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Immagini dell’Esagono di Saturno prima del Voyager I

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di Walter Ferreri (1); Mario Codebò (2); Barbara Bubbi (3)

(1) INAF Osservatorio Astronomico di Torino; direttore Polo Astronomico di Alpette (TO)
(2) Archeoastronomia Ligustica, Associazione Ligure per lo Sviluppo degli Studi Archeoastronomici a ALSSA; Società Astronomica Italiana SAIt; Società Italiana di Archeoastronomia SIA.
(3) Associazione Ligure per lo Sviluppo degli Studi Archeoastronomici ALSSA; Società Italiana di Archeoastronomia SIA.

Rappresentazione artistica della sonda Voyager 1 con Saturno. Crediti: NASA/JPL/Caltech.

Nel 1981 la sonda Voyager 1, sorvolando Saturno, inviava sulla Terra eccezionali immagini di quel pianeta. Tra le tante scoperte emerse la presenza di una formazione esagonale nei pressi del polo nord. I rilievi della sonda Cassini poi hanno permesso di accertare che si tratta di una struttura di onde atmosferiche che ruota insieme al pianeta senza alterare la sua forma. Pare che si estenda fino a oltre 300 km di altitudine e che ogni strato dell’esagono sia spesso circa 10-15 km. Ma, poiché le finalità di questo nostro lavoro non sono quelle di uno studio e spiegazione dell’esistenza di questa formazione, ma bensì l’analizzare perché essa non sia stata scoperta con telescopi dalla Terra, non ci soffermiamo a discutere le sue caratteristiche fisiche. Esaminiamo, invece, quelle osservative.

Questa formazione esagonale si trova ad una latitudine di 78° ed ha lati da 13.800 km, cioè ogni lato ha una lunghezza superiore al diametro della Terra. Queste dimensioni comportano un’estensione globale dell’esagono di quasi 30 mila km di lunghezza massima, che, vista dalla Terra, si traduce in un diametro angolare di 4” come estensione maggiore e 1,3” in quella minore: un valore modesto ma tale da essere alla portata di telescopi comuni. Questa formazione è stata poi fotografata in modo meraviglioso dalla sonda Cassini, ma anche dalla Terra è stato recentemente possibile evidenziarla con strumenti del livello del C14 [1], cioè di uno Schmidt-Cassegrain da 36 cm di diametro.

Alla luce di questi fatti, ci siamo chiesti come mai una formazione nettamente al di sopra del potere risolutivo dei telescopi del XIX secolo non sia stata scoperta da Terra, ma si sia dovuto attendere l’arrivo del Voyager per metterla in evidenza. E, inoltre: è vero che non sia mai stata avvistata prima [2]?

Per rispondere a queste domande siamo andati alla ricerca delle osservazioni compiute prima della missione Voyager. In questa ricerca abbiamo considerato solo i periodi in cui il polo nord di Saturno era ben inclinato verso il Sole (e quindi verso la Terra) e, ad eccezione delle indagini degli Herschel, di Schroeder e di Lord Rosse, abbiamo iniziato ad esaminare le osservazioni dalla seconda metà del XIX secolo [3]. Questo soprattutto perché gli strumenti antecedenti erano quasi tutti di dimensioni modeste e poco efficienti in relazione al fatto che l’esagono per la nostra visuale è situato in una posizione molto di scorcio e, oltre tutto. anche molto scura. In una scala visuale in cui la parte più brillante del sistema di Saturno (il bordo dell’anello B confinante con la divisione di Cassini) ha valore 1 e il fondo del cielo 10, alla regione polare con l’esagono spetta una votazione tra il 6 e il 6,5. A titolo di paragone si tenga presente che l’ombra del globo sugli anelli ha valore 8,5. Pertanto, per metterlo in evidenza con l’osservazione visuale era imperativo utilizzare aperture al di sopra di un certo valore minimo, che abbiamo stimato nell’ordine dei 20 cm per telescopi a lenti e in 25-30 per quelli a specchio del XIX secolo. Un altro aspetto negativo per la sua osservazione è costituito dal fatto che Saturno ci rivolge il suo polo nord quando si trova nella regione di cielo in cui l’eclittica è intorno alla sua posizione più australe. E i telescopi maggiori fino alla prima metà del XX secolo erano per lo più situati nell’emisfero settentrionale.

