Il satellite Titano è un serbatoio d’acqua?

di Daniela Asaro Romanoff

(fonte immagine)

La missione Cassini-Huygens ha fornito importantissime notizie per quanto concerne Titano, satellite naturale del pianeta Saturno. Prima di questa missione, Titano destava molta curiosità e grande interesse nella comunità scientifica, ma rimaneva un mistero. Dobbiamo tener presente che Titano ha una superficie vastissima, la più grande di tutto il sistema solare. Grazie alla missione Cassini-Huygens, dotata di una tecnologia adeguata, si è potuto osservare, attraverso le immagini a infrarossi e i radar, un paesaggio straordinario, incredibile, anche il più fantasioso degli scienziati non avrebbe mai immaginato che sulla Luna di Saturno ci fossero tracce così evidenti di fiumi, laghi, vulcani, monti e dune.

Lo studio attento di Titano ci ha fatto comprendere che in questo satellite il metano ha la funzione che ha l’acqua sulla Terra. Studiare Titano è fondamentale perché aiuta gli scienziati a capire i processi geologici terrestri e il cambiamento del clima. Era la mattina del 14 gennaio 2005, il lander Huygens stava scendendo sul satellite e atterrò in una zona umida, dove probabilmente c’era stata un’alluvione recente. La sonda Cassini, in orbita attorno a Saturno, a tutt’oggi, ha incontrato, in modo ravvicinato, Titano per sessanta volte.

Prima della missione Cassini-Huygens, era stata la sonda Voyager a incontrare Titano (1980 e ’81), ma la tecnologia non era sufficientemente avanzata e Titano appariva come una sfera avvolta dalla foschia. A metà degli anni novanta, la mappa dell’infrarosso aveva condotto l’attenzione degli scienziati su zone più chiare e zone abbastanza scure, ma nulla di più.

Grazie alla sonda Cassini e al lander Huygens, si è potuto osservare che la superficie di Titano è molto dinamica. Huygens ci ha consentito di vedere in modo distinto alcuni blocchi di ghiaccio, che poggiano su una sabbia molto umida. I blocchi di ghiaccio sono arrotondati, quindi deve esserci stata un’erosione: assai probabilmente lo scorrimento del metano ha causato tale erosione. Il lander ha portato all’attenzione degli studiosi le dune di sabbia. Nelle immagini radar si presentano come dei nastri scuri. Possono raggiungere la lunghezza anche di centinaia di chilometri. Gli scienziati sono concordi nel ritenere che la sabbia delle dune sia costituite da molecole di idrocarburi.

Altre immagini radar evidenziano siti scuri nella regione polare settentrionale di Titano, è probabile che si tratti di laghi di metano ed etano. Le tracce di zone fluviali sono nitidissime, sicuramente vi scorreva metano liquido. Una delle notizie più senzazionali, che riguardano Titano e i liquidi, che si trovano in questo satellite, è testimoniata da un’immagine, in cui possiamo chiaramente vedere che sulla fotocamera del Lander il vapore di metano si è condensato: una goccia di rugiada riflette la luce!

Titano è costituito nel suo nucleo prevalentemente da materiale roccioso, mentre sono particolarmente umidi, e contenenti liquidi, il mantello e la crosta, nella quale c’è un sottile strato di idrocarburi. Sotto la superficie c’è uno strato di ghiaccio, che, essendo tiepido, subisce dei movimenti convettivi. A profondità più elevate ci sono forti probabilità che ci sia un oceano formato da acqua ed ammoniaca. Alcuni scienziati ipotizzano che questa enorme massa d’acqua ospiti forme di vita. Il nucleo di Titano è roccioso e ferroso.

Ci sono varie similitudini tra l’atmosfera terrestre e quella di Titano. Anche Titano ha una troposfera (lo strato dei fenomeni meteorologici) e una stratosfera che viene riscaldata dalla radiazione ultravioletta del sole. Dobbiamo tener presente che l’atmosfera di Titano è allungata in senso verticale, poiché la forza di gravità è minore rispetto alla Terra, inoltre l’atmosfera di Titano è più fredda di quella della Terra di 200 gradi Kelvin. La foschia, composta da un particolato di idrocarburi, ha la stessa funzione che l’ozono ha per la Terra.

Il ciclo del metano a breve termine è simile al ciclo idrologico terrestre. Il metano contenuto nei laghi evapora, forma delle nubi, da cui scaturisce una pioggia di metano, che si riversa sulla superficie, rifornendo torrenti e fiumi che sfociano nei laghi. Alla scala dei tempi geologici si verifica il seguente flusso: il metano delle riserve interne, evapora e si dirige verso l’alta atmosfera, dove la luce del Sole lo trasforma in etano ed in idrocarburi più pesanti, che generano la foschia.

Fluidi newtoniani e fluidi non newtoniani. L’esperimento col dentfricio

Nella «puntata» precedente si chiedeva ai lettori la differenza tra fluidi newtoniani e fluidi non newtoniani. Ecco la spiegazione. E un piccolo esperimento suggerito. Qualora la viscosità del fluido non cambi a seguito della variazione dello sforzo di taglio che gli viene applicato, possiamo definire tale fluido newtoniano. Il tensore degli sforzi viscosi e il tensore della velocità di deformazione hanno una proporzionalità diretta, e la costante di questa proporzione è la viscosità stessa dell’elemento.

Se la viscosità del fluido varia a seconda dello sforzo di taglio, lo si può definire non newtoniano. Lo sforzo di taglio viene definito anche tangenziale. Di solito i fluidi non newtoniani non hanno una viscosità ben precisa. Un esempio di fluido non newtoniano è il dentifricio e tutti i fluidi polimerici.

Se mescoliamo acqua e amido di mais, sottoponendo questa miscela a sforzi notevoli, ad esempio capovolgendo velocemente il contenitore in cui c’è la miscela, noteremo che il fluido ha il comportamento di un solido. Sottoponendo la miscela a forze più deboli, inserendo un bastoncino lentamente, noteremo che tale fluido mantiene una condizione liquida.

Anche le sabbie mobili possono venir considerate un fluido non newtoniano. Con la prossima parte daremo la spiegazione, nel frattempo, speriamo che qualche appassionato di fisica sia tanto interessato all’argomento da trovare già una risposta.