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(Noticias de Nanowerk) Los anillos de Saturno que se arremolinan alrededor del ecuador del planeta son una señal inequívoca de que el planeta está girando inclinado. El gigante con cinturón gira en un ángulo de 26,7 grados en relación con el plano en el que orbita alrededor del sol. Los astrónomos han sospechado durante mucho tiempo que esta inclinación se debió a interacciones gravitatorias con su vecino Neptuno, ya que la inclinación de Saturno tiene una precesión como un trompo casi al mismo ritmo que la órbita de Neptuno.
Pero un nuevo estudio de modelado realizado por astrónomos del MIT y otros lugares ha descubierto que, si bien los dos planetas pueden haber estado sincronizados alguna vez, Saturno ahora ha escapado de la atracción gravitatoria de Neptuno. ¿Cuál fue el responsable de este realineamiento planetario? El equipo tiene una hipótesis meticulosamente probada: una luna perdida.
En un estudio que aparece en Ciencias («Perder un satélite podría explicar la inclinación y los anillos jóvenes de Saturno»), el equipo sugiere que Saturno, que ahora alberga 83 lunas, una vez albergó al menos 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 «torcedura», 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 separó al satélite. La pérdida de la luna fue suficiente para sacar a Saturno de las garras de Neptuno y dejarlo en su inclinación hoy.
Además, los investigadores sospechan que, si bien la mayor parte del cuerpo destrozado de Chrysalis pudo haber impactado contra Saturno, una fracción de sus fragmentos pudo haberse quedado atascado en órbita, rompiéndose finalmente en pequeños trozos de hielo y formando los anillos distintivos del planeta.
Por lo tanto, el satélite perdido podría resolver dos misterios de larga data: la inclinación actual de Saturno y la edad de sus anillos, estimada anteriormente en alrededor de 100 millones de años, mucho más joven que el propio planeta.
«Al igual que la pupa de una mariposa, este satélite estuvo inactivo durante mucho tiempo y de repente se activó y aparecieron los anillos», dice Jack Wisdom, profesor de ciencias planetarias en el MIT y autor principal del nuevo estudio.
Los coautores del estudio incluyen a Rola Dbouk del MIT, Burkhard Militzer de la Universidad de California, Berkeley, William Hubbard de la Universidad de Arizona, Francis Nimmo y Brynna Downey de la Universidad de California, Santa Cruz, y Richard French de Wellesley College.
Un momento de progreso
A principios de la década de 2000, los científicos propusieron la idea de que el eje inclinado de Saturno se debía a que el planeta estaba atrapado en una resonancia, o conexión gravitacional, con Neptuno. Pero las observaciones de la nave espacial Cassini de la NASA, que orbitó Saturno de 2004 a 2017, le dan al problema un nuevo giro. Los científicos descubrieron que Titán, el satélite más grande de Saturno, se estaba alejando de Saturno 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 fue la responsable de inclinar a Saturno y mantenerlo en resonancia con Neptuno.
Pero esa explicación depende de una gran incógnita: el momento de inercia de Saturno, que determina 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 en la superficie.
«Para avanzar con el problema, necesitábamos determinar el momento de inercia de Saturno», dice Wisdom.
El elemento perdido
En su nuevo estudio, Wisdom y sus colegas intentaron determinar el momento de inercia de Saturno usando algunas de las últimas observaciones que hizo Cassini en su «gran final», una fase de la misión durante la cual la nave espacial hizo un acercamiento extremadamente cercano, para crear una imagen precisa. mapa del campo gravitacional alrededor de todo el planeta. La distribución de masa en el planeta se puede determinar a partir del campo gravitatorio.
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, encontraron que este momento de inercia recién identificado colocó a Saturno cerca pero fuera de resonancia con Neptuno. Es posible que los planetas alguna vez hayan estado sincronizados, pero ya no lo están.
«Entonces comenzamos a buscar formas de sacar a Saturno de la resonancia de Neptuno», dice Wisdom.
El equipo primero realizó simulaciones para diseñar la dinámica orbital de Saturno y sus lunas hacia atrás en el tiempo para ver si las inestabilidades naturales entre los satélites existentes podrían haber afectado la inclinación del planeta. Esta búsqueda estaba vacía.
Entonces, los investigadores estudiaron 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 argumentó que la eliminación de un satélite de este total podría afectar la precesión del planeta.
La pregunta era qué tan masivo tendría que ser este satélite y qué dinámica tendría que atravesar 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, y la dinámica orbital que se requeriría para sacar a Saturno de la resonancia.
Llegan a la conclusión de 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.
En algún momento entre hace 200 y 100 millones de años, Chrysalis entró en una zona orbital caótica, experimentó 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 alrededor del planeta que rodear un anillo sembrado de escombros.
Descubrieron que la pérdida de Chrysalis explica la precesión y la inclinación de Saturno en la actualidad, así como la formación tardía de sus anillos.
«Es una historia bastante buena, pero como cualquier otro hallazgo, debe ser investigado por otros», dice Wisdom. «Pero parece que este satélite perdido era solo una marioneta esperando experimentar su inestabilidad».
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