Una breve historia de los increíbles anillos de Saturno.

El planeta Saturno estaba entre el sol y la nave espacial Cassini, protegiendo la nave del resplandor cegador del sol, cuando Cassini adquirió esta imagen. Cassini orbitó Saturno desde 2004 hasta 2017.

Por Vahe Peroomian, Universidad del Sur de California - Dornsife College of Letters, Arts and Sciences

Muchos sueñan con lo que harían si tuvieran una máquina del tiempo. Algunos viajarían 100 millones de años atrás en el tiempo, cuando los dinosaurios vagaran por la Tierra. Sin embargo, no muchos pensarían en llevar un telescopio con ellos y, si lo hubieran hecho, observar a Saturno y sus anillos.

Es discutible si nuestro astrónomo viajero en el tiempo podría observar los anillos de Saturno. ¿Han existido los anillos, de alguna forma o forma, desde los inicios del sistema solar, hace 4.600 millones de años, o son una adición más reciente? ¿Se formaron los anillos cuando el asteroide Chicxulub aniquiló a los dinosaurios?

Soy un científico espacial apasionado por enseñar física y astronomía, y los anillos de Saturno siempre me han fascinado al contar la historia de cómo los ojos de la humanidad se abrieron a las maravillas de nuestro sistema solar y el cosmos.

Nuestra visión de Saturno evoluciona

Cuando Galileo observó por primera vez a Saturno a través de su telescopio en 1610, todavía estaba disfrutando de la fama de descubrir las cuatro lunas de Júpiter. Pero Saturno lo dejó perplejo. Mirando el planeta a través de su telescopio, primero lo miró como un planeta con dos lunas muy grandes, luego como un planeta solitario, y luego nuevamente a través de su nuevo telescopio, en 1616, como un planeta con brazos o asas.

Cuatro décadas después, Giovanni Cassini sugirió por primera vez que Saturno era un planeta anillado, y lo que Galileo había visto eran vistas diferentes de los anillos de Saturno. Debido a los 27 grados en la inclinación del eje de rotación de Saturno en relación con el plano de su órbita, los anillos parecen inclinarse hacia y lejos de la Tierra con el ciclo de 29 años de la revolución de Saturno sobre el sol, dando a la humanidad una visión siempre cambiante de los anillos

¿Pero de qué estaban hechos los anillos? ¿Eran discos sólidos como algunos sugirieron? ¿O estaban formados por partículas más pequeñas? A medida que aparecía más estructura en los anillos, se encontraban más huecos y se observaba el movimiento de los anillos alrededor de Saturno, los astrónomos se dieron cuenta de que los anillos no eran sólidos, y tal vez estaban formados por una gran cantidad de lunares, o pequeñas lunas Al mismo tiempo, las estimaciones para el grosor de los anillos pasaron de las 300 millas de Sir William Herschel en 1789 a la estimación mucho más precisa de Audouin Dollfus de menos de dos millas en 1966.

La comprensión de los astrónomos de los anillos cambió dramáticamente con las misiones Pioneer 11 y gemelas Voyager a Saturno. La ahora famosa fotografía de los anillos de la Voyager, retroiluminada por el Sol, mostró por primera vez que lo que apareció como los enormes anillos A, B y C en realidad comprendía millones de rizos más pequeños.

Imagen en falso color de la Voyager 2 de los anillos B y C de Saturno que muestran muchos rizos. Imagen vía NASA.

La misión Cassini a Saturno, después de haber pasado más de una década orbitando al gigante anillado, dio a los científicos planetarios vistas aún más espectaculares y sorprendentes. El magnífico sistema de anillos de Saturno tiene entre 10 metros (33 pies) y un kilómetro (.6 millas) de espesor. La masa combinada de sus partículas, que son 99.8 por ciento de hielo y la mayoría de las cuales tienen un tamaño de menos de un metro (aproximadamente un metro), es de aproximadamente 16 billones de toneladas, menos del 0.02 por ciento de la masa de la Luna de la Tierra, y menos de la mitad de la masa de la luna de Saturno Mimas. Esto ha llevado a algunos científicos a especular si los anillos son el resultado de la ruptura de una de las lunas de Saturno o la captura y ruptura de un cometa perdido.

