Saturno obtuvo su título no oficial del planeta más hermoso del Sistema Solar debido a los preciosos anillos que lo rodean. Este planeta no es el único que los tiene, sin embargo sus anillos son mucho más grandes y brillantes que los que rodean a los demás gigantes gaseosos. Hay muchas preguntas sin responder sobre estas formaciones: ¿Qué edad tienen? ¿Cuál será su destino en un futuro lejano? Y, ¿algún día Saturno perderá su halagador título?
Los anillos de Saturno fueron descubiertos por el científico italiano Galileo Galilei en el año 1610. Galileo observó a este planeta con un telescopio bastante primitivo, por lo que no vio los anillos como tales. Su instrumento le pintó la imagen de un cabeza con dos “orejas”. Cada una de ellas parecía ser tres veces más pequeña que el planeta. Dos años más tarde, cuando Galileo quiso volver a ver estas misteriosas orejas, para su sorpresa, ya no estaban. «¿Será que Saturno devoró a sus hijos?», se preguntaba con ironía este gran científico, en alusión a la conocida leyenda griega.
El primero en reconocer la verdadera naturaleza de los anillos de Saturno fue el astrónomo holandés Christian Huygens en 1655, utilizando un telescopio casero con 43 aumentos. Huygens, de acuerdo con la costumbre de la época, publicó su descubrimiento en forma de anagrama, cuyo significado reveló hasta tres años después: «Saturno está rodeado por un delgado anillo plano que no toca el planeta en ninguna parte y está inclinado con respecto a la eclíptica». Esta teoría fue publicada por Huygens en 1659 en la publicación Systema Saturnium, donde también anunció la existencia de una luna que gira alrededor del planeta, hoy en día conocida como Titán.
Figura 1: Dibujo de Saturno hecho por Huygens. Fuente: Wikipedia.
Desde entonces hemos aprendido mucho sobre Saturno y sus anillos. En 1675, Giovanni Domenico Cassini descubrió que no había un solo anillo, sino varios, separados por bandas oscuras llamadas divisiones. La más grande de ellas lleva el nombre de su descubridor: la división de Cassini. En 1787, Pierre-Simon Laplace demostró que un anillo rígido alrededor de Saturno no sería estable, lo que lo llevó a proponer la existencia de varios anillos más delgados. En 1859, James Clerk Maxwell dio un paso más allá y demostró teóricamente que los anillos de Saturno deben estar compuestos por muchos cuerpos muy pequeños, lo que fue confirmado en 1895 por una investigación espectroscópica.
Hoy en día, a los anillos se les asignan nombres de letras en orden alfabético que coincide con la secuencia en la que fueron descubiertos. Entre los anillos principales se encuentran A y B, descubiertos por Cassini, y C, descubierto en 1850 por William y George Bond. Hay anillos que aparecen más tenues, llamados D, E, F y G y otros, que se detectaron mucho más tarde.
Figura 2: Anillos principales de Saturno. Fuente: NASA.
Desde el momento de su descubrimiento, los anillos de Saturno se convirtieron en un rompecabezas para los astrónomos, quienes se preguntaron cómo se formaron estas estructuras. Sólo conocemos las respuestas definitivas para algunos de ellos. Tal es el caso del anillo E, que se ubica entre las órbitas de las lunas Mimas y Titán. Este anillo está formado por partículas microscópicas y, con 2.000 kilómetros, es mucho más grueso que los demás. Está compuesto de materia eyectada por volcanes de hielo o criovolcanes, ubicados en la superficie de la luna Encélado. Esta luna tiene un diámetro de unos 500 kilómetros y está cubierta por hielo de agua. Los científicos han encontrado evidencia de la existencia de un océano global de agua debajo de una gruesa capa de hielo. El agua a menudo perfora esta armadura y luego escapa al espacio a una velocidad de más de 2,000 kilómetros por hora, arrastrando consigo pequeñas partículas de polvo. En 2005, los astrónomos identificaron la parte de la superficie de Encélado donde se encuentran los criovolcanes. Se trata de las llamadas Rayas de tigre, que son una especie de surcos o grietas en la superficie de este satélite, de donde cada segundo escapan 250 kilogramos de vapor de agua y otras partículas, que luego quedan atrapadas en las cercanías de Saturno.
