ESA Science & Technology - Winners Italy

10-12 years old: Ice plumes at the south pole of Enceladus

 Author: Alessia Francini

Ho deciso di scegliere questo argomento perché trovo affascinante il fatto che i geyser non siano soltanto sul nostro pianeta Terra, ma anche su altri pianeti del sistema solare. E pensate che questo satellite fu scoperto addirittura nel 1789 dall'astronomo tedesco W. Herschel.

E allora partiamo con il racconto di questo avventuroso viaggio nell'universo...........

Ciao, finalmente mi trovo all'interno della sonda spaziale Cassini, ad una distanza di appena una cinquantina di chilometri da Encelado, la piccola luna del pianeta Saturno.

Credetemi, quello che si presenta davanti ai miei occhi è uno spettacolo mozzafiato.

Volete sapere il perché di quel nome? Come spesso succede in astronomia, il nome deriva dalla mitologia greca.

Encelado era infatti un gigante, figlio di Urano e di Gea, che prese parte alla rivolta contro gli dèi dell'Olimpo e, secondo una tradizione, fu colpito dal fulmine di Zeus mentre, secondo un'altra, fu inseguito dalla divinità guerriera Atena che gli scagliò addosso il vulcano Etna, seppellendolo.

In definitiva era un tipo tosto, proprio come il satellite al quale mi sto avvicinando.

Mentre vi sto parlando assisto alla fuoriuscita di getti di polvere di ghiaccio dalle fratture del terreno che, pensate un pò, raggiungono la velocità di 1.600 chilometri all'ora.

Sto attraversando un geyser, sento un forte fruscìo e un tremolìo sulle pareti della sonda su cui mi trovo. Provo una sensazione di paura e di attrazione al tempo stesso.

Vedo immagini di una bellezza indescrivibile.

I miei colleghi scienziati sostengono che sotto lo strato di ghiaccio vi sia un oceano di acqua allo stato liquido e dato che probabilmente le temperature sono superiori allo zero, ciò potrebbe significare una sola cosa: la VITA!

Nell'acqua dovrebbero avvenire delle reazioni chimiche in grado di creare le condizioni per la nascita di forme di vita più o meno semplici.

D'altra parte gli esseri viventi si sono sempre sviluppati, fin dal passato, nel mare e quindi perché ciò non dovrebbe esserlo anche in questo caso?

I geyser espellono materiale in superficie e spero che questa esplorazione mi permetta di capire di che cosa sono fatte queste particelle.

Cercherò di catturare alcune di queste molecole, magari le più pesanti che non dovrebbero andare molto in alto rispetto a quelle più leggere, in modo da verificare se contengono sostanze organiche.

L'impresa non è facile, ma vale la pena tentare di ottenere dei risultati.

Se riuscissimo, attraverso i geyser, a risalire alla presenza di forme di vita su Encelado, credo che diventerei una celebrità, avrei fatto sicuramente la scoperta del secolo!

Ma al momento è meglio non volare troppo in alto con la fantasia; per ora mi accontento di ammirare queste meraviglie della natura.

10-12 years old: The lakes of Titan

 Authors: Alessia Bucci. Alessia Oliva, Ginevra Malpaganti

22/01/2017

Dear diary,

today is the most important day and as time goes by, I understand that my client has done the right choice. Thanks to him now I love astronomy! If my client will convince his partner it will be because all the people will understand the beauty and the curiosity that this mysterious satellite generates. The Cassini spacecraft will have to go to Titan!

10-12 years old: The hexagon at Saturn's north pole

 Author: Derick Augusto Nicoletta

Ah, scusate, non vi ho ancora detto che ci faccio qui e dove vado. Sono uno studente e sono stato scelto per trascorrere alcuni anni nello spazio come turista. Durante il mio viaggio farò dei flyby a Saturno e potrò osservare le sue lune, ovviamente non tutte altrimenti ci vorrebbe troppo tempo: ne sono più di sessanta. Non sono l’unico, con un veicolo spaziale, a visitare il sistema di Saturno. Prima di me le sonde spaziali Pioneer 11 nel 1979 e il Voyager 1 nel 1980 l’hanno visitato e hanno condiviso con la terra le immagini del pianeta, degli anelli e delle principali lune. Nel 1997 la sonda spaziale Cassini-Huygens fu lanciata con lo scopo di studiare il sistema saturniano e nel 2006 trovò la prova dell’esistenza di acqua liquida su Encelado, una delle tante lune di Saturno. Forse non ci crederete ma Galileo Galilei pensava che Saturno fosse un pianeta tricorporeo, perché con il suo rudimentale cannocchiale non poté analizzare con precisione gli anelli. Negli anni a seguire Galileo Galilei utilizzò strumenti più sofisticati e la variazione dell’angolo visuale degli anelli gli permise di analizzare meglio gli aspetti diversi del pianeta.

