El nuevo estudio establece una edad definitiva en los anillos de Saturno: son realmente jóvenes.

12 de mayo de 2023

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por University of Colorado en Boulder

Un nuevo estudio liderado por el físico Sascha Kempf de la Universidad de Colorado en Boulder ha proporcionado la evidencia más fuerte hasta ahora de que los anillos de Saturno son notablemente jóvenes, potencialmente respondiendo a una pregunta que ha desconcertado a los científicos durante más de un siglo.

La investigación, publicada el 12 de mayo en la revista Science Advances, sitúa la edad de los anillos de Saturno en no más de 400 millones de años. Esto hace que los anillos sean mucho más jóvenes que el propio Saturno, que tiene alrededor de 4.500 millones de años.

"En cierto modo, hemos llegado a una respuesta a una pregunta que comenzó con James Clerk Maxwell", dijo Kempf, profesor asociado en el Laboratorio de Física y Atmósfera Espaciales (LASP) en CU Boulder.

Los investigadores llegaron a esa conclusión al estudiar lo que podría parecer un tema inusual: el polvo.

Kempf explicó que diminutos granos de material rocoso pasan a través del sistema solar de la Tierra de manera casi constante. En algunos casos, este flujo puede dejar una capa delgada de polvo en los cuerpos planetarios, incluyendo en el hielo que conforma los anillos de Saturno.

En el nuevo estudio, él y sus colegas se propusieron poner una fecha a los anillos de Saturno estudiando qué tan rápidamente se acumula esta capa de polvo, algo así como decir la edad de una casa al correr el dedo por sus superficies.

"Piense en los anillos como la alfombra de su casa", dijo Kempf. "Si tiene una alfombra limpia tendida, solo tiene que esperar. El polvo se asentará en su alfombra. Lo mismo ocurre con los anillos".

Fue un proceso arduo: de 2004 a 2017, el equipo utilizó un instrumento llamado Analizador de Polvo Cósmico a bordo de la nave espacial Cassini de la NASA para analizar partículas de polvo que volaban alrededor de Saturno. Durante esos 13 años, los investigadores recogieron solo 163 granos que habían originado más allá del vecindario cercano del planeta. Pero fue suficiente. Según sus cálculos, es probable que los anillos de Saturno hayan estado acumulando polvo durante solo unos pocos cientos de millones de años.

Los anillos del planeta, en otras palabras, son nuevos fenómenos que surgen (y potencialmente incluso desaparecen) en lo que equivale a un parpadeo en términos cósmicos.

"Sabemos aproximadamente cuántos años tienen los anillos, pero no resuelve ninguno de nuestros otros problemas", dijo Kempf. "Todavía no sabemos cómo se formaron estos anillos en primer lugar".

Los investigadores han estado cautivados por estos anillos aparentemente translúcidos durante más de 400 años. En 1610, el astrónomo italiano Galileo Galilei observó por primera vez las características a través de un telescopio, aunque no sabía lo que eran. (Los dibujos originales de Galileo hacen que los anillos parezcan un poco como las asas de una jarra de agua). En el siglo XIX, Maxwell, un científico de Escocia, concluyó que los anillos de Saturno no podían ser sólidos, sino que estaban formados por muchas piezas individuales.

Hoy en día, los científicos saben que Saturno alberga siete anillos compuestos por infinidad de fragmentos de hielo, la mayoría no más grandes que un roca en la Tierra. En total, este hielo pesa alrededor de la mitad que la luna de Saturno Mimas y se extiende casi 175,000 millas desde la superficie del planeta.

Kempf agregó que durante la mayor parte del siglo XX, los científicos asumieron que los anillos probablemente se formaron al mismo tiempo que Saturno.

Pero esa idea planteó algunos problemas: a saber, los anillos de Saturno están limpios y relucientes. Las observaciones sugieren que estas características están compuestas por aproximadamente el 98% de hielo de agua puro por volumen, con solo una pequeña cantidad de materia rocosa.

"Es casi imposible terminar con algo tan limpio", dijo Kempf.

Cassini ofreció la oportunidad de poner una edad definitiva a los anillos de Saturno. La nave espacial llegó por primera vez a Saturno en 2004 y recopiló datos hasta que se estrelló intencionalmente en la atmósfera del planeta en 2017. El Analizador de Polvo Cósmico, que tenía la forma de un cubo, recogió pequeñas partículas en su paso.

Ingenieros y científicos de LASP diseñaron y construyeron un analizador de polvo mucho más sofisticado para la próxima misión Europa Clipper de la NASA, que está programada para ser lanzada en 2024.

El equipo estimó que esta suciedad interplanetaria contribuiría mucho menos de un gramo de polvo por cada pie cuadrado de los anillos de Saturno cada año, una llovizna ligera pero suficiente para acumularse con el tiempo. Estudios anteriores también habían sugerido que los anillos podrían ser jóvenes, pero no incluían medidas definitivas de acumulación de polvo.

The rings might already be vanishing. In a previous study, NASA scientists reported that the ice is slowly raining down onto the planet and could disappear entirely in another 100 million years.

That these ephemeral features existed at a time when Galileo and the Cassini spacecraft could observe them seems almost too good to be true, Kempf said—and it begs an explanation for how the rings formed in the first place. Some scientists, for example, have posited that Saturn's rings may have formed when the planet's gravity tore apart one of its moons.

'If the rings are short lived and dynamical, why are we seeing them now?' he said. 'It's too much luck.'

Journal information: Science Advances

Provided by University of Colorado at Boulder