El origen de los principales y también de los más bellos anillos A, B y C es mucho más discutido. Estos anillos se extienden a distancias de entre 7,000 y 80,000 kilómetros de Saturno, mientras que su grosor es sólo de entre 5 y 30 metros. Se componen de pequeños cuerpos con diámetros que van desde unos pocos centímetros hasta varias decenas de metros, cuyo principal componente es hielo de agua.
En el pasado, algunos científicos sugirieron que estos anillos se formaron al mismo tiempo que el planeta, es decir, hace unos cuatro mil quinientos millones de años. Los defensores de esta hipótesis sugirieron que los anillos son responsables de la formación de las lunas pequeñas y medianas de Saturno, y que alguna vez contenían mucho más material rocoso que en la actualidad. Se cree que a través del tiempo varios procesos eliminaron estas rocas, dejando solo los cuerpos helados que vemos hoy.
Las publicaciones científicas más recientes sugieren un escenario muy diferente. Estas proponen que los anillos son significativamente más jóvenes, con una edad de tan solo unos pocos cientos de millones de años.
Algo similar fue propuesto por un grupo de científicos liderado por Jack Wisdom, de la universidad estadounidense MIT en un artículo científico publicado en septiembre del 2022 en la prestigiosa revista Science. Estos investigadores plantearon la hipótesis de que los anillos principales de Saturno son en realidad desechos de una hipotética luna que alguna vez giraba alrededor de Saturno.
Figura 3: Imagen de Saturno tomada por la misión Cassini. Fuente: NASA.
Una de las indicaciones para la hipótesis de Wisdom y colaboradores es el hecho de que el ángulo descrito por el eje de rotación de Saturno y la normal al plano en el que se encuentra su trayectoria es igual a 27 grados. Saturno pertenece a los gigantes gaseosos, que se formaron por acumulación primero de planetesimales sólidos y luego de grandes cantidades de gas. Para estos planetas se espera que su eje de rotación fuera perpendicular a su plano orbital. Sin embargo, los ejes de rotación de todos los gigantes gaseosos del Sistema Solar, con la excepción de Júpiter, se desvían mucho de este ideal. Los científicos opinan que algo les sucedió a estos planetas en el pasado que hizo que cambiaran drásticamente su orientación en el espacio.
En su artículo, los autores analizan varios cientos de escenarios posibles que entrarían en juego en Saturno. Entre otras cosas, sugieren que la inclinación de Saturno es causada en realidad por Neptuno. Esta idea se basa en que el periodo de precesión del eje de rotación de Saturno, que es de unos 1.7 millones de años, prácticamente coincide con el periodo de precesión de la órbita de Neptuno. Esta coincidencia podría provocar una especie de resonancia entre ambos planetas.
En su investigación, Wisdom y sus colegas primero querían asegurarse de que los dos planetas estuvieran realmente en resonancia. Para ello, tuvieron que determinar con mucha precisión el período de la precesión de Saturno. Utilizaron un modelo de distribución de materia en el interior del planeta basado en mediciones del campo gravitatorio saturniano realizadas por la misión Cassini durante muchos años. Los autores del artículo calcularon que a pesar de la coincidencia aproximada de los períodos de precesión del eje de Saturno y la órbita de Neptuno, estos dos planetas actualmente no están en resonancia, pero que esta probablemente existió en un pasado no muy lejano. Estos científicos proponen que la resonancia en el pasado se debe a que la luna más grande de Saturno, Titán, se está alejando del planeta a una velocidad de unos 14 centímetros por año. Este proceso causa la aceleración de la precesión del eje de rotación de Saturno, por lo que su período está disminuyendo paulatinamente. En algún momento este período coincidió con el de la precesión de la órbita de Neptuno, lo que causó la resonancia. Se cree que debido a esta, la inclinación de Saturno en relación con su plano orbital alcanzó hasta 36 grados. La siguiente pregunta que tuvieron que responder los autores del artículo fue por qué esta resonancia desapareció repentinamente.