Ora sono io a poter scegliere dove indirizzare gli strumenti a disposizione sulla mia navicella spaziale e una domanda che mi pongo è quella di sapere dove li avrebbe indirizzati Galileo Galilei, forse su Encelado, su Titano o su Saturno? Ho scelto Saturno, perché voglio scoprire di più sul motivo per cui le nuvole sono allineate in modo tale da formare un esagono intorno al polo nord e perché vi è presente un sistema di nuvole che forma un vortice polare. Mi ritengo molto fortunato perché, quando sarò vicino Saturno, lì sarà estate, il polo nord sarà illuminato dal sole in modo tale da rendere più visibili i dettagli. So che è una cosa strana, Saturno è entrato in fase primaverile già nel 2009 e da allora è ben visibile l’enorme vortice polare che ruota in senso antiorario. Ecco qua un'altra mia paura, quella di essere risucchiato dal vortice. Nonostante le mie paure mi attira molto il cosmo. Una delle ragioni per cui mi piace l’idea di fare il turista nello spazio è, oltre alla voglia di avventura, la voglia di dare una risposta non solo ai miei perché, ma a quelli di tutta l’umanità Ora però devo partire…

13-15 years old: Ice plumes at the south pole of Enceladus

Authors: Elisa Gubiani, Giulia Piccoli

-"Buon giorno a tutti, da Sistema Solare Show, oggi abbiamo un ospite speciale nello studio, anzi spaziale: diamo il benvenuto a Encelado!"

-"Buon giorno, grazie di avermi ospitato al vostro show"

-"Grazie a te di essere qui, che ne dici di parlarci un po' di te?"

-"Allora, il mio lavoro è girare attorno a Saturno e ho avuto come promozione la denominazione satellite. La mia costituzione fisica è rocciosa e sulla mia superficie si può notare uno strato di ghiaccio, che riflette circa il 100% della luce, questo mi rende il secondo corpo del Sistema Solare più luminoso."

-"Wow, sembri davvero molto interessante e particolare, chissà quanti ospiti vengono a trovarti…"

-"In realtà non è così: infatti preferiscono incontrare direttamente il mio datore di lavoro: Saturno. Devo ammettere però che ho ricevuto anch’io delle visite negli ultimi anni tra cui la mie care amiche sonde Voyager, Voyager 1 e Cassini."

-"Quale panorama offri ai tuoi visitatori? Quali sono le tue particolarità?"

-"Sembra strano, ma a volte quando mi arrabbio con Saturno perché mi tiene sempre attaccato a sé e non mi lascia mai andare a girovagare per il cosmo e cercare qualche bella stella da corteggiare; mi escono degli sbuffi di vapore acqueo e ghiaccio dalla pelle, tuttavia questi getti non sembrano infastidire i miei ospiti, anzi adorano farmi le foto in questi momenti di collera. Questo continuo stress dà vita a continue attività geologiche che hanno modificato e stanno modificando tuttora il mio aspetto.

-"Dicci un po', come sei fatto?"

-"Esteriormente appaio molto freddo, ma la realtà è ben diversa: infatti, sotto il mio ghiaccio si nasconde un grande cuore formato da rocce silicatiche. Inoltre arrivarci non è molto facile: infatti bisogna prima attraversare uno strato di acqua liquida che forma veri e propri oceani sotterranei. Sono il sesto satellite più grande di Saturno, ma le mie dimensioni non permettono la formazione di reazioni nucleari. Sono un satellite abbastanza giovane e sono stato avvistato per la prima volta dallo scienziato Fredrick William Herschel nel 1789 con il suo telescopio. Mi è giunta voce che il suo telescopio fosse il più innovativo dell’epoca il che mi rende molto fiero.

-“E com’è il tuo rapporto con Saturno?”

-“Che domanda difficile! E’ un severo datore di lavoro però è l’unico che mi sa tenere sempre vicino a sé. La mia giornata lavorativa dura circa 33 ore in questo arco di tempo faccio un giro completo attorno al mio capo

mostrandogli sempre la stessa faccia. Per quanto riguarda la mia attività vulcanica si può dire che è molto attiva e che è molto particolare, poiché erutto materiali come acqua e altri elementi volatili.”-

-“Ok, grazie per esser stato con noi e ora...”

“Però Gigi, anche questa volta ci hai sorpresi: questo è un gioco fantastico, divertente e istruttivo! Encelando merita davvero di essere visitato. Speriamo che in un futuro non troppo lontano gli occhi degli scienziati si posino su questo meraviglioso satellite.”