Tra le osservazioni di William Herschel è rimasta celebre quella fatta il 18 aprile 1805 con un riflettore da 25 cm e 300x, nella quale il polo nord era inclinato verso di noi. La particolarità di questa osservazione è la forma squadrata del globo, ma in corrispondenza del polo visibile, il grande astronomo non ha indicato nulla, lasciando questa parte del disegno in bianco. Comunque, anche dove Herschel nel polo ha indicato qualcosa, si è limitato ad una ombreggiatura, nonostante che per questo talvolta abbia utilizzato il suo grande telescopio da 1,2 metri.

Nel caso del tedesco Johann Schroeder, grande osservatore di pianeti e Luna, che utilizzava strumenti a specchio della stessa potenza di quelli principalmente usati da Herschel (sul mezzo metro di diametro), non vi è alcuna indicazione utile al riguardo. Qui occorre anche aggiungere che molti dei risultati di questo astronomo tedesco sono sfortunatamente andati perduti durante la distruzione del suo osservatorio nel 1813 da parte di un esercito napoleonico.

Nei registri di Lord Rosse, che nel 1845 iniziò ad utilizzare il suo grande telescopio da 1,8 metri, non si parla di nessuna formazione esagonale al polo nord di Saturno. E’ bene anche precisare che egli, a differenza degli Herschel, era più un progettista e costruttore che non un osservatore; il tempo che dedicò all’osservazione fu tutto sommato modesto.

Anche il grande telescopio dell’osservatore inglese Lassell, da 1,2 metri di diametro, installato a Malta, non diede risultati in questo senso; con le osservazioni compiute con questo strumento non vi è alcuna annotazione di questa caratteristica su Saturno.
Intorno alla metà del XIX secolo iniziarono ad entrare in funzione rifrattori di buon diametro, più adatti all’osservazione di pianeti che non i riflettori dell’epoca dotati di specchi metallici [4].

Uno di questi fu il “grande” rifrattore di Harvard da 38 cm di diametro, che venne usato intensivamente anche per lo studio dei pianeti. I lavori su Saturno di Cranch Bond e colleghi tra il 1847 e il 1857 mettono in evidenza diversi aspetti interessanti, tra i quali la scoperta dell’anello velo o “C”, ma non fanno nessun riferimento ad una forma esagonale intorno al polo nord.

Ad iniziare dalla seconda metà del XIX secolo gli strumenti adatti e gli osservatori di pianeti divengono numerosi ed è certamente impossibile prenderli tutti in considerazione. La nostra ricerca si è pertanto limitata a quelli più famosi, i cui risultati sono stati maggiormente diffusi [5].

Esaminando le note di questi osservatori e i relativi disegni troviamo molte informazioni circostanziate relative agli anelli, ai satelliti e al globo ma nessuna inerente l’esistenza di una formazione ad esagono al polo nord, nonostante molti autori riportino dettagliatamente variazioni di estensione e colore delle calotte polari, cui evidentemente dedicavano una certa attenzione. E questo anche considerando gli osservatori più abili che usavano gli strumenti maggiori. In quest’ambito spiccano gli osservatori americani (come Asaph Hall ed E.E. Barnard) che avevano a disposizione i maggiori telescopi rifrattori e in Europa l’Antoniadi che utilizzava l’83 cm di Meudon (Francia).