Wisdom y sus colegas propusieron una hipótesis interesante. Según ellos, en el pasado existía una luna llamada Chrysalis que orbitaba Saturno. Sus cálculos sugieren que esta tenía una masa similar a la segunda luna de Saturno, conocida como Iapetus. Debido al aumento en el radio de la órbita de Titán, hubo encuentros cercanos entre ambas lunas. Esto tuvo el efecto de desestabilizar la órbita de Chrysalis, que luego fue o expulsada al espacio interplanetario o se acercó mucho a Saturno y fue destruida. En consecuencia, ambos escenarios eliminarían la resonancia entre Saturno y Neptuno, pero el último escenario tendría una consecuencia adicional: en el caso de que Chrysalis estuviera cubierta por hielo de agua, se descompondría en innumerables cuerpos extremadamente pequeños con un diámetro de solo unos pocos metros, que luego comenzarían a orbitar el Saturno. Hasta un 99% de este material caería bastante rápido al planeta, mientras que el porcentaje restante permanecería en órbita en forma de anillos. Se supone que después de este evento catastrófico, la inclinación del eje de rotación de Saturno comenzó a disminuir, lo cual sigue sucediendo en el presente.
Los autores del artículo calcularon que la reducción de la inclinación de Saturno de 36 a los 27 grados actuales tomó entre 100 y 200 millones de años, siendo el valor más probable 160 millones de años. Y esa es la edad que se supone que tienen los anillos de Saturno.
La edad calculada de los anillos de Saturno coincide con algunas estimaciones anteriores, lo que otorga mucha credibilidad a la hipótesis de Wisdom y colaboradores.
Lecturas adicionales para los más curiosos
- Krasil’nikov, P.S., Amelin, R.N. On the Precession of Saturn. Cosmic Res 56, 306–316 (2018). https://doi.org/10.1134/S0010952518040019
- Wisdom, Jack, Dbouk, Rola, Militzer, Burkhard, Hubbard, William B., Nimmo, Francis, Downey, Brynna G., French, Richard G. Loss of a satellite could explain Saturn’s obliquity and young rings. Science 377, 6612, )1285-1289), (2022)
- Maryame El Moutamid, How Saturn got its tilt and its rings, Science, 377, 6612, (1264-1265), (2022).
- Rings of Saturn, Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Rings_of_Saturn
- Saturn’s Rings, NASA Science, Solar System Exploration, https://solarsystem.nasa.gov/resources/12669/saturns-rings/.
- Salmon, J., Charnoz, S., Crida, A., Brahic, A. Long-term and large-scale viscous evolution of dense planetary rings. Icarus, 209, 2, 771-785 (2010).
- Zhang, Z., Hayes, A.G., Janssen, M.A., Nicholson, P.D., Cuzzi, J.N., de Pater, I., Dunn, D.E., Estrada, P.R., Hedman, M., 2017. Cassini microwave observations provide clues to the origin of Saturn’s C ring. Icarus. 281, 297–321.
- Zhang, Z., Hayes, A.G., Janssen, M.A., Nicholson, P.D., Cuzzi, J.N., de Pater, I., Dunn, D.E., 2017. Exposure age of Saturn’s A and B rings, and the Cassini Division as suggested by their non-icy material content. Icarus, 294, 14-42.
- Crida, A., Charnoz, S., Hsu, HW. et al. Are Saturn’s rings actually young?. Nat Astron 3, 967–970 (2019). https://doi.org/10.1038/s41550-019-0876-y
- Iess, L. , Militzer, B. , Kaspi, Y. , Nicholson, P. , Durante, D. , Racioppa, P. , Anabtawi, A. , Galanti, E. , Hubbard, W. , Mariani, M. J. , Tortora, P. , Wahl, S. , Zannoni, M., 2019. Measurement and implications of Saturn’s gravity field and ring mass. Science, 364, 6335, id. Aat2965.
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