Los anillos dinámicos

En los cuatro siglos transcurridos desde la invención del telescopio, también se han descubierto anillos alrededor de Júpiter, Urano y Neptuno, los planetas gigantes de nuestro sistema solar. Eduard Roche, un astrónomo francés en 1849, propuso por primera vez la razón por la cual los planetas gigantes están adornados con anillos y la Tierra y los otros planetas rocosos.

Una luna y su planeta siempre están en una danza gravitacional. La luna de la Tierra, al tirar de lados opuestos de la Tierra, causa las mareas oceánicas. Las fuerzas de marea también afectan a las lunas planetarias. Si una luna se aventura demasiado cerca de un planeta, estas fuerzas pueden superar el `` pegamento gravitacional '' que mantiene la luna unida y la desgarra. Esto hace que la luna se rompa y se extienda a lo largo de su órbita original, formando un anillo.

El límite de Roche, la distancia mínima segura para la órbita de una luna, es aproximadamente 2.5 veces el radio del planeta desde el centro del planeta. Para el enorme Saturno, esta es una distancia de 54, 000 millas (87, 000 km) sobre sus cimas de nubes y coincide con la ubicación del anillo F exterior de Saturno. Para la Tierra, esta distancia está a menos de 6, 200 millas (10, 000 km) sobre su superficie. Un asteroide o cometa tendría que aventurarse muy cerca de la Tierra para ser destrozado por las fuerzas de marea y formar un anillo alrededor de la Tierra. Nuestra propia luna está a una distancia muy segura de 236, 000 millas (380, 000 km).

Concepto artístico de la nave espacial Cassini de la NASA a punto de hacer una de sus inmersiones entre Saturno y sus anillos más íntimos como parte de la gran final de la misión. Imagen vía NASA / JPL-Caltech.

La delgadez de los anillos planetarios es causada por su naturaleza siempre cambiante. Una partícula de anillo cuya órbita está inclinada con respecto al resto del anillo eventualmente colisionará con otras partículas de anillo. Al hacerlo, perderá energía y se asentará en el plano del anillo. Durante millones de años, todas esas partículas errantes se caen o se alinean, dejando solo el sistema de anillo muy delgado que la gente observa hoy.

Durante el último año de su misión, la nave espacial Cassini se zambulló repetidamente a través de la brecha de 4, 350 millas (7, 000 km) entre las nubes de Saturno y sus anillos internos. Estas observaciones sin precedentes dejaron un hecho muy claro: los anillos cambian constantemente. Las partículas individuales en los anillos se empujan continuamente entre sí. Las partículas del anillo están lloviendo constantemente sobre Saturno.

Las lunas de pastor Pan, Daphnis, Atlas, Pandora y Prometeo, que miden entre 5 y 80 millas (8 y 130 km) de ancho, literalmente pastorean las partículas del anillo, manteniéndolas en sus órbitas actuales. Las ondas de densidad, causadas por el movimiento de las lunas de pastor dentro de los anillos, empujan y remodelan los anillos. Se forman pequeñas lunares a partir de partículas de anillo que se unen. Todo esto indica que los anillos son efímeros. Cada segundo, hasta 40 toneladas de hielo de los anillos llueven sobre la atmósfera de Saturno. Eso significa que los anillos pueden durar solo decenas a cientos de millones de años.

¿Podría un astrónomo viajero en el tiempo haber visto los anillos hace 100 millones de años? Un indicador de la edad de los anillos es su polvo. Los objetos expuestos al polvo que impregna nuestro sistema solar durante largos períodos de tiempo se vuelven más polvorientos y oscuros.

Los anillos de Saturno son extremadamente brillantes y libres de polvo, lo que parece indicar que se formaron entre 10 y 100 millones de años atrás, si la comprensión de los astrónomos de cómo las partículas heladas acumulan polvo es correcta. Una cosa es segura. Los anillos que habría visto nuestro astronauta que viaja en el tiempo se habrían visto muy diferentes de la forma en que lo hacen hoy.

Vahe Peroomian, Profesor Asociado de Física y Astronomía, Universidad del Sur de California - Dornsife College of Letters, Arts and Sciences

Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lee el artículo original.

En pocas palabras: cómo y cuándo se hicieron los anillos de Saturno, de qué y si durarán.