Dando sentido a la rotación imposible de Saturno

Saturno eclipsa al Sol, como lo ve la nave espacial Cassini. Crédito: NASA.

Saturno puede estar haciendo un pequeño giro electromagnético que ha estado rechazando los intentos de los científicos de determinar cuánto tiempo tarda el planeta en girar sobre su eje, según un nuevo estudio. 

Descubrir la duración de un día en cualquier planeta parece una tarea sencilla: encontrar alguna característica en el planeta y registrarla a medida que gira una vez. O, si se trata de un gigante gaseoso como Júpiter, que no tiene características de superficie sólida, los científicos pueden escuchar modulaciones periódicas en la intensidad de las señales de radio creadas dentro del campo magnético giratorio del planeta. 

Y luego está Saturno, que durante décadas ha desafiado los intentos de precisar su período de rotación exacto. Ahora, un nuevo estudio en el Journal of Geophysical Research: Space Physics de AGU finalmente pudo haber revelado el truco del gigante gaseoso para ocultar su rotación y proporcionar la clave para revelar su secreto. 

La nueva investigación muestra cómo los cambios estacionales en Saturno pueden ser intentos confusos de los científicos para calcular su período de rotación exacto. 

El período de rotación de un planeta es uno de los hechos fundamentales sobre un planeta, junto con su tamaño, composición, período orbital y otros hechos que no solo describen un planeta sino que ayudan a explicar su comportamiento, historia e incluso proporcionan pistas sobre su formación. 

Saturno tímido 

Saturno emite solo patrones de radio de baja frecuencia que están bloqueados por la atmósfera de la Tierra, lo que dificulta el estudio de la rotación de Saturno desde la superficie de la Tierra. En contraste, Júpiter emite patrones de radio a frecuencias más altas que permitieron a los radioastrónomos calcular su período de rotación antes de que la era espacial comenzara. 

No fue hasta que se enviaron las naves espaciales a Saturno que los científicos pudieron recopilar datos sobre su rotación. Voyagers 1 y 2 enviaron a casa los primeros indicios de la rotación de Saturno en 1980 y 1981. Detectaron una modulación de la intensidad de radio que sugería que el planeta giraba una vez cada 10 horas y 40 minutos. 

"Así que eso fue lo que se llamó el período de rotación", dijo Duane Pontius del Birmingham-Southern College en Alabama y coautor del nuevo estudio. 

Cuando la nave espacial Cassini llegó a Saturno 23 años después para estudiar el planeta durante 13 años, encontró algo sorprendente. 

"Alrededor de 2004 vimos que el período había cambiado en 6 minutos, alrededor del 1 por ciento", dijo Pontius. 

Un modelo analógico mecánico de lo que podría estar sucediendo con los hemisferios norte y sur de la atmósfera de Saturno y el plasma magnetosférico para crear señales engañosas de la velocidad de rotación del planeta. El "freno" es la desaceleración del plasma a medida que vuela más lejos del planeta, de la misma manera que los brazos de una bailarina giratoria se mueven más despacio cuando están estirados que cuando se mantienen cerca del cuerpo. Crédito: E. L. Brooks, et al, 2019, JGR: Space Physics.

Pero, ¿cómo cambia un planeta entero la velocidad de su rotación en 20 años? Ese es el tipo de cambio que lleva cientos de millones de años. Aún más misteriosa fue la detección de Cassini de patrones electromagnéticos que sugirieron que la rotación del planeta es diferente en los hemisferios norte y sur. 

"Durante mucho tiempo, supuse que había algo mal con la interpretación de los datos", recordó Pontius. "Simplemente no es posible". 

Estaciones de Saturno 

Para descubrir lo que realmente estaba sucediendo, Poncio y sus coautores comenzaron observando cómo Saturno es diferente de su hermano más cercano, Júpiter. 

"¿Qué tiene Saturno que le falta a Júpiter, además de los anillos obvios?" Poncio preguntó. La respuesta: estaciones. El eje de Saturno está inclinado unos 27 grados, similar a la inclinación de 23 grados de la Tierra. Júpiter apenas tiene inclinación, solo 3 grados. 

La inclinación significa que los hemisferios norte y sur de Saturno reciben diferentes cantidades de radiación del Sol dependiendo de la estación. Las diferentes dosis de luz ultravioleta afectan los átomos despojados, llamados plasma, en el borde de la atmósfera de Saturno. 

Según el modelo propuesto por Pontius y sus colegas, las variaciones en los rayos UV de verano a invierno en los diferentes hemisferios afectan el plasma, de modo que crea más o menos resistencia en las altitudes donde se encuentra con la atmósfera gaseosa del planeta. 

Esa diferencia en la resistencia hace que la atmósfera se ralentice, que es lo que establece el período visto en las señales de radio. 

Cambia el plasma estacionalmente y cambiará el período de las emisiones de radio, que es lo que se ve en Saturno. 

El nuevo modelo proporciona una solución al enigma de los imposibles períodos de rotación cambiantes de Saturno. También muestra que los períodos observados no son el período de rotación del núcleo de Saturno, que permanece sin medir. 

Poncio presentó el modelo a principios de este año en una reunión de científicos de Saturno y dijo que fue bien recibido. Ahora espera que otros investigadores den el siguiente paso para refinar el modelo explorando qué tan bien encaja con 13 años de datos de Saturno recopilados por Cassini. 

Fuente: American Geophysical Union, Larry O'hanlon,