Mimas, la luna di Saturno, potrebbe nascondere un oceano enorme e sorprendentemente “giovane”

È quello che emerge da un’analisi dei dati registrati dalla sonda Cassini mentre sorvolava la superficie ghiacciata e punteggiata di crateri del minuscolo satellite. La scoperta potrebbe avere grandi implicazioni per la comprensione della storia del sistema solare e per la ricerca di vita oltre la Terra
Robin George Andrews/Scientific American
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Ai planetologi, Mimas – una delle lune di Saturno – è nota soprattutto per la sua inquietante somiglianza con la Morte Nera della saga cinematografica Guerre stellari. Anche se non si tratta sicuramente di una super-arma distruttrice di pianeti, nessuno finora poteva dire con certezza se sotto il suo guscio ghiacciato si nascondesse un’abbondante quantità di acqua liquida. Ma un nuovo lavoro, pubblicato su “Nature”, ha messo un punto fermo: non si tratta di una luna, ma di un mondo oceanico. E, contro ogni aspettativa, esso sembra essere letteralmente appena nato sulla scala temporale del sistema solare.

Cinquant’anni fa, pochi scienziati avrebbero considerato l’idea di oceani in movimento vorticoso all’interno delle lune ghiacciate di Giove e Saturno. Il calore che impedisce ai mari di congelare è difficile da trovare così lontano dal Sole, a meno che non provenga dal profondo calore interno, residuo della formazione di un mondo. Ma si pensava che le piccole lune avrebbero dovuto perdere le loro scarne braci molto tempo fa. Negli ultimi decenni, tuttavia, una serie di veicoli spaziali ha rivelato la verità: Giove, Saturno e forse altri pianeti del sistema solare esterno ospitano diversi mondi oceanici, nessuno dei quali ha bisogno di fuochi interni, risalenti alla loro creazione, in grado di fondere il ghiaccio.

Mentre l’ipotesi di oceani in alcuni satelliti naturali, come Europa di Giove ed Encelado di Saturno, è ormai inattaccabile, è rimasta oscura per molti altri, tra cui Mimas. In teoria, sotto la crosta ghiacciata di Mimas dovrebbe scorrere acqua liquida: Mimas ha un’orbita ellittica intorno a Saturno che porta la luna prima vicino al pianeta ad anelli e poi lontano da esso. Questa disposizione stringe periodicamente Mimas nella morsa gravitazionale di Saturno. In linea di principio, questa compressione crea un attrito interno e un calore sufficienti per sciogliere il ghiaccio e sostenere un oceano.

Ma Mimas non ha mostrato alcun segno esteriore di un oceano interno. La sua superficie, punteggiata di crateri, sembra non essere stata toccata da alcuna agitazione di natura idrica sottostante, senza i geyser e le spaccature che suggeriscono l’esistenza di oceani sepolti all’interno di altre lune ghiacciate. Questo paradosso ha lasciato perplessi gli scienziati per anni. Il nuovo studio di oggi sembra aver risolto l’enigma.

“È un ottimo lavoro”, afferma Frank Postberg, planetologo della Freie Universität di Berlino, che non ha partecipato al nuovo studio. “Mimas era un buon candidato già da qualche anno, ma questo lavoro ha fornito le prove, credo.”

Per trovare l’oceano di Mimas, gli autori dello studio si sono concentrati meno sui dettagli della superficie della luna e più sul suo movimento, trovando una deriva rivelatrice nella sua orbita attraverso i dati d’archivio della sonda Cassini, che ha monitorato il sistema di Saturno per 13 anni prima di concludere la sua missione nel 2017. Secondo i ricercatori, una parte della deriva di Mimas può essere spiegata solo se la struttura a strati della luna stessa presenta un guscio di ghiaccio che scivola sopra un oceano di acqua liquida.

Ma che dire dell’esterno geologicamente quiescente di Mimas? Una simile stasi superficiale dovrebbe essere impossibile sopra a un oceano veramente antico, perché 100 milioni di anni o giù di lì sono un tempo più che sufficiente affinché le acque agitate sottostanti possano fratturare e frammentare la crosta ghiacciata sovrastante. L’oceano di Mimas deve quindi essere relativamente giovane. L’orbita altamente eccentrica della luna offre un altro indizio importante, perché diventerebbe quasi circolare nel giro di decine di milioni di anni senza un oceano che smorzi la spinta gravitazionale di Saturno e dei satelliti vicini. Complessivamente, questi fattori hanno portato gli autori dello studio a stimare che l’oceano di Mimas sia incredibilmente giovane, essendosi formato tra 25 milioni e 2 milioni di anni fa, troppo di recente affinché i suoi tumulti abissali possano rovinare la faccia ghiacciata della luna.

