La sorprendente complejidad química de los anillos de Saturno cambia la atmósfera superior del planeta

Durante el 'Grand Finale' de Cassini en el anillo más interior y la atmósfera superior de Saturno en 2017, el espectrómetro de masas a bordo de la sonda muestreaba sustancias químicas a altitudes entre los anillos de Saturno y la atmósfera. Crédito: NASA

El humorista político Mark Russel una vez bromeó: "La teoría científica que más me gusta es que los anillos de Saturno están compuestos completamente de equipajes perdido de aerolíneas". 

Bueno, resulta que no hay equipaje, pero un nuevo estudio que aparece en Science basado en datos de las órbitas finales del año pasado de la nave espacial Cassini de la NASA muestra que los anillos de Saturno, algunos de los objetos visualmente más estupendos del universo, son mucho más complicados químicamente de lo que se entendía anteriormente. 

Además, el documento muestra que el anillo D más interno del gigante gaseoso está lanzando granos de polvo cubiertos en su cóctel químico a la atmósfera superior del planeta a una velocidad extraordinaria a medida que gira durante largos periodos de tiempo, los investigadores dicen que este material que cae puede cambiar el contenido de carbono y oxígeno de la atmósfera. 

"Este es un elemento nuevo, en cuanto a cómo funciona nuestro sistema solar", dijo Thomas Cravens, profesor de física y astronomía en la Universidad de Kansas y coautor del nuevo artículo. "Dos cosas me sorprendieron. Una es la complejidad química de lo que se desprendía de los anillos: pensamos que sería casi totalmente agua en función de lo que vimos en el pasado. La segunda cosa es su gran cantidad, mucho más de lo que originalmente esperábamos. La calidad y cantidad de los materiales que los anillos están poniendo en la atmósfera me sorprendieron ". 

Cravens es miembro del equipo del espectrómetro de masas de iones y neutros (INMS) de Cassini. Durante el "Gran Final" de Cassini en el anillo más interior y la atmósfera superior de Saturno en 2017, el espectrómetro de masas a bordo de la sonda tomó muestras de químicos en altitudes entre los anillos de Saturno y la atmósfera. 

Un nuevo artículo en Science muestra que el anillo D más interno del gigante gaseoso está lanzando granos de polvo cubiertos en su cóctel químico a la atmósfera superior del planeta a una velocidad extraordinaria a medida que gira. Durante largos periodos de tiempo, los investigadores dicen que este material que cae puede cambiar el contenido de carbono y oxígeno de la atmósfera. Crédito: NASA

Más que simplemente agua, el INMS encontró que los anillos estaban compuestos de agua, metano, amoniaco, monóxido de carbono, nitrógeno molecular y dióxido de carbono. 

"Lo que el documento describe es el ambiente en la brecha entre el anillo interior y la atmósfera superior, y se esperaban algunas de las cosas encontradas, como el agua", dijo Cravens. "Lo que fue una sorpresa fue que el espectrómetro de masas vio metano, nadie lo esperaba. Además, vio algo de dióxido de carbono, lo cual fue inesperado. Se pensaba que los anillos eran completamente de agua. Pero los anillos más internos están bastante contaminados, como parece. Fuera, con material orgánico atrapado en el hielo ". 

Un nuevo hallazgo adicional del espectrómetro de masas de Cassini mostró que grandes cantidades de la mezcla química del anillo D de Saturno son arrojadas a la atmósfera superior del planeta al girar el anillo más rápido que la propia atmósfera del planeta. 

"Vimos que estaba sucediendo a pesar de que no se entendió completamente", dijo el investigador de KU. "Lo que vimos es que este material, incluyendo algo de bencina, estaba alterando la atmósfera superior de Saturno en la región ecuatorial. Hubo granos y polvo contaminados". 

Cravens dijo que los hallazgos podrían arrojar nueva luz sobre los mecanismos que sustentan nuestro sistema solar, así como otros sistemas solares y exoplanetas, y también generar una serie de nuevas preguntas científicas. 

"Esto podría ayudarnos a entender, ¿cómo un planeta consigue anillos? Algunos lo hacen, otros no", dijo. "¿Cuál es la vida útil de un anillo? ¿Y lo que está llenando los anillos? ¿Hubo un momento en que Saturno no tenía anillos? ¿Cómo llegó esa composición en primer lugar? ¿Se debe a la formación de nuestro sistema solar? ¿Se remonta a proto-nebulosa pre-solar, la nebulosa que se derrumbó de los medios interestelares que formaron el sol y los planetas? 

Según Cravens, la velocidad mayor a la esperada de material expulsado del Anillo D de Saturno a la atmósfera superior del planeta, o ionosfera, es suficiente para que los astrónomos piensen que la vida útil del anillo puede ser más breve de lo que se había estimado previamente. 

"Debido a estos datos, ahora hemos acortado la vida útil de los anillos internos debido a la cantidad de material que se está moviendo, es mucho más de lo que pensábamos antes", dijo Cravens. Sabemos que está sacando material de los anillos al menos 10 veces más rápido de lo que pensábamos. Si no se repone, los anillos no van a durar, tienes un agujero en tu cubo. Júpiter probablemente tenía un anillo que evolucionó hasta convertirse en el anillo tenue actual, y podría ser por razones similares. Los anillos vienen y van. En algún momento, gradualmente se agotarán a menos que de alguna manera obtengan nuevo material ". 

Asistido por estudiantes graduados y no graduados de KU, una primera etapa del trabajo de Cravens consistió en clasificar y limpiar datos en bruto del instrumento INMS de Cassini. 

"Los datos sin procesar llegaron desde nuestro instrumento en Cassini a las antenas del espacio profundo al Jet Propulsion Laboratory de la NASA y luego a los ordenadores en el Instituto de Investigación del Suroeste en San Antonio, donde se encuentra Hunter Waite, el autor principal", dijo. 

Pero la principal contribución de Cravens consistió en interpretar esos datos con un enfoque en cómo los materiales de los anillos están alterando la ionosfera de Saturno. Cravens y sus colegas informan que la afluencia de químicos de los anillos cambia la química ionosférica ecuatorial de Saturno al convertir los iones de hidrógeno y los iones de hidrógeno triatómicos en iones moleculares más pesados, agotando la densidad ionosférica del planeta. 

"Mi interés estaba en la ionosfera, el ambiente de partículas cargadas, y en eso me he centrado", dijo Cravens. "Esta migaja que se desprende mastica gran parte de la ionosfera, afecta su composición y causa efectos observables, eso es lo que estamos tratando de entender ahora. Los datos son claros, pero las explicaciones aún se están modelando y eso llevará un tiempo. El material llega a Saturno a altas velocidades porque los anillos se mueven bastante más rápido que la atmósfera. No se cae con suavidad. Viene volando como un satélite que vuelve a entrar en nuestro propio planeta. Estos granos de polvo se mueven a velocidad satelital, depositando energía que puede disociar la atmósfera. Por átomo, es una materia bastante energética debido a la diferenciación de velocidad entre los anillos y la atmósfera. 

Fuente: Universidad de Kansas,