13-15 years old: The lakes of Titan

Author: Olivia Ghezzi

I have chose Target 2 because I think that it would be extremely useful to lead further researches on its main topic.
Titan is the biggest moon of Saturn, and the second-largest one all over the Solar System. It was discovered long ago in the past, in 1655, by the Dutch astronomer Christiaan Hygens.

This moon is made by rocky materials and water ice and, moreover, it has a dense atmosphere largely composed by nitrogen. I found very interesting that it's still the only moon in where has been found a liquid cycle roughly similar to Earth's one. Since Titan is very far from the Sun, the climate over there is really cold, approximately -179° C. For this reason water occurs in solid state. But there are also other liquids, such as ethane and methane, that create a Earth-like landscape with dunes, lakes, seas and rain. This aspect makes me so curious about Titan: as far as we know life can not exist without water, so due to the presence of liquids, life might exist here!

The question that several scientists are asking themselves is whether there is life on Titan but also common people, like me, is daydreaming about it. Consider how many science fiction movies and stories came from here! They appeared for the first time in the story “Flight on Titan”, written by the America novelist Stanley Grauman Weinbaum in 1935. Starting from that moment, lots of other writers and film-producers used those unconventional, unusual characters! There are some researchers who consider life on Titan most unlikely because its surface has no liquid water. On the other hand its dense atmosphere is rich in carbon compounds which make it chemically reactive.

Furthermore, many scientists are thinking that ethane and methane could replace water. Some of them are suggesting that meteor strikes could generate some craters in which liquid water might persist for hundred years, enabling water-based organic chemistry. There are a lot of different ideas, but we still don't know whether they are right or wrong. In my opinion, it might exists some kind of life that doesn't need water to live like us, but we haven't discovered it yet. It doesn't make so much sense that there is life just on Earth: the Universe is huge and I can't accept that we are alone in the Solar System.

Now, thanks to scientific discoveries, we know that the Earth is a geode and that it is not at the center of the Universe. So, why shouldn't search for new life forms in the space? In my opinion, scientists should try to demonstrate that we're not alone. Maybe they won't find complex structures but only simple ones, like bacteria or virus. In any case, it would be incredible and so fascinating!

13-15 years old: The hexagon at Saturn's north pole

strong>Author: Emanuele Masotti

Saturno mi affascina da sempre, da quando ero bambino e ho visto un’immagine del pianeta. Un giorno, guardando un programma di astronomia alla tv, sentii parlare per la prima volta dell’esagono di Saturno. E da allora non ho più smesso di pensare a quel gigantesco uragano, con una forma di esagono, bloccato sul polo nord del pianeta, sempre fermo lì, chissà da quanti anni, eppure in continuo movimento antiorario, mentre invece al polo sud c’è solo un vortice più piccolo.
Per questo penso che la sonda Cassini-Huygens, prima di abbandonare l’osservazione di Saturno, dovrebbe esplorare ancora questo enorme uragano, per comprenderne meglio i segreti.

Il fenomeno, scoperto negli anni ‘80 dalla sonda Voyager, è abbastanza grande da contenere quattro volte la Terra (ha un diametro di 32000 km, un suo lato misura 14000 km e l’occhio del ciclone è largo circa 2000 km), mentre i suoi venti superano la velocità di 300 km/h, cioè molto più veloci che sulla Terra. E’ grande 20 volte un uragano terrestre e ha la stessa velocità di rotazione del suo pianeta (ovvero 10h 39m 24s).
La sonda Cassini rilevò questa tempesta poco dopo essere entrata nella sua orbita, nel 2004. L'uragano si trovava al buio, poiché all’epoca nell’emisfero settentrionale del pianeta era inverno. Così, la sonda ha dovuto attendere l'inizio della primavera di Saturno nel 2009, per poter osservare meglio l’uragano in luce visibile. Per far ciò, è stato necessario effettuare un cambiamento all’orbita della sonda utilizzando un flyby della grande luna di Saturno, Titano.

Il fenomeno è incredibile e molto complesso perché oltre all’uragano principale sono stati scoperti numerosi altri “piccoli vortici” che ruotano in senso opposto alla tempesta centrale e vengono trascinati dalla corrente, dando luogo a una regione molto turbolenta. E’ stato ipotizzato che l’uragano si alimenti tramite vapore acqueo presente nella sua atmosfera; ma c’è solo acqua o altri gas che magari non conosciamo sulla Terra?

