Ciencia

Los anillos de Saturno pudieron emerger de la desaparecida luna Crisálida

Septiembre, 2022

Para explicar la inclinación de Saturno, de unos 26,7 grados, y la juventud de sus anillos, formados apenas hace 100 millones de años, investigadores de Estados Unidos proponen la destrucción de una antigua luna del gigante gaseoso. El estudio está basado en simulaciones y los datos recogidos por la sonda Cassini.

Los anillos de Saturno son una de las características planetarias más distintivas de nuestro sistema solar. Los descubrió Galileo hace 400 años y hoy siguen fascinando a los astrónomos profesionales y aficionados cuando los observan con sus telescopios.

Se sabe que son jóvenes, unos 100 millones de años (en comparación con los 4.600 millones de años de sistema solar), por su tasa de propagación y la velocidad a la que los micrometeoritos oscurecen sus blanquecinos trozos de hielo. Sin embargo, se desconoce por qué se formaron tan recientemente.

Por otra parte, también intriga a los científicos la gran inclinación de 26,7 grados del eje de giro de Saturno, un ángulo demasiado grande para ser el resultado de los procesos de formación conocidos en un disco protoplanetario, o de grandes colisiones posteriores. Se han sugerido diversas explicaciones, pero ninguna ha sido convincente.

Para resolver los dos misterios, el investigador Jack Wisdom del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), junto a otros colegas de las universidades de California y Arizona en Estados Unidos, han utilizado datos de la reciente misión Cassini y simulaciones numéricas y proponen en la revista Science una solución que los puede explicar: la desaparición de una antigua luna llamada Crisálida y otros sucesos en los que participa también Titán —el satélite más grande de Saturno— y Neptuno.

Los autores sostienen que el sistema de Saturno experimentó algún evento violento hace aproximadamente 150 millones de años, cuando la órbita de Crisálida se desestabilizó, haciendo que pasara lo suficientemente cerca del planeta como para ser desgarrada por las fuerzas de marea. Con el tiempo, sus fragmentos de roca helada habrían formando los delgados anillos que se observan hoy.

Según los autores, ese mismo acontecimiento explicaría la oblicuidad de Saturno y podría haber causado también el aumento de la excentricidad de Titán hasta su alto valor actual.

“Nuestra explicación parte de dos nuevas aportaciones: por un lado, se ha observado recientemente (en el 2020) que la órbita de Titán está migrando rápidamente hacia el exterior, unos 14 cm/año”, comenta Wisdom en entrevista, “y, por otra, el gran final de la misión Cassini [en 2017] permitió medir el campo gravitatorio exterior de Saturno con gran precisión y la masa de sus anillos. Eran menos masivos de lo esperado, lo que reforzó la conclusión de que son jóvenes (menos masa para oscurecer)”.

Representación artística de la luna Crisálida desintegrándose en el intenso campo gravitatorio de Saturno. Los trozos de roca helada acabaron chocando y rompiéndose en pedazos más pequeños que se distribuyeron en los delgados anillos que vemos hoy. / B. Militzer (Berkeley-UC)/NASA

Una explicación astrofísica

Las conclusiones de los autores consideran conceptos de astrofísica como la precesión y el momento de inercia. El investigador Ricardo Hueso Alonso, que no ha participado en el trabajo, ha explicado el primer concepto de esta manera: “En el sistema solar actual el eje de rotación de Saturno experimenta un lento giro como el del eje de una peonza, que no permanece fijo sino que, en el caso de este planeta, gira sobre la dirección perpendicular a la eclíptica. Este movimiento se denomina precesión y tiene un paralelismo en la Tierra, en la que la precesión del eje de rotación ocurre con un periodo de 25.800 años”.

“En Saturno la precesión del eje de rotación tiene un periodo de 1,7 millones de años y esa cifra se acerca de una manera sorprendente a la de la órbita de Neptuno. ¿Están relacionados estos fenómenos? En su artículo, los autores así lo afirman, investigando una maniobra de billar cósmico”.

Wisdom lo detalla: “La casi resonancia [coincidencia de frecuencias] entre la tasa de precesión del eje de Saturno y la de la órbita de Neptuno se observó hace un par de décadas. La tasa de precesión del eje de giro depende de la presencia de los satélites, y la rápida migración de Titán provoca cambios en la velocidad de precesión de Saturno que, a través de la resonancia de Neptuno, podría haber inclinado Saturno”.

Pero un parámetro clave, el momento de inercia de Saturno, “era demasiado incierto para demostrarlo definitivamente —subraya—. Las mediciones de Cassini del campo gravitatorio exterior de Saturno restringen fuertemente este parámetro. Hemos llevado a cabo una extensa modelización y resulta que este momento de inercia está cerca, pero justo fuera del rango en el que la inclinación de Saturno puede ser explicada por la resonancia de precesión de Neptuno”.

Sin embargo, “la proximidad a la resonancia indica que esta estuvo involucrada en la inclinación de Saturno, pero de alguna manera el sistema escapó a ella. Podría haberlo hecho si Saturno hubiera tenido un satélite adicional: Crisálida, que se perdió (cambiando la tasa de precesión lo suficiente como para escapar de la resonancia, pero dejando el sistema cerca de la resonancia)”.

Esta luna pudo desaparecer a causa de una inestabilidad orbital caótica que, o bien la hizo escapar del sistema de Saturno, o bien se rompió por un encuentro con este planeta gigante. En este último caso, sus restos son los podrían haber formado los anillos de Saturno. “Como una mariposa que emerge de una crisálida, los anillos de Saturno emergieron del satélite primordial Crisálida”, concluye Wisdom.

[Referencia: Jack Wisdom, Burkhard Militzer, William B. Hubbard et al. “Loss of a satellite could explain Saturn’s obliquity and young rings”. Science, 2022. // Fuente: agencia SINC.]

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