Foto n. 1 – Disegno eseguito da Barnard alle ore 21:20 della notte 7 luglio 1898. S’intravedono tre lati rettilinei della calotta boreale (in basso) completamente scura. Crediti: autori

Come detto in nota [2], la prima immagine [6] che attrasse la nostra attenzione [7] fu il disegno (foto n. 1) eseguito da Barnard il 7 luglio 1898 attraverso il rifrattore di Yerkes da 1 m, nel quale si riconoscono tre dei sei lati [8]. Nel suo articolo del 1908, in cui pubblica una serie di osservazioni fatte tra il 1897 ed il 1904, Barnard si limita a dire: “The polar cap was darker than the darkest part of the ball“. A conclusione dell’annotazione relativa a quel 7 luglio 1898, aggiunge: “The definition was superb. I have never seen the planet better, nor have I seen so much detail upon it before...”. Facile concludere che il potere risolutivo del grande strumento, unito ad un seeing eccezionale, hanno compiuto il “miracolo” di poter intravedere l’esagono. Di esso non c’è invece traccia nel disegno da lui fatto il 31 marzo 1895 al rifrattore di Lick da 91 cm.

Foto n. 2 – Disegno eseguito da Antoniadi alle ore 20:35 della notte del 12 luglio 1926. Pur nella piccolezza dell’immagine, s’intravedono quattro lati dell’esagono boreale (in basso), completamente scuro. Crediti: autori
Foto n. 3 – Disegno eseguito da Antoniadi alle ore 21:06 della notte del 18 luglio 1927. In questo disegno s’intravedono quattro lati e, forse, sulla destra, parte del quinto lato dell’esagono boreale, come sempre completamente scuro. Crediti: autori
Foto n. 4 – Serie di quattro disegni eseguiti da Antoniadi nelle notti, rispettivamente, del 22 giugno 1927, 29 giugno 1927, 2 agosto 1927 e 26 agosto 1929. Le immagini mostrano la progressiva espansione della calotta polare boreale tra il 22 giugno (praticamente invisibile) ed il 2 agosto 1927 ed il suo rimpicciolimento nel 1929. A parte il disegno del 22 giugno 1927, in tutti gli altri sono intuibili i lati rettilinei dell’esagono (come sempre scuro al suo interno), specialmente nel disegno del 1929. Queste variazioni di dimensioni della calotta polare boreale sono state descritte dalla maggioranza degli autori, pur senza mai notarne la forma esagonale. Crediti: autori

Un secondo gruppo d’immagini (foto nn. 2; 3; 4), riproducenti più o meno distintamente i lati rettilinei dell’esagono, sono quelle riprodotte nell’articolo pubblicato a puntate da E. Antoniadi sulla rivista mensile della Société Astronomique de France L’Astronomie del 1930, e precisamente le sue figure n. 1 del 12 luglio 1926 (foto n. 2) n. 7 del 18 luglio 1927 (foto n. 3); nn. da 8 a 11 (foto n. 4), rispettivamente del 22 giugno, 29 giugno, 2 agosto 1927 e 26 agosto 1929. Questo articolo, relativo ad una lunga serie di osservazioni, è particolarmente interessante perché l’autore vi pubblica anche alcune immagini del polo sud – le figg. 3; 4 e 84 disegnate tra il 1909 ed il 1913 – in cui non vi è alcuna traccia di tratti rettilinei, dimostrando con ciò che egli percepì effettivamente (e disegnò, ma non descrisse!) il polo boreale come una formazione poligonale e non circolare come il polo australe. Tutte le immagini riprodotte nell’articolo del 1930 furono prese al rifrattore da 83 cm di Meudon.

Ecco cosa egli scrisse allora riguardo alle calotte polari:

Calotte polaire sud – En 1852, Lassel, Dawes et Secchi, observérent une étendue claire, verdàtre, au pôle austral de Saturne, mais, en 1855, Lassel y notait, au contraire, une tache tres foncée, que de La Rue peignait en bleu l’année suivante. En 1880, Hall y voyait une teinte verdâtre, en 1884 et 1887, du gris sombre; les fréres Henry notaient du gris en 1884. Cette calotte apparut enorme à Terby en 1887, lorsque Elger y distinguait du gris bleu. En 1908, Barnard voyait une tache sombre ici; et, l’annéesuivante, nous notions avec la lunette de 0m,83 de Meudon une calotte foncée d’un gris bleu si intence (Bulletin de la Sociéte, t. 24, 1910, p. 374) [9] qu’au premier abord, nous avons cru avoir affaire en partie à un produit de spectre secondaire (fig. 3). Or, il n’en était rien; et cette calotte bleue si vive est devenue, l’année suivante, la grand curiosité que l’on montrait à l’Observatoire du Mount – Wilson dans le télescope de 1m,52 aux astronomes venus des divers pays à l’occasion du congrès solaire. Puis, en 1913, la lunette de 0m,83 nous la montra agrandie (fig. 4), grise, et avec un e teinte bleue très légère. Ainsi cette calotte polaire change d’étendue et de couleur. M. W. R. Wood photographia Saturne en 1915 avec de la lumière violette et obtint une vaste région sombre autour du pôle méridional.