“Le implicazioni sono enormi”, afferma Carly Howett, planetologa dell’Università di Oxford, che non ha partecipato al nuovo studio. La prima è che non bisogna giudicare una luna dal suo aspetto: gli oceani potrebbero abbellire altri globi ghiacciati apparentemente inerti, come diversi satelliti di Urano e Nettuno, pianeti poco esplorati che, come Saturno, si trovano nel sistema solare esterno. La seconda implicazione è che gli oceani delle lune ghiacciate non devono necessariamente essere antichi e duraturi; alcuni potrebbero essere mari appena formatisi e transitori.

Un oceano all’interno di Mimas rafforzerebbe anche l’idea rivoluzionaria che un mondo possa essere adatto a ospitare la vita senza crogiolarsi nel calore del Sole. “Forse la maggior parte dei luoghi in cui esistono condizioni abitabili non si trova in quella che chiamiamo ‘zona abitabile'”, afferma Valéry Lainey, astronomo dell’Osservatorio di Parigi e autore principale del nuovo studio.

Che la forza (di marea) sia con voi

Questa idea rivoluzionaria ha iniziato a prendere forma a metà degli anni novanta, quando la sonda Galileo della NASA ha sorvolato Europa e ha registrato un forte segnale magnetico proveniente dalla luna. Dopo un esauriente processo di esclusione, gli scienziati hanno individuato in un consistente strato di fluido elettricamente conduttivo – cioè un oceano di acqua liquida e salata – l’unica spiegazione plausibile del segnale. Attorno al 2005, quando Cassini ha osservato – e campionato – i pennacchi di acqua marina che si innalzavano dal Polo Sud di Encelado, è stato chiaro che era in atto un cambiamento di paradigma: gli oceani facevano capolino praticamente ovunque gli scienziati guardassero nel sistema solare esterno.

Mimas era un obiettivo naturale per Cassini. Come Encelado, ha un’orbita a forma ovale che le fa attraversare le profondità e le secche del campo gravitazionale di Saturno. Era quindi logico pensare che le viscere di Mimas fossero sottoposte a forti sollecitazioni, generando un’abbondante energia di fusione del ghiaccio, un processo noto come riscaldamento mareale.

Però a differenza di Encelad, a Mimas non solo mancano i geyser, ma mancano anche una superficie dinamica e giovane. “Se si guarda a Mimas, è chiaro che è geologicamente morto, giusto?”, chiede Howett. È ricoperto di crateri, in particolare Herschel, una fossa lunga quasi 130 chilometri con un picco centrale prominente che conferisce alla luna bitorzoluta la sua estetica da Morte Nera. Queste caratteristiche così nette e statiche erano difficili da conciliare con la presenza di un oceano riscaldato dalle maree e sovrapposto a un sottile guscio ghiacciato in continua evoluzione.

In assenza di progetti di sonde che possano visitare Mimas, i dati d’archivio della defunta e grande Cassini offrivano la migliore possibilità di risolvere l’enigma. E le osservazioni di Cassini erano allettanti. Hanno dimostrato che, alla pari di Encelado, anche Mimas oscilla sul suo asse come una trottola che sta perdendo slancio. Encelado lo fa perché la sua crosta ghiacciata è disaccoppiata dall’oceano sottostante, più lento. Si è quindi pensato che l’oscillazione di Mimas potesse avvenire nello stesso modo. Ma questa opzione era indistinguibile da un’altra: Mimas potrebbe invece essere mantenuto fuori fase da un nucleo roccioso a forma di pallone ovale, senza la necessità di un oceano.

