le restrizioni sono piuttosto ampie. La massa totale degli elementi più pesanti nel nucleo è circa 19 volte quella della Terra, coerente con i modelli di formazione di giganti gassosi che mettono al centro roccia e ferro, sebbene gran parte di questo materiale potrebbe anche essere ghiaccio d’acqua. Tuttavia, la massa totale del nucleo può arrivare fino a 55 volte quella della Terra, il che indica che c’è molto altro materiale là fuori, probabilmente l’idrogeno metallico e l’elio.

Se l’idrogeno raggiunge il nucleo interno, dovrebbe formare un liquido minerale che può facilmente mescolarsi con rocce di ferro e silicato.

In ogni caso, è chiaro che gli strati finemente organizzati che potremmo aspettarci sulla base di modelli di formazione planetaria non sembrano realmente esistere. Combinata con suggerimenti che Giove potrebbe anche avere un nucleo diffuso, questa idea sembra favorire modelli alternativi in ​​cui i nuclei planetari dei giganti gassosi non subiscono gli stessi processi evolutivi osservati nei corpi rocciosi.

L’alternativa è che il nucleo è diventato diffuso, perché le condizioni del nucleo interno trasformeranno l’idrogeno in un liquido metallico che può facilmente mescolarsi con ferro e roccia silicatica fusa. Quindi è probabile che la prima struttura a strati si stesse lentamente erodendo e fondendo nel tempo.

Tuttavia, questo documento non dovrebbe essere visto come l’ultima parola su ciò che sta accadendo all’interno di Saturno. Anche dopo aver provato diversi modi per abbinare i dati, i ricercatori hanno concluso che “nessuno dei modelli è completamente soddisfacente”, il che significa che ci sono molte opportunità per i ricercatori di modificare i parametri o aggiungere funzionalità per ottenere un adattamento migliore.

astronomia naturale, 2021. DOI: 10.1038 / s41550-021-01448-3 (Informazioni sui DOI).