La edad de los anillos de Saturno y la estructura interna del segundo planeta más grande del sistema solar

Por Daniel Marín, el 18 enero, 2019. Categoría(s): Astronomía • Cassini • Saturno • Sistema Solar ✎ 27

Uno de los grandes resultados de la misión Cassini ha sido determinar que los bellos anillos de Saturno son una estructura transitoria. Dentro de aproximadamente cien millones de años los anillos habrán desaparecido, dejando atrás una versión reducida de Júpiter con colores menos llamativos. Pero, si los anillos son «recientes», ¿cuándo se formaron exactamente? La respuesta sería fácil de hallar si dispusiésemos de muestras de los anillos y fuésemos capaces de medir su composición isotópica, pero como no las tenemos hay que conformarse con estudios indirectos. Y eso es lo que ha hecho la sonda Cassini durante la última fase de la misión, conocida como Gran Final. ¿Y cómo? Midiendo la masa de los anillos.

Los anillos son jóvenes y bonitos (NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute).

Los modelos teóricos nos dicen que cuanto más masivos sean los anillos, más viejos deben ser. En una órbita normal medir la masa de los anillos es complejo porque su influencia gravitatoria queda enmasacarada por el pozo de gravedad del planeta, pero en 2017 Cassini realizó 22 órbitas alrededor de Saturno pasando por el hueco existente entre los anillos y Saturno. De este modo la sonda pudo comparar la fuerza de gravedad ejercida por el planeta con la de los anillos. A lo largo de seis de estas órbitas Cassini pasó a una altura de entre 2600 y 3900 kilómetros sobre las nubes de Saturno y se pudo medir con elevada precisión la velocidad de la sonda usando la señal de radio. Como resultado, se recibieron los datos adecuados para calcular la masa de los anillos. Obviamente, la reducción de los mismos no es tarea sencilla y no ha sido hasta hace poco que hemos podido ver los resultados publicados en un artículo de Science.

Saturno sin anillos (Björn Jónsson).

Los autores del paper, liderados por el investigador italiano Luciano Iess (Italia suministró la antena de alta ganancia de Cassini), han calculado que la masa de los anillos es de… —redoble de tambores— ¡1,54 × 1019 kg! Vale, pero, ¿es mucho o poco? Pues, para que nos hagamos una idea, es aproximadamente el 41% de la masa de Mimas, una de las lunas de Saturno. Esto implica que los anillos deben tener entre 10 y 100 millones de años, siendo 50 millones una cifra de compromiso aceptable. Cuando las Voyager 1 y 2 pasaron por Saturno en los años 80 se calculó que la masa de los anillos era de aproximadamente entre el 70% y el 80% de la masa de Mimas, lo que implicaba que debían tener menos de quinientos de millones de años. Este resultado fue muy discutido en su época por el elevado grado de incertidumbre y porque iba en contra de la teoría predominante que postulaba una edad elevada para los anillos. Los investigadores esperaron a que Cassini resolviese el misterio durante sus primeros años de misión, pero la sonda reveló que los anillos eran mucho más complejos de lo esperado y que había muchas partículas oscuras «ocultas» en el anillo B. Las primeras estimaciones indirectas apuntaban a que la masa de los anillos era igual o superior a la calculada por las Voyager,  sin embargo ahora sabemos que estaban equivocadas.

Muchos medios se han apresurado a indicar que los anillos de Saturno no existían en tiempos de los dinosaurios, pero en realidad esto ya se sospechaba desde hace tiempo (hace dos años escribí precisamente un artículo con el título ¿Y si los dinosaurios se hubieran extinguido antes de que se formaran los anillos de Saturno?). Con anterioridad a Cassini existía una mínima posibilidad de que los anillos fuesen muy antiguos, con una edad superior a mil millones de años, pero al final de su misión casi todos los expertos estaban de acuerdo en que debían ser geológicamente muy recientes. En realidad, y como suele ocurrir, el asunto es un poco más complejo. Las estimaciones de la edad del anillo A iban de los 80 a los 150 millones de años, mientras que las del anillo B, el más masivo, arrojaban una edad de entre 30 y 100 millones de años. De hecho, los nuevos resultados indican que el anillo B sería más viejo de lo predicho por los últimos modelos. Hay que señalar que Cassini ha medido la masa conjunta de los anillos A, B y C, ya que la del resto se considera despreciable, pero el cálculo de la masa de cada anillo —y, como consecuencia, su edad por separado— es todavía objeto de debate. Del mismo modo, se cree que los anillos eran más brillantes en su origen, aunque no mucho más extensos (su tamaño viene delimitado por el límite de Roche).

Así podría verse Saturno en cien millones de años (NASA/Cassini/James O’Donoghue).