Calotte polaire nord – Le zone polaire était jaunâtre pour Barnard en 1904 et elle nous apparut grise bleûatre sur 35° de rayon autour de pôle en 1927; puis elle était verdâtre en 1928, et semblait plus verte encore en 1929. La calotte sombre, variable elle mème (fig. 8 à 11), était entourée dans le 0m,83 d’une zone claire en 1926 et 1927 ; le 2 juillet 1928, cette zone avait disparu, pour réapparaitre le 11 et rester visible encore en 1929. En 1793, Herschel trouva la calotte polaire blanchâtre et pâle; en 1806, elle lui apparut plus enfumée. Browning l’à vue bleuâtre; Barnard cendrée, puis très petite et foncée en 1894, très sombre en 1895 ; Stanley Williams et nous – même l’observâmes grise en 1895 et 1896. Une teinte bleuâtre réapparut en 1897 selon Barnard, qui trouvait la calotte curieusement inexistante en 1901. A Meudon, elle se montra grise en 1924, ardoise en 1926, bleuâtre, un peu verdâtre en 1927, simplement grise en 1928, et de nouveau ardoise en 1929. On ne la voyait point le 22 juin 1927. Elle était diminuée le 13 juillet 1926, s’était étalée un an plus tard, et elle fut observée petite en 1928 et 1929.

Paradossalmente, però, tra tutti i disegni che abbiamo esaminato, quello che reca le tracce più convincenti di un esagono al polo nord è quello che l’Antoniadi effettuò il 30 luglio 1899 con il rifrattore da 26 cm di Juvisy (Francia). Qui, con la nostra consapevolezza, è possibile ravvisare tre lati dell’esagono anche se l’osservatore non ne fa cenno nella sua relazione. Vediamo, a questo proposito, il suo disegno, sia originale (foto n. 5) che con i lati da noi evidenziati (foto n. 6).

Foto n. 5 – Disegno eseguito da Antoniadi (e da noi raddrizzata) nella notte del 30 luglio 1899 col rifrattore da cm. 26 dell’Osservatorio di Juvisy. S’intravedono tre lati dell’esagono, come sempre scuro. Crediti: autori
Foto n. 6 – La stessa immagine del n. 5, ma con i lati dell’esagono da noi evidenziati. Crediti: autori

Gli osservatori seguenti, tra i quali il nostro Ruggieri, che allo scopo nel 1958 aveva utilizzato anche il più grande rifrattore italiano (il Merz da 49 cm, nella sede di Merate), non portano ad alcun risultato: in nessuna delle pubblicazioni che abbiamo esaminato, limitatamente agli osservatori considerati più esperti e in grado di accedere a grandi strumenti, ci è stato possibile trovare affermazioni od anche soltanto cenni della sua esistenza.
A questo punto occorre chiedersi come mai una struttura tecnicamente visibile (anche se ai limiti) ed effettivamente abbozzata, non fu mai riconosciuta. Le spiegazioni a nostro avviso sono due:

1) Una enorme struttura ad esagono doveva essere – ed è tutt’ora! – molto difficile da spiegare. Le fotografie del Voyager I hanno reso incontestabile la sua esistenza; ma in un periodo un cui l’immagine era soltanto telescopica e per di più ai limiti della visibilità – come dimostra il fatto che la maggior parte degli osservatori non l’ha riprodotta – dovette essere troppo arduo sostenerne l’esistenza tanto dal punto di vista fisico che dal punto di vista psicologico. Ci si sarebbe trovati cioè nella condizione di sostenere l’esistenza di qualcosa di impossibile da provare e di molto difficile da spiegare. Meglio quindi considerarla una sorta di illusione ottica.

