Gli esagoni di Saturno

Questa affascinante immagine del pianeta Saturno, catturata dalla sonda Cassini e precedentemente osservata anche da Voyager 1, mostra un enorme vortice atmosferico centrato sul polo Nord del pianeta e, a circa 78 gradi di latitudine nord, una curiosa struttura di onde stazionarie esagonali persistente in forma e dimensioni. Il fatto che la struttura presenti una tale regolarità spaziale e che non venga osservato un esagono analogo nei pressi del polo sud del pianeta (in generale ai fisici la simmetria piace parecchio!), ha reso difficile per lungo tempo l’identificazione del meccanismo alla base del fenomeno.

Una spiegazione avanzata all’inizio degli anni 90 postulava l’esistenza di forti tempeste in prossimità della struttura esagonale capaci di sostenere l’onda stazionaria osservata da Voyager e Cassini. Il problema è che nessuna osservazione diretta ha mai confermato l’esistenza di tale tempesta: dunque questa tesi è stata progressivamente accantonata e il “mistero” degli esagoni di Saturno è diventato terreno fertile per fantasiose teorie (influsso gravitazionale di possibili “esopianeti”, ad esempio) che trovano facili megafoni in rete.

In realtà una possibile (e convincente) spiegazione alternativa è stata fornita già nel 2010 da alcuni ricercatori dell’Università di Oxford, che hanno formulato un’ipotesi basata sul gradiente di velocità dei venti che spazzano la superficie del pianeta: a questo link è disponibile un anteprima dell’articolo, a cui farò riferimento per le figure citate in seguito.

La tesi è che venti di velocità molto diverse su strati adiacenti dell’atmosfera del pianeta possono indurre instabilità nel fluido quali, ad esempio, le onde stazionarie osservate nei pressi del polo Nord di Saturno. Un’analoga struttura non verrebbe osservata al polo sud poiché in questo caso il gradiente di velocità dei venti non presenta caratteristiche analoghe a quelle nei pressi del polo nord (come visibile in figura 1, dove è riportata la velocità dei venti osservata alle differenti latitudini).

I ricercatori inglesi hanno inizialmente sviluppato un modello fluidodinamico le cui soluzioni includono vortici e onde stazionarie (tra cui gli esagoni richiesti) in corrispondenza di un alto gradiente di velocità e poi hanno costruito un modello in laboratorio che consentisse di verificare sperimentalmente il loro modello. L’apparato consiste in una coppia di cilindri cavi (più precisamente un cilindro e un anello cilindrico, figure 4 e 5) coassiali, riempiti di fluido e posti in rotazione con velocità angolari molto diverse tra loro: alla superficie di separazione tra il cilindro interno e quello esterno dovrebbero dunque osservarsi le strutture predette dal modello, tra cui le onde stazionarie esagonali. Le figure 9 e 10 (fotografia dei due cilindri visti dall’alto) mostrano chiaramente una struttura esagonale analoga a quella osservata su Saturno da Cassini. L’effetto è visibile ancora meglio grazie a questo video, in cui il cilindro interno viene messo lentamente in rotazione rispetto a quello esterno:

Altre foto disponibili sull’articolo completo mostrano che, variando le condizioni iniziali del modello (densità del fluido e gradiente di velocità, principalmente), si possono ottenere onde stazionarie ovali, triangolari e ettagonali: qualora Cassini o altre sonde dovessero in futuro osservare strutture geometriche regolari nell’atmosfera di Saturno o di altri pianeti, la spiegazione è già pronta.