Saturno e l’effetto di opposizione
Un fenomeno ottico che si verifica quando Sole, Terra e Saturno sono perfettamente allineati
La sonda Cassini ci sta regalando da ormai 13 anni incredibili immagini di Saturno, del suo sistema di anelli e delle sue molte lune. Il segreto di Cassini è che si trova sul posto: le più straordinarie immagini di Encelado e di altri satelliti sono state scattate, infatti, durante passaggi radenti, in cui la sonda si è avvicinata fino a poche centinaia di km dalla superficie dell’obiettivo di turno.
Quanto dettagliate possono essere, invece, le immagini di Saturno ottenute con telescopi terrestri? Certo non quanto le immagini di Cassini, se consideriamo che Saturno, anche quando è all’opposizione, cioè nel punto di massima vicinanza alla Terra, non si avvicina mai a meno di 1,2 miliardi di km (circa 7 unità astronomiche).
Tuttavia, anche dalla distanza della Terra, un telescopio sufficientemente potente — senza bisogno di scomodare sua maestà Hubble — riesce a ottenere immagini mozzafiato del pianeta con gli anelli, ricchissime di dettagli, come dimostra la vista totale presentata in questo post.
L’immagine è stata realizzata da Damian Peach, uno dei migliori astrofotografi del mondo, e da alcuni suoi collaboratori, usando il telescopio da 106 cm dell’osservatorio francese di Pic du Midi nei Pirenei.
L’inclinazione dell’asse di Saturno ci mostra il suo emisfero settentrionale, rivolto al Sole, nel quale è appena cominciata l’estate: un’estate che durerà per oltre sette anni terrestri. Le reazioni fotochimiche che sono avvenute nell’atmosfera del pianeta durante la primavera ormai trascorsa hanno colorato a poco a poco di tinte giallo-verdi le varie bande orizzontali dell’emisfero visibile. La nuova colorazione, dovuta allo smog creato da queste reazioni chimiche, sta raggiungendo anche il famoso esagono, che racchiude al suo centro una grande tempesta che insiste sul Polo Nord di Saturno.
L’elemento più potente dell’immagine sono però gli anelli, che appaiono incredibilmente luminosi. La loro inusuale brillantezza è dovuta all’epoca in cui è stata effettuata l’osservazione telescopica: l’11 giugno scorso, cioè appena cinque giorni prima che Saturno raggiungesse l’opposizione.
Quando un pianeta esterno — in questo caso Saturno — è all’opposizione, vuol dire che la Terra si trova esattamente in mezzo tra il Sole e il pianeta. Quando ciò accade, le condizioni sono allora ottimali per ottenere le più dettagliate e luminose immagini astronomiche possibili. Quando è all’opposizione, Saturno si trova infatti alla minima distanza dalla Terra e completamente illuminato dal Sole.
Ma c’è anche qualche altra cosa che potenzia le immagini acquisite in tale circostanza.
Il fatto di trovarsi all’opposizione non rende gli anelli di Saturno solo un po’ più luminosi di com’erano, per esempio, un mese prima. Li rende invece molto più luminosi, per via di un fenomeno ottico che prende il nome di effetto di opposizione o anche effetto Seeliger (da Hugo von Seeliger, l’astronomo tedesco che per primo ne propose la spiegazione nel 1887).
Per capire in cosa consiste l’effetto di opposizione, bisogna considerare la variazione dell’angolo di fase.
Si chiama angolo di fase l’angolo formato da un corpo celeste (nel nostro caso Saturno), dalla sorgente luminosa che lo illumina (il Sole) e dal luogo in cui si trova l’osservatore con il suo telescopio (la Terra). A mano a mano che Saturno si avvicina all’opposizione, l’angolo di fase tende sempre più a zero. Il che è ovvio: l’opposizione consiste precisamente nel fatto che Sole, Terra e pianeta esterno si trovino perfettamente allineati, cosa che rende inevitabilmente l’angolo di fase, per come è definito, uguale a zero.
Ma cosa succede di particolare quando l’angolo di fase diventa zero? Succede che tutte le ombre del corpo illuminato (Saturno) scompaiono.
L’effetto di opposizione si manifesta con la massima intensità in corpi privi d’aria formati da particelle irregolari, come gli anelli di Saturno e la superficie lunare. Quando l’angolo di fase è maggiore di zero, allora le sporgenze e gli avvallamenti che si susseguono a miliardi sulle particelle di regolite lunare e nel materiale che forma gli anelli di Saturno proiettano ombre: minuscole, infinite ombre, che sottraggono luminosità alla vista d’insieme.
Ma quando l’oggetto è all’opposizione, allora, improvvisamente e per breve tempo, tutte le ombre generate dalle piccole asperità superficiali dei materiali scompaiono sotto la luce diretta, perpendicolare, del Sole. La luminosità complessiva ne risulta moltiplicata: l’effetto di opposizione è come accendere una luce supplementare sull’oggetto che si sta osservando.
C’è poi anche un altro fenomeno fisico che sembra contribuisca all’effetto di opposizione: è quello che in inglese si chiama coherent backscattering e in italiano retrodiffusione coerente. Si ha quando:
- le particelle che riflettono la luce incidente sul corpo all’opposizione hanno dimensioni corrispondenti alla lunghezza d’onda della luce e
- la distanza tra le varie particelle è maggiore di quella lunghezza d’onda.
I dati sperimentali indicano, tuttavia, che la retrodiffusione coerente contribuisce in misura molto modesta all’effetto di opposizione, la cui causa principale resta la scomparsa delle ombre, che si verifica quando l’osservatore è allineato con l’oggetto illuminato e con la sorgente luminosa.
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