Los astrónomos dicen que han resuelto uno de los mayores misterios de Saturno
Por Jacopo Prisco
Titán, la luna más grande de Saturno y uno de los objetos más enigmáticos de nuestro sistema solar, finalmente comienza a revelar sus secretos. Un grupo de investigadores ha dado a conocer hallazgos clave que explican no solo la existencia de este mundo helado, sino también el nacimiento de los icónicos anillos de Saturno.
Envuelta en una densa neblina, Titán tiene aproximadamente la mitad del tamaño de la Tierra e incluso es más grande que Mercurio. Debido a su tamaño, su atracción gravitacional hace que Saturno se tambalee y se incline. Además, Titán se está alejando de Saturno a una velocidad de 11 centímetros al año, mucho más rápido de lo que los astrónomos pensaban. Eventualmente, la luna podría ser expulsada completamente de su órbita.
Pero la órbita errante de Titán es solo uno de los muchos enigmas que los astrónomos están tratando de resolver sobre Saturno y algunas de sus 274 lunas. Muchas de las preguntas han surgido a partir de los datos recogidos por Cassini, una nave espacial que exploró el sistema saturniano desde 2004 hasta 2017.
Una nueva investigación ha combinado teorías previas sobre la formación de Titán, datos de Cassini y simulaciones por computadora para sugerir una historia de origen novedosa para la luna más grande de Saturno. El estudio se publicó este mes en el repositorio de acceso abierto ArXiv y fue aceptado para su publicación en The Planetary Science Journal.
“En este artículo intenté juntar todas estas cosas y propongo que hace millones de años existía una luna extra que colisionó con Titán, y que de hecho se convirtió en parte de Titán”, dijo el autor principal Matija Ćuk, científico investigador en el Instituto SETI en Mountain View, California. SETI es una organización sin fines de lucro que explora temas como la ciencia planetaria, el origen de la vida y la inteligencia extraterrestre.
La colisión también podría haber producido a Hiperión, la mayor de las lunas no esféricas de Saturno, que es mucho más pequeña que Titán, con aproximadamente el 5 % de su diámetro. Según esta teoría, Hiperión podría ser un fragmento resultante de la colisión entre Titán y la luna perdida, o podría haberse formado más tarde a partir de escombros que se acumularon alrededor de la órbita de Titán.
La fusión entre Titán y la luna perdida también podría haber conducido a la formación de los anillos de Saturno, añadió Ćuk. “A partir de este evento, Titán podría haber perturbado a algunas de las lunas interiores provocando más colisiones, que crearon los anillos algún tiempo después, quizá hace 100 millones de años”, dijo.
Los investigadores encontraron señales reveladoras de una antigua colisión en la inclinación de Saturno, que se hace evidente por sus anillos; el gigante gaseoso rota en un ángulo de 26,7 grados en comparación con el plano en el que orbita alrededor del sol.
Antes de la misión Cassini, los astrónomos creían que las perturbaciones gravitacionales infligidas por la órbita vecina de Neptuno causaban la inclinación de Saturno con el tiempo.
“La órbita de Neptuno tiene un poco de balanceo en el espacio”, dijo Ćuk. “Las órbitas de los planetas son enormes y tienen una energía enorme. Pero las rotaciones de los planetas son mucho, mucho menores, así que si conectas estos dos movimientos —la órbita de Neptuno y la rotación de Saturno— es la rotación de Saturno la que cambiará”.
Sin embargo, los datos de Cassini mostraron que los dos planetas no están exactamente sincronizados, lo que apunta a un elemento faltante. En 2022, los astrónomos sugirieron que una luna perdida, a la que llamaron Chrysalis, era una explicación probable para la inclinación actual de Saturno. Una vez orbitó el planeta durante miles de millones de años, contribuyendo a la resonancia de Saturno con Neptuno, pero hace unos 160 millones de años la luna se acercó demasiado a Saturno y fue destruida en un evento que creó los anillos del planeta y desplazó su inclinación.
Ćuk y sus colegas refinaron esa idea. Ellos suponen que el evento no fue solo una luna rozando Saturno y luego desintegrándose, sino una colisión entre predecesores tanto de Titán como de Hiperión. “Yo lo llamo proto-Hiperión, pero era 1.000 veces más grande — era como una versión más pequeña de Titán”, dijo Ćuk.