Por otro lado, las mediciones del campo gravitatorio de Saturno durante la Gran Final de Cassini han servido para estimar la estructura interna del planeta de forma similar a lo que en estos momentos está haciendo la sonda Juno en Júpiter. De entrada, por fin sabemos el periodo de rotación de Saturno. Hasta ahora no estaba nada claro, ya que el eje de Saturno está casi perfectamente alineado con el de la magnetosfera y es precisamente la rotación de esta última la que se usa para calcular la duración del día en los gigantes gaseosos (sin una superficie sólida, es imposible tomar una referencia como en el resto de mundos y por eso se emplean las emisiones de radio del campo magnético para medir el periodo de rotación). El problema es que el periodo de rotación medido por Cassini al principio de su misión (10 horas, 45 minutos y 45 segundos) no coincidía con el estimado por las Voyager (10 horas, 39 minutos y 23 segundos). Después de todo, la magnetosfera no era un método infalible para calcular la rotación.

Los principales anillos de Saturno (NASA/JPL/Wikipedia).

Pero existe otro método y tiene que ver, cómo no, con los anillos. Los anillos actúan como sismómetros, reflejando las vibraciones que tienen lugar dentro de Saturno en forma de ondas que son visibles en las imágenes de Cassini. Estas ondas de gravedad tienen un periodo proporcional a la rotación del planeta, que ha resultado ser de 10 horas, 33 minutos y 38 segundos (paradójicamente, los resultados de las Voyager estaban más próximos a la realidad que los de Cassini). Los datos de Cassini también han permitido determinar la estructura interna de Saturno, aunque sea rudimentariamente. Se ha determinado que la rotación diferencial en Saturno se mantiene hasta una profundidad tres veces superior que en Júpiter. Es decir, en el 15% más exterior del planeta —hasta 9000 kilómetros de profundidad— las distintas capas giran a más velocidad según nos acercamos al ecuador como si estuviesen distribuidas en cilindros concéntricos. En Júpiter la rotación diferencial es menos profunda y la mayoría del planeta rota como si fuera un cuerpo sólido.

Por otro lado, Saturno parece tener un núcleo claramente diferenciado de entre 15 y 18 masas terrestres. Recordemos que los datos de Juno apuntan a que Júpiter carece de un núcleo definido y, en cambio, tiene un «núcleo borroso». Ahora queda por aclarar si esta diferencia tiene que ver con la masa y procesos internos de cada planeta o es una característica que refleja distintos mecanismos de formación durante el origen del sistema solar.

Referencias:

  • http://science.sciencemag.org/content/sci/early/2019/01/16/science.aat2965.full.pdf
  • https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7315
  • https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7316
  • http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aaf798/meta


27 Comentarios

  1. Espectacular como se descubren estas cosas de manera indirecta, no deja de asombrarme.
    ¿Cuando tocará una nueva misión a Saturno para nuevos descubrimientos?
    Sospecho que dentro de mucho tiempo.
    Saludos

  2. Pues también hemos tenido suerte, si son transitorios, con toda la edad que tiene el sistema solar y justo estamos ellos y nosotros ahora al mismo tiempo en el sistema solar, para mi es que si son transitorios el fenómeno debe ser cíclico porque sino vaya casualidad

    1. ¡Pero muchacho!, si todo apunta a que se trata de la captura casual de un cometa y de su posterior descomposición por las fuerzas de marea, ¿qué leches te hace a tí pensar que es un proceso cíclico?. Yo, sin saber, creo que (ya que todos los planetas gaseosos del sistema solar exterior contienen remanentes de sus respectivos anillos) esto de que aparezcan anillos brillantes durante cientos de millones de años es sólo fruto del azar.

      1. Pues hombre, que Júpiter tenga anillos, que los tenga Urano o que los tenga Neptuno… Y que como tu mismo dices sean remanentes. Si fuera un fenómeno casual ¿porque todos iban a tener restos de anillos? Si fuera casualidad los tendría uno y ya. Me parece que es obvio que el fenómeno se repite con cierta frecuencia (cada cientos o miles de millones de años) en todos los gigantes gaseosos, pues en todos tenemos anillos contemporáneos a nosotros. O bien se forman nuevos anillos por cataclismos en sus numerosas lunas, cuando una cae al límite de roche por ejemplo, cataclismo que puede repetirse tantas veces como pequeñas lunas haya cayendo en espiral al planeta, o como tu dices por cometas capturados o ambas cosas ¿te parece lógico que en toda la historia del sistema solar solo haya capturado un cometa Saturno, y una sola vez? Cada cuanto tiempo se acerca un cometa a un gigante gaseoso? Yo recuerdo ver al Shoemaker levy 9 atrapado despedazado y posteriormente impactado contra Júpiter en el año 1994, no creo que tuviéramos tanta suerte de poder ver el único cometa que por casualidad chocó contra Júpiter en toda la historia, asi por pura estadística, contra Júpiter deben impactar cometas periódicamente y es ese mismo tipo de fenómeno cíclico al que me refiero para los anillos.