Gli autori dell’articolo di “Nature” hanno escogitato un modo per distinguere tra queste due possibilità: hanno esaminato la deriva orbitale di Mimas, registrata da Cassini. La risposta di Mimas all’attrazione gravitazionale di Saturno sarebbe leggermente diversa a seconda della struttura interna della luna, il che porterebbe a cambiamenti distinti ma sottili nella sua deriva orbitale intorno al pianeta. “Che si tratti solo del guscio ghiacciato che scivola sull’oceano o di uno scenario in cui l’intero satellite oscilla a causa di un nucleo roccioso allungato, il segnale sull’orbita sarà diverso”, spiega Lainey.

I ricercatori hanno scoperto che l’orbita della luna è andata alla deriva di circa dieci chilometri durante la permanenza di Cassini nel sistema di Saturno, un tasso coerente con lo slittamento di un oceano di acqua liquida di profondità sconosciuta sotto un guscio ghiacciato scivoloso spesso 20-30 chilometri.

La scoperta che Mimas ha un oceano è intrigante, ma è la presunta giovinezza dell’oceano che ha suscitato l’interesse della comunità scientifica. “Le implicazioni fanno riflettere perché sono molto sorprendenti”, afferma Francis Nimmo, planetologo dell’Università della California a Santa Cruz, che non ha partecipato al nuovo studio.

Saturno ha un’età di 4,5 miliardi di anni e per molto tempo si è ipotizzato che i suoi splendidi anelli fossero della stessa epoca. Ma oggi la maggior parte degli astronomi concorda sul fatto che questi cerchi dall’aspetto giovane abbiano probabilmente poco più di 100 milioni di anni, e forse sono i resti di una distruzione che ha coinvolto più lune. Se a questo si contrappone la stima per cui l’oceano di Mimas non sia più vecchio di 25 milioni di anni, l’intrigo si infittisce. “È davvero giovane”, sottolinea Nimmo. Ciò significa che “qualcosa di speciale è accaduto nell’ultimo 0,1 per cento della storia del sistema solare” per formare l’oceano. Ma che cosa?

“La verità è che non conosciamo l’età delle lune”, dice Lainey. Forse Mimas e molti altri satelliti naturali di Saturno sono praticamente dei neonati, appena forgiati dai frammenti di lune più vecchie collise l’una contro l’altra, come hanno suggerito recenti ricerche. Mimas potrebbe essere semplicemente giovane come il suo oceano.

In alternativa, Mimas potrebbe essersi formato circa 100 milioni di anni fa, all’incirca nel periodo in cui si sono formati gli anelli di Saturno, o forse Mimas è vecchio come Saturno stesso. In ogni caso, ciò significa che la sua orbita dalla forma ovale, che è forgiata in parte dall’attrazione gravitazionale delle lune vicine, Encelado e Teti, deve essere emersa solo di recente. La luna Mimas potrebbe essere vecchia, e la sua attuale configurazione orbitale con i satelliti compagni è il vero e temporaneo nuovo arrivato nel sistema di Saturno.

Queste possibilità sottolineano un’intuizione fondamentale: l’attuale architettura ordinata del sistema solare sembra fissa e immutabile per i calcoli umani, ma molti dei suoi dettagli oscillano al limite della dissonanza, con la possibilità sempre presente di cambiamenti improvvisi e radicali. Per Lainey, il curioso equilibrio tra ordine e caos del sistema di Saturno è emblematico di questa verità più grande. “Il sistema è in continua evoluzione”, spiega, dal lontano passato al presente.

Per quanto riguarda l’esistenza di un oceano su Mimas, “per il momento mi sento di dire ‘probabile’ o forse addirittura ‘molto probabile’, afferma Alyssa Rhoden, geofisica planetaria al Southwest Research Institute, che non ha partecipato al nuovo studio. Ma fa notare che la sua stessa ricerca in corso sostiene in modo indipendente la presenza di un oceano molto giovane. Lei e i suoi colleghi sospettano anche che, nei prossimi dieci milioni di anni, la diminuzione del riscaldamento mareale dovuto all’evoluzione orbitale di Mimas renderà la luna più simile a Encelado: il suo guscio ghiacciato si ispessirà un po’, creando fratture globali da cui sgorgheranno fontane oceaniche nello spazio.

“Credo che Mimas ci dica che l’evoluzione dei satelliti naturali non è semplicemente una marcia continua verso l’oscurità”, afferma Rhoden. Grazie a strane armonie celesti, sia giovani che vecchie, “a volte le cose più meravigliose si trovano nei luoghi più improbabili”.