Esta luna perdida colisionó con Titán y perdió gran parte de su masa, un evento que explicaría la órbita cambiante de Titán y el giro de Saturno. “Ahora mismo, Saturno está tambaleándose un poco demasiado rápido”, dijo Ćuk. “Pero si retrocedes unos cientos de millones de años, cuando vimos que esto sucedía, el balanceo estaba justo por debajo de lo que necesitábamos para tener la resonancia con Neptuno. Y si añades una luna extra, se ve exacto. Y eso lo explica todo”.
En otras palabras, la gravedad y masa de la luna perdida mantenía a Saturno y Neptuno sincronizados, y su desaparición explicaría por qué ahora están ligeramente desalineados.
Si la colisión también creó a Hiperión en su forma actual —una roca más pequeña, girando y de forma extraña—, eso explicaría por qué su órbita está bloqueada con la de Titán. Pero aún no está claro, dijo Ćuk, si Hiperión es un fragmento del precursor de Titán o de la luna perdida que se fusionó con ella.
Según el estudio, los anillos de Saturno podrían haberse formado cientos de millones de años después del evento. La órbita en expansión de Titán interactuó con algunas de las lunas internas de Saturno, perturbándolas al punto de hacer que chocaran entre sí. Parte de los escombros resultantes sobrevivieron como los anillos.
Un artículo publicado en febrero, que postula que la superficie de Titán es tan joven como 300 millones de años de acuerdo a la falta de cráteres de impacto, da credibilidad al escenario de la colisión, según Ćuk.
Pero la mejor manera de probar la teoría es usando el Dragonfly de la NASA, una aeronave propulsada por energía nuclear, del tamaño de un automóvil, que volará sobre la superficie de Titán y descenderá sobre diferentes lugares para recolectar y analizar muestras con sus instrumentos a bordo. Actualmente está programado para lanzarse en 2028 y llegaría a Titán a finales de 2034.
La evolución de las lunas en el sistema de Saturno y el origen de los anillos son acertijos interesantes que han intrigado a los científicos, dijo Linda Spilker, científica sénior de investigación y ciencia planetaria en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA, quien no participó en el estudio.
“Los anillos pueden ser jóvenes y tener unos pocos cientos de millones de años, o haberse formado al mismo tiempo que Saturno”, agregó Spilker en un correo electrónico. “Este estudio proporciona evidencia convincente de que Hiperión y los anillos de Saturno se formaron mucho después de la formación de Saturno”.
Como un intrincado reloj musical, Saturno y sus satélites giran y orbitan con una variedad de ritmos y resonancias, según William B. Hubbard, profesor emérito de ciencias planetarias en la Universidad de Arizona, quien tampoco fue parte de la investigación.
Saturno se tambalea como una peonza girando a una frecuencia que es sospechosamente cercana a una frecuencia básica del sistema solar, pero no está del todo afinada, lo que sugiere que pudo haber ocurrido algún tipo de perturbación relativamente reciente, explicó Hubbard en un correo electrónico.
“Un estudio de 2022 propuso que existió un satélite extinto, apodado Chrysalis, responsable de la formación de los anillos, pero la probabilidad de tal evento era decepcionantemente baja”, escribió. “El nuevo estudio muestra que una variante de este proceso, que implica al aún existente satélite Hiperión, es más probable”.
El escenario propuesto por Ćuk y sus colegas ofrece una secuencia de eventos complicada, pero altamente plausible, que explica al sistema saturnino tal como lo ven hoy los científicos, según Carl Murray, profesor emérito de matemáticas y astronomía en la Universidad Queen Mary de Londres. Murray no participó en el trabajo pero fue miembro del equipo Cassini.
Los astrónomos sospechaban desde hace tiempo que el sistema de Saturno había evolucionado desde su formación, pero detallar el alcance del cambio siempre había sido un problema, señaló en un correo electrónico.
“Es un poco como ‘CSI: Saturno’: tenemos pruebas forenses claras de que ocurrió algo inusual”, dijo, “pero hasta que llegó Cassini, en efecto solo estábamos tratando con una instantánea de la escena del crimen y tratando de deducir posibles culpables”.
Uno de los muchos legados de los 13 años de mediciones detalladas de Cassini, combinadas con datos históricos, ha sido el descubrimiento de que la órbita de Titán se está expandiendo mucho más rápido de lo que se esperaba, continuó Murray.
“El sistema de Saturno es un paraíso para los dinamistas, con numerosas relaciones numéricas —llamadas resonancias— entre los períodos orbitales de pares de sus lunas. ‘Es complicado’ es una descripción justa de todas estas relaciones dinámicas a lo largo de los últimos 400 millones de años, pero los autores identifican el papel de Titán como clave para nuestra comprensión del sistema de Saturno”.
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