Una investigación de la NASA revela que Saturno está perdiendo sus anillos de la forma más rápida posible

Una impresión artística de cómo Saturno puede verse en los próximos cien millones de años. Los anillos más internos desaparecen cuando primero llueven sobre el planeta, seguidos muy lentamente por los anillos externos. Créditos: NASA / Cassini / James O'Donoghue

Una nueva investigación de la NASA confirma que Saturno está perdiendo sus anillos icónicos a la tasa máxima estimada por las observaciones de los Voyager 1 y 2 realizadas hace décadas. Los anillos están siendo arrastrados a Saturno por gravedad como una lluvia polvorienta de partículas de hielo bajo la influencia del campo magnético de Saturno.

"Estimamos que esta 'lluvia de anillo' drena una cantidad de productos de agua que podrían llenar una piscina de tamaño olímpico desde los anillos de Saturno en media hora", dijo James O'Donoghue, del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Solo por esto, todo el sistema de anillos desaparecerá en 300 millones de años, pero a esto se suma la perdida de material de anillo medido por la nave espacial Cassini detectado que cae en el ecuador de Saturno, y entonces los anillos tendrian menos de 100 millones de años de vida. Esto es relativamente corto, en comparación con la edad de Saturno de más de 4 mil millones de años ". O'Donoghue es el autor principal de una investigación sobre la lluvia de anillos de Saturno que aparece en Ícaro el 17 de diciembre.

Animación: Una impresión artística de cómo Saturno puede verse en los próximos cien millones de años. Los anillos más internos desaparecen cuando primero llueven sobre el planeta, seguidos muy lentamente por los anillos externos. Créditos: NASA / Cassini / James O'Donoghue

Los científicos se han preguntado durante mucho tiempo si Saturno se formó con los anillos o si el planeta los adquirió más tarde en su vida. La nueva investigación favorece este último escenario, lo que indica que es poco probable que tengan más de 100 millones de años, ya que el anillo C tardaría tanto en convertirse en lo que es hoy, suponiendo que alguna vez fue tan denso como el anillo B. "Tenemos la suerte de estar cerca para ver el sistema de anillos de Saturno, que parece estar en medio de su vida útil. Sin embargo, si los anillos son temporales, tal vez no vimos los sistemas de anillos gigantes de Júpiter, Urano y Neptuno, que tienen ¡sólo rizos finos hoy día! Añadió O'Donoghue.

Se han propuesto diversas teorías para el origen del anillo. Si el planeta los alcanzó más tarde en la vida, los anillos podrían haberse formado cuando chocaron pequeñas lunas heladas en órbita alrededor de Saturno, tal vez porque sus órbitas fueron perturbadas por un tirón gravitacional de un asteroide o cometa que pasaba.

Los primeros indicios de que existía la lluvia de anillos provinieron de las observaciones de Voyager de fenómenos aparentemente no relacionados: variaciones peculiares en la atmósfera superior (ionosfera) con carga eléctrica de Saturno, variaciones de densidad en los anillos de Saturno y un trío de bandas oscuras y estrechas que rodean el planeta en las latitudes medias del norte. Estas bandas oscuras aparecieron en imágenes de la brumosa atmósfera superior de Saturno (estratosfera) realizada por la misión Voyager 2 de la NASA en 1981.

Esta imagen se realizó mientras la nave espacial Cassini escaneaba Saturno y sus anillos el 25 de abril de 2016, capturando tres grupos de imágenes en rojo, verde y azul para cubrir toda esta escena que muestra el planeta y los anillos principales. Las imágenes se obtuvieron utilizando la cámara gran angular de Cassini a una distancia de aproximadamente 1.9 millones de millas (3 millones de kilómetros) de Saturno y en una elevación de aproximadamente 30 grados sobre el plano del anillo. Créditos: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute

En 1986, Jack Connerney, de la NASA Goddard, publicó un artículo en Geophysical Research Letters que vinculaba esas estrechas bandas oscuras a la forma del enorme campo magnético de Saturno, y proponía que las partículas de hielo cargadas eléctricamente de los anillos de Saturno fluían por las líneas invisibles del campo magnético y vertían agua La atmósfera superior de Saturno donde emergieron estas líneas del planeta. La afluencia de agua de los anillos, que aparece en latitudes específicas, arrastra la neblina estratosférica, haciéndola aparecer oscura en la luz reflejada, produciendo las estrechas bandas oscuras capturadas en las imágenes del Voyager.