Pensando a questo fenomeno mi vengono in mente molte domande, ancora senza risposta:
-perché questo uragano ha la forma di un esagono?
-quale forza lo tiene fermo al polo nord di Saturno?
-come ha fatto a formarsi e cosa lo alimenta?
-perché sulla Terra un uragano dura di solito pochi giorni, mentre l’esagono di Saturno sembra un fenomeno “bloccato” nella sua dinamicità?

Tante domande senza risposte, ma la sonda Cassini-Huygens potrebbe darci alcune risposte, come ad esempio aiutarci a migliorare le nostre conoscenze sugli uragani in generale, quindi anche quelli terrestri che traggono energia dalle calde acque oceaniche.
Ecco perché penso che sia necessario “puntare i telescopi spaziali” su questo uragano e scoprire i suoi segreti.
Ma una cosa è certa: questo fenomeno sta affascinando e solleticando la curiosità degli scienziati e di chi, come me, è un semplice studente, al suo primo anno di Liceo Scientifico.
Tutte le scoperte future potrebbero farci vedere il Sistema Solare, e anche l’Universo, con occhi nuovi, diversi.

16-18 years old: Ice plumes at the south pole of Enceladus

Author: Davide Stanjano

Encelado nasconde una delle geologie più singolari che si siano mai incontrate, ma è anche molto interessante dal punto di vista astro-biologico (cioè della ricerca della vita). I geyser presenti, scoperti dalla sonda Cassini, ci permettono di analizzare la struttura dell’oceano al di sotto dello spesso strato di ghiaccio, consentendoci di cercare la vita! L’interesse nei confronti di questo minuscolo satellite è aumentato analizzando un anello intorno a Saturno, molto più esterno degli altri, chiamato “anello E”, composto da piccole particelle di ghiaccio; esso è ormai scomparso da milioni di anni a causa del vento solare, ma l’ipotesi attualmente più accreditata, riconduce a Encelado ed ai suoi geyser situati nel polo sud del satellite, come fonte delle particelle dell’anello. Nei suoi passaggi, la sonda Cassini era riuscita ad analizzare la composizione delle sostanze emesse da questi geyser: H2O, Co2, metano, ammoniaca, argon, azoto, acetilene, formaldeide, propano, magnesio, silicio. L’argon e il magnesio rendono probabile la presenza di una superficie rocciosa a contatto con l’acqua; la formaldeide, acetilene e propano, sono indizio di un ambiente che cambia velocemente in presenza di zone molto calde (in profondità) o molto fredde (verso la superficie dell’oceano). Grazie alla sonda, siamo riusciti ad avere qualche dato sulla struttura dell’oceano di Encelado, scoprendo che ha una profondità di circa 10 km (il punto più profondo degli oceani sulla Terra, “la fossa delle Marianne”, è di 11 km). Come detto, l’esplorazione di questo oceano è complicata dalla presenza di uno strato di ghiaccio spesso 40 km; la presenza di queste enormi fessure (geyser) che riescono a spingere questi cristalli verso l’esterno, ci fornisce l’indizio che “sotto” c’è tanta attività da parte di questa massa d’acqua che spinge con tanta forza verso l’esterno. Come collegare ciò al fatto che si è trovato del silicio? Il silicio è interessante perché ci sono pochi modi di produrre particelle ricche di tale elemento, della grandezza di appena 2-8 nanometri; uno di questi modi sarebbe da attribuire alla presenza di sorgenti idrotermali, poiché tali cristalli si formano con una soluzione acquosa ricca di silicio, a una temperatura di circa 90 ° celsius e con una bassa salinità (un PH tra l’8,5-10,5); conferma di ciò ci è data dalla presenza di ammoniaca, il 4% di salinità (molto bassa). Sarebbe interessante indagare su cosa alimenta questi geyser e questi vulcani, nonché sull’arco temporale di questi fenomeni; infatti, un periodo ‘breve’ (es. 1 mln di anni) farebbe fatica a creare le condizioni per generare “forme di vita”, cosa possibile invece con una durata di Mld di anni. La sonda Cassini, infatti, non fu progettata per analizzare qualcosa del genere pur riuscendo comunque a fare analisi molto dettagliate. Per approfondire questi aspetti, avremmo bisogno di una sonda che possa orbitare intorno a Encelado, per creare così una mappa gravitazionale e capire un po’ di più della sua struttura interna. Lo studio di questi particolari aspetti, potrebbe darci importanti indizi sulla nascita della vita sul nostro pianeta, generatasi probabilmente in un ambiente simile.

