El origen de los anillos de Saturno: una luna desaparecida

Un nuevo estudio sugiere que una luna perdida de Saturno, a la que los científicos llaman Crisálida, tiró del planeta hasta que se desgarró, formando anillos y contribuyendo a inclinación, según publican en la revista Science.

Los anillos de Saturno son un claro indicio de que el planeta gira inclinado en un ángulo de 26,7 grados con respecto al plano en el que orbita el Sol. Los astrónomos sospechan desde hace tiempo que esta inclinación se debe a las interacciones gravitatorias con su vecino Neptuno, ya que la inclinación de Saturno precesiona, como una peonza, casi al mismo ritmo que la órbita de Neptuno.

Pero el nuevo estudio de modelización realizado por astrónomos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y de otros lugares ha descubierto que, aunque los dos planetas pudieron estar sincronizados alguna vez, Saturno ha escapado desde entonces a la atracción de Neptuno. El equipo cree que este reajuste planetario se debe a una luna desaparecida.

Proponen que Saturno, que hoy alberga 83 lunas, albergó en su día al menos una más, un satélite extra al que llaman Crisálida. Junto con sus hermanos, sugieren los investigadores, Crisálida orbitó alrededor de Saturno durante varios miles de millones de años, tirando del planeta de forma que mantenía su inclinación, u “oblicuidad”, en resonancia con Neptuno.

Pero hace unos 160 millones de años, el equipo estima que Crisálida se volvió inestable y se acercó demasiado a su planeta en un encuentro de rozamiento que separó el satélite. La pérdida de la luna fue suficiente para sacar a Saturno de la influencia de Neptuno y dejarlo con la inclinación actual.

Es más, los investigadores suponen que, aunque la mayor parte del cuerpo de Crisálida pudo impactar con Saturno, una fracción de sus fragmentos podría haber permanecido suspendida en órbita, rompiéndose finalmente en pequeños trozos de hielo para formar los característicos anillos del planeta.

Por lo tanto, el satélite desaparecido podría explicar dos misterios de larga data: La inclinación actual de Saturno y la edad de sus anillos, que hasta ahora se estimaban en unos 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 los anillos emergieron”, señala Jack Wisdom, profesor de ciencias planetarias del MIT y autor principal del nuevo estudio.

A principios de la década de 2000, los científicos propusieron la idea de que el eje inclinado de Saturno es el resultado de que el planeta está atrapado en una resonancia, o asociación gravitatoria, con Neptuno.

Pero las observaciones realizadas por la nave espacial Cassini de la NASA, que orbitó Saturno de 2004 a 2017, dieron un nuevo giro al problema. Los científicos descubrieron que Titán, el mayor satélite de Saturno, estaba migrando lejos de Saturno a un ritmo más rápido de lo esperado, a un ritmo de unos 11 centímetros por año.

La rápida migración de Titán y su atracción gravitatoria llevaron a los científicos a concluir que la luna era probablemente la responsable de la inclinación y de mantener a Saturno en resonancia con Neptuno.

Pero esta explicación depende de una gran incógnita: el momento de inercia de Saturno, es decir, cómo se distribuye la masa en el interior del planeta. La inclinación de Saturno podría comportarse de forma diferente, dependiendo de si la materia está más concentrada en su núcleo o hacia la superficie. “Para avanzar en el problema, teníamos que determinar el momento de inercia de Saturno”, señala Wisdom.

En su nuevo estudio, Wisdom y sus colegas trataron de precisar el momento de inercia de Saturno utilizando algunas de las últimas observaciones realizadas por Cassini en su ‘Gran Final’, una fase de la misión durante la cual la nave realizó una aproximación extremadamente cercana para cartografiar con precisión el campo gravitatorio alrededor de todo el planeta. El campo gravitatorio puede utilizarse 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 situaba a Saturno cerca, pero justo fuera de la resonancia con Neptuno. Es posible que los planetas hayan estado alguna vez sincronizados, pero ya no lo están apuntan. “Entonces fuimos a la caza de formas de sacar a Saturno de la resonancia de Neptuno”, dice Wisdom.

El equipo realizó primero simulaciones para hacer evolucionar la dinámica orbital de Saturno y sus lunas hacia atrás en el tiempo, para ver si alguna inestabilidad natural entre los satélites existentes podría haber influido en la inclinación del planeta. Esta búsqueda no dio resultado.

Por ello, los investigadores reexaminaron las ecuaciones matemáticas que describen la precesión de un planeta, es decir, cómo cambia el eje de rotación de un planeta a lo largo del tiempo. Uno de los términos de esta ecuación tiene contribuciones de todos los satélites.

El equipo pensó que si se eliminaba un satélite de esta suma, podría afectar a la precesión del planeta. La pregunta era qué masa tendría que tener ese satélite y qué dinámica tendría que 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, y la dinámica orbital que sería necesaria para sacar a Saturno de la resonancia.

Concluyen que la actual inclinación de Saturno es el resultado de la resonancia con Neptuno y que la pérdida del satélite Crisálida, que tenía el tamaño de Iapetus, la tercera luna más grande de Saturno, le permitió escapar de la resonancia.

En algún momento entre 200 y 100 millones de años, Crisálida entró en una zona orbital caótica, experimentó varios encuentros cercanos con Iapeto y Titán, y finalmente se acercó demasiado a Saturno, en un encuentro de rozamiento que destrozó el satélite, dejando una pequeña fracción para rodear el planeta como un anillo sembrado de escombros.

La pérdida de Crisálida explica la precesión de Saturno y su inclinación actual, así como la formación tardía de sus anillos. “Es una historia bastante buena, pero como cualquier otro resultado, tendrá que ser examinado por otros ―señala Wisdom―. Pero parece que este satélite perdido no era más que una crisálida, esperando a tener su inestabilidad”.