Saturno hace ondas en sus propios anillos
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Una ilustración de Saturno y su núcleo
"difuso". Crédito: Caltech / R. Herido (IPAC)
De
la misma manera que los terremotos hacen que nuestro planeta retumbe, las
oscilaciones en el interior de Saturno hacen que el
gigante gaseoso se mueva ligeramente. Esos movimientos, a su vez, provocan
ondas en los anillos de Saturno.
En
un nuevo estudio
aceptado en la revista Nature Astronomy, dos astrónomos de Caltech han
analizado esos anillos ondulantes para revelar nueva información sobre el
núcleo de Saturno. Para su estudio, utilizaron datos más antiguos capturados
por Cassini de la
NASA, una nave espacial que orbitó al gigante anillado durante 13 años antes de
que se sumergiera en la atmósfera del planeta y se desintegre en 2017.
Los
hallazgos sugieren que el núcleo del planeta no es una bola de roca dura, como
habían propuesto algunas teorías anteriores, sino una sopa difusa de hielo,
roca y fluidos metálicos, o lo que los científicos denominan núcleo
"difuso". El análisis también revela que el núcleo se extiende a lo
largo del 60 por ciento del diámetro del planeta, lo que lo hace
sustancialmente más grande de lo estimado anteriormente.
"Usamos
los anillos de Saturno como un sismógrafo gigante para medir las oscilaciones
dentro del planeta", dice el coautor Jim Fuller, profesor asistente de
astrofísica teórica en Caltech. "Esta es la primera vez que hemos podido
sondear sísmicamente la estructura de un planeta gigante gaseoso, y los
resultados fueron bastante sorprendentes".
"El
análisis detallado de los anillos ondulantes de Saturno es una forma muy
elegante de sismología para inferir las características del núcleo de
Saturno", dice Jennifer Jackson, profesora William E. Leonhard de Física
Mineral en el Laboratorio Sismológico de Caltech, que no participó en el
estudiar, pero utiliza diferentes tipos de observaciones sísmicas para
comprender la composición del núcleo de la Tierra y para detectar
potencialmente eventos sísmicos en Venus en el futuro.
El
autor principal del estudio es Christopher Mankovich, un investigador asociado
postdoctoral en ciencias planetarias que trabaja en el grupo de Fuller.
Los
hallazgos ofrecen la mejor evidencia hasta el momento del núcleo difuso de
Saturno y se alinean con la evidencia reciente de la misión Juno de la NASA,
que indica que el gigante gaseoso Júpiter también puede tener un núcleo diluido
de manera similar.
"Los
núcleos borrosos son como un lodo", explica Mankovich. "El hidrógeno
y el helio del planeta se mezclan gradualmente con más y más hielo y rocas a
medida que avanza hacia el centro del planeta. Es un poco como partes de los
océanos de la Tierra donde la salinidad aumenta a medida que se llega a niveles
cada vez más profundos, creando una configuración estable."
La
idea de que las oscilaciones de Saturno podrían generar ondas en sus anillos y
que, por lo tanto, los anillos podrían usarse como un sismógrafo para estudiar
el interior de Saturno, surgió por primera vez en estudios a principios de la
década de 1990 realizados por Mark Marley (BS '84) y Carolyn Porco (Ph.D .
'83), quien más tarde se convirtió en el líder del Equipo de Imágenes de
Cassini. La primera observación del fenómeno fue realizada por Matt Hedman y
P.D. Nicholson (Ph.D. '79) en 2013, quien analizó datos tomados por Cassini. Los
astrónomos encontraron que el anillo C de Saturno contenía múltiples patrones
espirales impulsados por fluctuaciones en el campo gravitacional de Saturno y
que estos patrones eran distintos de otras ondas en los anillos causadas por
interacciones gravitacionales con las lunas del planeta.
Ahora,
Mankovich y Fuller han analizado el patrón de ondas en los anillos para
construir nuevos modelos del interior chapoteando de Saturno.
"Saturno
siempre está temblando, pero es sutil", dice Mankovich. "La
superficie del planeta se mueve alrededor de un metro cada una o dos horas como
un lago que se ondula lentamente. Como un sismógrafo, los anillos captan las
perturbaciones de la gravedad y las partículas del anillo comienzan a
moverse", dice.
Los
investigadores dicen que las ondas gravitacionales observadas indican que el
interior profundo de Saturno, mientras se agita como un todo, está compuesto de
capas estables que se formaron después de que los materiales más pesados se
hundieron en el medio del planeta y dejaron de mezclarse con materiales más
livianos por encima de ellos.
"Para
que el campo gravitacional del planeta oscile con estas frecuencias
particulares, el interior debe ser estable, y eso solo es posible si la
fracción de hielo y roca aumenta gradualmente a medida que avanza hacia el
centro del planeta", dice Fuller.
Sus
resultados también indican que el núcleo de Saturno es 55 veces más masivo que toda
la Tierra entera, siendo 17 de esas masas terrestres hielo y roca y el resto un
fluido de hidrógeno y helio.
Hedman,
que no forma parte del estudio actual, dice: "Christopher y Jim pudieron
demostrar que una característica del anillo en particular proporcionó una
fuerte evidencia de que el núcleo de Saturno es extremadamente difuso. Estoy
emocionado de pensar en todas las otras características del anillo generadas
por Saturno podría contarnos sobre ese planeta ".
Además,
los hallazgos plantean desafíos para los modelos actuales de formación de
gigantes gaseosos, que sostienen que los núcleos rocosos se forman primero y luego
atraen grandes envolturas de gas. Si los núcleos de los planetas son realmente difusos,
como indica el estudio, los planetas podrían incorporar gas antes en el
proceso.
El
estudio de Nature Astronomy, titulado "Un núcleo difuso en Saturno
revelado por la sismología de anillos", fue financiado por la Fundación
Rose Hills y la Fundación Sloan.
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