Los anillos de Saturno son en su mayoría trozos de hielo de agua que varían en tamaño desde granos de polvo microscópicos hasta cantos rodados de varios metros de ancho. Las partículas del anillo quedan atrapadas en un acto de equilibrio entre la atracción de la gravedad de Saturno, que quiere atraerlas hacia el planeta, y su velocidad orbital, que quiere lanzarlas hacia el espacio. Las partículas diminutas pueden cargarse eléctricamente por la luz ultravioleta del Sol o por las nubes de plasma que emanan del bombardeo micrometeoroide de los anillos. Cuando esto sucede, las partículas pueden sentir el tirón del campo magnético de Saturno, que se curva hacia el planeta en los anillos de Saturno. En algunas partes de los anillos, una vez cargados, el equilibrio de fuerzas sobre estas diminutas partículas cambia dramáticamente, y la gravedad de Saturno las empuja a lo largo de las líneas del campo magnético hacia la atmósfera superior.

Enceladus, la luna de Saturno, se desplaza antes de los anillos y la pequeña luna Pandora en esta vista que la nave Cassini de la NASA capturó el 1 de noviembre de 2009. Toda la escena está iluminada por el Sol, lo que proporciona una iluminación sorprendente para las partículas heladas que forman los anillos y los chorros que emanan del polo sur de Encelado, que tiene un diámetro de aproximadamente 314 millas (505 km). Pandora, que tiene aproximadamente 52 millas, 84 kilómetros de ancho, estaba en el lado opuesto de los anillos de Cassini y Encelado cuando se tomó la imagen. Esta vista también mira hacia el lado nocturno en Pandora, que está iluminada por una luz dorada tenue reflejada desde Saturno. Créditos: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute

Una vez allí, las partículas del anillo helado se evaporan y el agua puede reaccionar químicamente con la ionosfera de Saturno. Un resultado de estas reacciones es un aumento en la vida útil de las partículas cargadas eléctricamente llamadas iones H3 +, que se componen de tres protones y dos electrones. Cuando son energizados por la luz solar, los iones H3 + brillan en luz infrarroja, que fue observado por el equipo de O'Donoghue utilizando instrumentos especiales conectados al telescopio Keck en Mauna Kea, Hawai. 

Sus observaciones revelaron bandas brillantes en los hemisferios norte y sur de Saturno donde las líneas del campo magnético que se cruzan con el plano del anillo entran en el planeta. Estos analizaron la luz para determinar la cantidad de lluvia del anillo y sus efectos en la ionosfera de Saturno. Encontraron que la cantidad de lluvia coincide bastante bien con los valores sorprendentemente altos obtenidos más de tres décadas antes por Connerney y sus colegas, con una región en el sur que recibe la mayor parte.

El equipo también descubrió una banda brillante en una latitud más alta en el hemisferio sur. Aquí es donde el campo magnético de Saturno se cruza con la órbita de Encelado, una luna geológicamente activa que está disparando géiseres de agua helada al espacio, lo que indica que algunas de esas partículas también están lloviendo sobre Saturno. "Eso no fue una completa sorpresa", dijo Connerney. "También identificamos a Encelado y al anillo en E como una fuente abundante de agua, sobre la base de otra banda estrecha y oscura en esa vieja imagen de la Voyager". Se cree que los géiseres, observados por primera vez por los instrumentos Cassini en 2005, provienen de un océano de agua líquida debajo de la superficie congelada de la pequeña luna. Su actividad geológica y el océano acuático hacen de Encelado uno de los lugares más prometedores para buscar vida extraterrestre.

Al equipo le gustaría ver cómo cambia la lluvia de anillos con las estaciones en Saturno. A medida que el planeta avanza en su órbita de 29,4 años, los anillos se exponen al Sol en diversos grados. Dado que la luz ultravioleta del Sol carga los granos de hielo y los hace responder al campo magnético de Saturno, la exposición variable a la luz solar debería cambiar la cantidad de lluvia de anillo.

Este video explora cómo Saturno está perdiendo sus anillos a una velocidad rápida en escalas de tiempo geológicas y lo que eso revela sobre la historia del planeta. Créditos: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA / David Ladd

Fuente: NASA / Goddard Space Flight Center