Los anillos y la inclinación de Saturno podrían ser el producto de una luna antigua desaparecida
Girando alrededor del ecuador del planeta, los anillos de Saturno son una señal inequívoca de que el planeta está girando inclinado. El gigante con cinturón gira en un ángulo de 26,7 grados con respecto al plano en el que orbita alrededor del sol. Los astrónomos han sospechado durante mucho tiempo que esta inclinación proviene de las interacciones gravitatorias con su vecino Neptuno, ya que la inclinación de Saturno precede, como un trompo, aproximadamente al mismo ritmo que la órbita de Neptuno.
Pero un nuevo estudio de modelado realizado por astrónomos del MIT y otros lugares ha revelado que, si bien los dos planetas pueden haber estado sincronizados alguna vez, Saturno ha escapado desde entonces a la atracción de Neptuno. ¿Cuál fue el responsable de este realineamiento planetario? El equipo tiene una hipótesis meticulosamente probada: una luna perdida.
En un estudio que apareció en Science, el equipo propone que Saturno, que ahora alberga 83 lunas, una vez albergó al menos una más, un satélite adicional al que llaman Chrysalis. Junto con sus hermanos, los investigadores sugieren que Chrysalis orbitó Saturno durante miles de millones de años, tirando y tirando del planeta de una manera que mantenía su inclinación, o «sesgo», en resonancia con Neptuno.
Pero hace unos 160 millones de años, estima el equipo, Chrysalis se volvió inestable y se acercó demasiado a su planeta en un encuentro rasante que dividió al satélite. La pérdida de la luna fue suficiente para sacar a Saturno del control de Neptuno y dejarlo en la inclinación actual.
De plus, les chercheurs supposent que si la majeure partie du corps brisé de Chrysalis a pu avoir un impact sur Saturne, une fraction de ses fragments aurait pu rester suspendue en orbite, se brisant finalement en petits morceaux de glace pour former les anneaux emblématiques de el planeta.
Por lo tanto, el satélite perdido podría explicar dos misterios de larga data: la inclinación actual de Saturno y la edad de sus anillos, que anteriormente se estimó en alrededor de 100 millones de años, mucho más jóvenes que el propio planeta.
«Al igual que la crisálida de una mariposa, este satélite estuvo inactivo durante mucho tiempo y de repente se activó y surgieron los anillos», dice Jack Wisdom, profesor de ciencias planetarias en el MIT y autor principal del nuevo estudio.
Los coautores del estudio son Rola Dbouk del MIT, Burkhard Militzer de la Universidad de California en Berkeley, William Hubbard de la Universidad de Arizona, Francis Nimmo y Brynna Downey de la Universidad de California en Santa Cruz y Richard French de Wellesley College.
Un momento de progreso
A principios de la década de 2000, los científicos teorizaron que el eje inclinado de Saturno se debía a que el planeta estaba atrapado en una resonancia, o asociación gravitacional, con Neptuno. Pero las observaciones tomadas por la nave espacial Cassini de la NASA, que orbitó Saturno de 2004 a 2017, le han dado un nuevo giro al problema. Los científicos han descubierto que Titán, el satélite más grande de Saturno, se está alejando de Saturno a un ritmo más rápido de lo esperado, a un ritmo de unos 11 centímetros por año. La rápida migración y la atracción gravitacional de Titán llevaron a los científicos a concluir que la luna probablemente era responsable de inclinar y mantener a Saturno en resonancia con Neptuno.
Pero esta explicación se basa en una gran incógnita: el momento de inercia de Saturno, que corresponde a la distribución de la masa en el interior del planeta. La inclinación de Saturno podría comportarse de manera diferente dependiendo de si la materia está más concentrada en su núcleo o hacia la superficie.
«Para avanzar en el problema, tuvimos que determinar el momento de inercia de Saturno», dice Wisdom.
el objeto perdido
En su nuevo estudio, Wisdom y sus colegas buscaron determinar el momento de inercia de Saturno utilizando algunas de las últimas observaciones tomadas por Cassini en su «Gran Final», una fase de la misión durante la cual la nave espacial realizó un acercamiento extremadamente cercano para mapear con precisión el campo gravitacional alrededor de todo el planeta. El campo gravitacional se puede utilizar para determinar la distribución de la masa en el planeta.
Wisdom y sus colegas modelaron el interior de Saturno e identificaron una distribución de masa que coincidía con el campo gravitatorio observado por Cassini. Sorprendentemente, descubrieron que este momento de inercia recién identificado colocó a Saturno cerca, pero justo fuera de la resonancia con Neptuno. Puede que los planetas se hayan sincronizado, pero ya no lo están.
«Luego buscamos formas de sacar a Saturno de la resonancia de Neptuno», dice Wisdom.
El equipo primero realizó simulaciones para evolucionar la dinámica orbital de Saturno y sus lunas a lo largo del tiempo, para ver si las inestabilidades naturales entre los satélites existentes podrían haber influido en la inclinación del planeta. Esta búsqueda quedó vacía.
Entonces, los investigadores volvieron a examinar las ecuaciones matemáticas que describen la precesión de un planeta, es decir, cómo cambia el eje de rotación de un planeta con el tiempo. Un término en esta ecuación tiene contribuciones de todos los satélites. El equipo razonó que si se eliminaba un satélite de esta suma, podría afectar la precesión del planeta.
La pregunta era saber qué masa debería tener este satélite y qué dinámica debería sufrir para sacar a Saturno de la resonancia de Neptuno.
Wisdom y sus colegas realizaron simulaciones para determinar las propiedades de un satélite, como su masa y radio orbital, así como la dinámica orbital que se requeriría para sacar a Saturno de la resonancia.
Concluyen que la inclinación actual de Saturno es el resultado de la resonancia con Neptuno y que la pérdida del satélite Chrysalis, que tenía aproximadamente el tamaño de Iapetus, la tercera luna más grande de Saturno, le permitió escapar de la resonancia.
Hace entre 200 y 100 millones de años, Chrysalis entró en una zona orbital caótica, tuvo una serie de encuentros cercanos con Iapetus y Titán, y finalmente se acercó demasiado a Saturno, en un encuentro rasante que destrozó el satélite, dejando una pequeña fracción para rodea el planeta como un anillo lleno de escombros.
Descubrieron que la pérdida de Chrysalis explica la precesión y la inclinación actual de Saturno, así como la formación tardía de sus anillos.
«Es una historia bastante buena, pero como cualquier otro resultado, otros deberán analizarla», dice Wisdom. «Pero parece que este satélite perdido era solo una crisálida, esperando su inestabilidad».
Esta investigación fue apoyada, en parte, por la NASA y la Fundación Nacional de Ciencias.