        No digo que sean cíclicos como las estaciones del año (la misma causa repetida exactamente en lapsos de tiempo iguales) , sino mas bien como las extinciones masivas (un hecho que se repite por distintas causas en períodos de tiempo mas o menos variables)

        Una vez formado el anillo, va despareciendo en ese lapso de 100/200 millones de años o lo que corresponda a la cantidad de material del que provenga en cada ciclo, si es de una pequeña luna un cometa con sus respectivas variables posibles de tamaño, luego el planeta esta un periodo de tiempo sin anillos hasta que el fenómeno se repite, como tenemos cuatro planetas gaseosos de gran tamaño podría ser que a menudo (a nivel de tiempo del sistema solar) tengamos a uno de ellos con anillos tan llamativos como los de Saturno ahora, mientras el resto esta con remanentes en distintos estados de degradación

        1. Me parece a mi que no fue cosa de un cometa, yo más bien me inclinaria por una luna que cayó a orbitas cercanas y la fuerza de marea destrozó, o incluso una colisión entre luna pequeñas, pero es difícil asegurarlo. De todas maneras estoy de acuerdo contigo, no creo que sea cíclico, pero si un fenómeno habitual, incluso se han observado en planetas extrasolares y eso dice mucho, amén de que como bien comentas es curioso que todos los planetas grandes cuenten con anillos o remanentes de ellos.

          1. Curiosamente “los Cuatro Grandes” del Sistema Solar comparten ciertas características:

            – ¡Son grandes! Quiero decir, masivos. Son profundos pozos gravitatorios. Extraño sería que no tuvieran muchas lunas.

            – Rotan tan rápido (el más lento es Urano: 17 hs, 14 min) que sus órbitas geoestacionarias están a menor altura que sus límites de Roche.

            – Están suficientemente lejos del Sol como para que sus anillos, hechos básicamente de volátiles congelados (hielo de agua), perduren por largo tiempo.

  3. Pues ahora si que la hemos complicado. Si una civilización extraterrestre encuentra a las Pioneer dentro de 150 millones de años, cuando vea la plaquita con los planetas segirá de largo prque no habrá planeta con anillos…

      1. Los hombrecillos verdes, sabrán que los anillos son temporales.

        Oyes!! Lo de crear los anillos de aquel planeta lejano funcionó bien con Homo Sol! 😂

      1. Además Plutón ya no es un planeta. Les estamos complicando mucho las cosas a los extraterrestres.

        Por cierto… ¿habría alguna forma de saber si Júpiter tenía anillos en el pasado?

    1. Si fuimos muy confiados en eso, creimos que los anillos eran inmutables, pero la civilizacion que encuentre algun Voyager sbra bastante de anillos y ademas hay mas informacion del sistema solar que no habra variado.

  4. Que Saturno tenga un nucleo bien definido podria deberse a su menor masa comparado con Jupiter. Menos masa = menos calor interno = menos corrientes de conveccion que lo disuelvan.

  5. Excelente informe!! Y reitero, Saturno es mi planeta favorito. Sus fantásticos anillos y la enorme población de lunas. Cuando la humanidad se transforme en una especie espacial, vivir en una estación próxima a Saturno se convertirá en un privilegio cósmico

  6. ¡Cuanto quedará por aprender de los datos de Cassini a medida que los analicen los científicos!

    La interacción entre los fluidos de un planeta y sus satélites a través de las fuerzas de marea es un tema que me parece muy interesante. En el caso de la Luna y el océano, por ejemplo, se sabe que las mareas provocan el alejamiento de la Luna de la Tierra. En Saturno, la cantidad de fluidos es enormemente mayor que el océano terrestre, así que me imagino que ese efecto de alejamiento de los satélites puede haber sido mucho mayor.
    ¿Podría ser que el o los satélites que produjeran los anillos se hayan alejado del planeta hace pocos millones de años?

    1. Las lunas se alejan si su periodo es mayor que el de rotación planeta. Mientras que si es menor se acercan hasta chocar/deshacerse como le ocurrirá a Fobos. Si una luna estuviera en órbita “geoestacionaria” en teoría estaría en equilibrio.

      1. Elucubrando, no sé si sería posible: Si un satélite de Saturno estuviera en la órbita “geoestacionaria”, (o “saturnoestacionaria”) , su mitad más cercana al planeta tendería a deshacerse. Si se deshace o se desprende de la mitad alejada, esta última quedaría libre y su velocidad la subiría a una órbita un poco mayor, donde cada marea la alejaría un poco más.

  7. ¿Es posible que Saturno brillara más en pasado? Las antiguas civilizaciones se referían a Saturno como “el sol negro”, es decir, concebían el sistema solar como un sistema binario. Me pregunto si la pasada actividad de la magnetosfera pudiera hacer que se “encendiera el planeta” y se percibiese con mayor luminosidad desde la Tierra. Saturno fue la deidad primigenia que reinaba el mundo material y devoró a sus hijos (los anillos son los restos del infanticidio). Hasta que su hijo Zeus (Júpiter-Sol) con la ayuda de los Titanes se rebeló y se hizo con el control del cosmos.

Deja un comentario

Por Daniel Marín, publicado el 18 enero, 2019
Categoría(s): Astronomía • Cassini • Saturno • Sistema Solar