16-18 years old: The lakes of Titan

 Author: Thomas Gigante

A scientist called Titan “ past Earth in a fridge”. The present Earth is not in a good shape – lack of clean drinking water, degradation of the earth`s surface, air pollution...the list goes on. For this reason I believe one of the main aims of my generation is to find an alternative, which could not only possibly sustain human life but also help us to understand how life evolved and our own planet can be maintained as a sustainable system.

For the following reasons, the exploration of Titan is the most useful target for mankind. Although it is debatable whether Titan is inhabitable or not, its unique characteristics are worth examining in greater depth. Firstly, it is the only `planet` which has a dense atmosphere, rich in organics, similar to the Earth`s. It consists of two gases, methane and nitrogen, which are necessary ingredients for the formation of organic compound. If the organic molecules could be identified, we would be able to consider the existence of life forms on Titan. This would probably be a very different from all forms we know but proving its existence would enable us to compare our biochemistry with another life system. The Huygens probe found a flux of hydrogen in Titan`s surface, a sign that a life form could be using hydrogen in the same way we use oxygen.

Secondly, carbon monoxide and carbon dioxide are present in Titan`s atmosphere which have led scientists to consider the existence of water on Titan`s surface. Although Titan is extremely cold so water only exists in solid form, long lasting craters of liquid water should not be excluded. Moreover, it has been suggested that there could be a subsurface methane ocean on Titan, which replenishes and circulates methane as well as storing it.

Thirdly, it is interesting to speculate if form of life already lives on Titan. The lakes of liquid methane and ethane on its surface – similar visually to lakes on Earth- might harbor living cells, however different from life on Earth. We already know that this methane has an evaporation/condensation/rain cycle and it would be interesting to understand whether this cycle sustains life in the lakes, as our rain water cycle does on Earth. Understanding the origin and evolution of lakes on Titan could help us combat deglaciation and increasingly difficult water habitats.

Finally, as far as living there is concerned, Titan looks similar to the Earth: it has mountains and rock ( solid ice) cloud formations and it has seasons. However, it is very different mainly because of the intense cold. Its gravity is not so different from ours and it does have a liquid which is another characteristic for life forming systems. However, methane is not water.

The Cassini-Huygens mission did not have potential habitability as its objectives, but it laid the groundwork for further investigation into possible life forms so I strongly believe that a further mission to develop these hypotheses is the most useful target for my generation.

16-18 years old: The hexagon at Saturn's north pole

 Author: Emanuele Nasini

This year the Cassini’s contest has submitted three very interesting targets: if choosing the first one we can study the features of the underground ocean of Enceladus in search of life, while if we choose the second one we are able to study Titan in depth, particularly its mysterious atmosphere.

However, despite these opponents, I have decided to dedicate my full attention to the third target, hoping to succeed in getting the instruments of the Cassini probe to focus on the huge Saturn’s Hexagon. Apparently this study might appear superfluous, nearly wasteful, but from the observation of phenomena that seem far away from our “terrestrial” reality you can get amazing results. The unconventional shape consists of a weird hexagonal clouds pattern around Saturn’s north pole discovered by the Voyager spacecraft in the early 1980s and recently ‘captured’ by Cassini’s cameras. This honeycombed-shaped structure encircles Saturn with an estimated diameter wider than two Earths and encloses an intensive hurricane which has been raging for decades (maybe centuries) and it doesn’t seem to decrease power. Several laboratory experiments have been performed to try to understand the reason of that geometrical shape and the same conclusion has been reached, namely that this bizarre structure is due to the different velocity gradients in the different parts of the vortex: in fact the central part of the Saturn cyclone spins much faster than its external clouds. However it cannot be regarded as a certain and definitive explanation without knowing all the data related to the phenomenon: the south pole of Saturn also presents a storm, but it has a circular shape and so it can be assumed that on the two pole there are factors acting differently.

To obtain the missing information fortunately we can appeal to our dear probe Cassini, which is coming to the final part of its mission: it is currently in the phase known as “Ring-Grazing orbits” in which it’s making twenty pretty reckless orbits through the gas giant’s rings. Since these “flights” are almost parallel to the axis of Saturn and grazing the planet itself, it may be an excellent occasion to obtain data and photos of the two poles, in particular the northern one that in this period is illuminated by sunlight.

Thanks to these information it will be possible to study in detail all the aspects and causes of the “mysterious” hexagon gaining models that will broaden our view of the general fluid dynamics, to be afterwards applied to the study of the poles of Solar System planets that have a very “turbulent” atmosphere, such as Jupiter or Venus; or even more important for a detailed study of our atmosphere: in particular to try to understand how it will evolve in the future and determine which is our actual impact on it, in order to search for solutions and improve our techniques to preserve it.

In short, since the Cassini mission will end this year we can’t miss this wonderful opportunity!