Foto n. 7: L’esagono è splendidamente visibile in questa immagine realizzata dalla Sonda Cassini il 2 aprile 2014. Crediti: NASA/JPL/Cassini/Caltech

2) Un esame delle immagini ottenute dall’Hubble rivela come l’esagono, visto molto di scorcio dall’orbita terrestre, non sia facilmente riconoscibile. Questo aspetto, unito alla bassa luminosità della regione polare, a nostro avviso fornisce un ulteriore motivo per il quale non sia stato possibile riconoscerlo dalla Terra.

Un’immagine ottenuta da Hubble Space Telescope dell’esagono di Saturno. Crediti: Hubble Site

Ringraziamenti
Per l’aiuto e l’assistenza fornitaci, ringraziamo Monsieur Jean – Claude Berçu, bibliotecario della Société Astronomique de France (che ci ha gentilmente inviato l’articolo di Antoniadi del 1930), e Mister Morgan Aronson, bibliotecario della US Naval Observatory Library (che ci ha gentilmente inviato l’articolo di Asaph Hall del 1891).

[1] Numerosi astrofili sono oggi in grado di fotografare l’esagono con metodiche digitali. Tra tutti citiamo Damian Peach che ha appunto usato un C14.

[2] L’origine di questa ricerca ha avuto inizio casualmente nel 2019, quando Barbara Bubbi mostrò a Mario Codebò alcune foto digitali di Saturno fatte dal suo corrispondente Damian Peach, nelle quali era ben visibile l’esagono boreale. Circa un anno dopo Mario Codebò, che da allora si era convinto che l’esagono poteva a maggior ragione essere alla portata dei grandi telescopi del passato e soprattutto dei rifrattori, osservando sul Cecchini 1969 il disegno di Saturno fatto da Barnard nel 1898 al grande rifrattore di Yerkes, vi riconobbe l’esagono boreale. Ciò diede l’avvio al progetto di ricerca, coordinato da Walter Ferreri, i cui risultati sono descritti nel presente articolo.

[3] Essendo inagibili gli archivi degli osservatori a causa delle misure di prevenzione dell’epidemia di SARS – Cov – 2, le ricerche bibliografiche sono state effettuate sostanzialmente on line. Le due fonti principali consultate sono state:
1) il SAO/NASA Astrophysics Data System https://ui.adsabs.harvard.edu
2) la Société Astronomique de France.

[4] E’ da notare che tutte le immagini dell’esagono di Saturno antecedenti alla missione Voyager I da noi trovate sono state ottenute con rifrattori.

[5] Nonostante la necessità di concentrare la nostra attenzione ai soli lavori degli astronomi più famosi, nell’ASD sono stati cercati, scaricati e consultati tutti gli articoli dal 1800 al 1981 che rispondevano alla parola – chiave “Saturno”, limitandoci a quelli il cui titolo faceva esplicito riferimento al corpo del pianeta e ad osservazioni generali (con esclusione quindi degli articoli esplicitamente dedicati ai satelliti ed agli anelli). In particolare sono stati visionati gli articoli redatti dalla Section for the Observation of Saturn, poi rinominata Saturn Section e tutt’ora attiva.

[6]  Sono qui riportate le foto originali.

[7] Nella versione riprodotta in G. Cecchini Il Cielo, Torino, UTET, 1969, pp. 501 – 503.

[8] In tutti i disegni i lati rettilinei dell’esagono sono più evidenti osservando le immagini in formato digitale. La stampa, e soprattutto il suo ingrandimento, rende l’immagine meno nitida e tende a fare scomparire la rettilineità dei lati.

[9] Nell’articolo originale la citazione bibliografica è a pié di pagina col n. 6 di riferimento nel corpo del testo.