Por que las lunas de Saturno se ven tan diferentes

Más de 80 lunas orbitan al gigante Saturno, además de sus famosos anillos. Estos satélites tienen diferentes composiciones. La Planetóloga Sarah Anderson detalla en The Conversation el origen de tal variedad.

Además de ser uno de los planetas más fascinantes con sus impresionantes anillos, Saturno alberga más de 80 lunas, incluidas Encelado y Titán. Estas lunas tienen una composición diferente: Encelado está completamente cubierto de hielo de agua, mientras que Titán alberga una atmósfera de metano y nitrógeno. ¿De dónde proviene esta variedad?

Para comprender esto, debemos explorar cómo se formaron estas lunas. En ausencia de una máquina del tiempo, los investigadores simulan el proceso con modelos digitales.

¿Cómo nacen las lunas?

Nuestro sistema solar se formó hace unos 4.500 millones de años a partir de una densa nube de gas y polvo. La nube se derrumbó y formó una nebulosa solar: un disco de materia que gira y se arremolina.

En el centro, la gravedad atraía cada vez más materia, hasta que, finalmente, la presión en el núcleo fue tan grande que los átomos de hidrógeno comenzaron a combinarse y formar helio, liberando una enorme cantidad de energía y dando a luz al sol. Ahora estamos tratando con un disco de acreción que gira alrededor de nuestra protoestrella.

Este disco está compuesto por granos de materia que se aglutinan bajo el efecto de la fuerza electrostática para formar pequeños bloques de pocos kilómetros. Estos bloques, llamados “planetesimales”, pueden chocar con otros para formar gradualmente objetos cada vez más grandes. Algunos de ellos crecen lo suficiente como para que su gravedad se haga cargo y atraiga más y más materia, el dando forma a esferas y formando planetas.

Al mismo tiempo, este proceso se estaba produciendo a menor escala alrededor de los propios planetas, formando una multitud de lunas. Las “sobras” que no podrían resultar en objetos lo suficientemente grandes se han convertido en nuestros asteroides y cometas, o pueden formar anillos alrededor de los planetas más grandes.

Pero no son cualquier molécula las que formarán estos planetas o lunas: su composición dependerá de qué moléculas estén disponibles, y esta disponibilidad depende de la temperatura y, por tanto, de su distancia al sol. La temperatura de estos discos disminuye con el tiempo y a medida que nos alejamos del cuerpo caliente del centro. Cada tipo de molécula tiene un comportamiento diferente: a una determinada temperatura, será demasiado frío para permanecer en estado gaseoso, y pasará al estado sólido (saltando al estado líquido), convirtiéndose en hielo.

El lugar donde la temperatura fuerza esta transición se llama “línea de hielo”: es la distancia desde el cuerpo central lo que determina si una especie molecular existe en forma sólida o gaseosa. Cada molécula tiene su propia temperatura de transición y, por lo tanto, su propia línea de hielo.

Cerca del sol, el disco está demasiado caliente para que moléculas volátiles como el agua o el metano permanezcan en estado sólido, y estas moléculas solo llegarán a formar planetesimales más allá de su línea de hielo. Por eso hay una gran diferencia en la composición entre los planetas internos, los más cercanos al sol, que son rocosos y se dice que son “telúricos” (Mercurio, Venus, la Tierra y Marte), y los planetas externos, que son “gigantes gaseosos” (Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno). La línea de hielo de agua esculpió a estas dos poblaciones, que se encontraban entre ellas en el momento de la formación de estos cuerpos.

Podemos imaginar esta nebulosa como un gran cubo de materia y agua para entender por qué los elementos pesados ​​se “hunden” más rápido que las partículas pequeñas que quedan en suspensión. Lo mismo sucedió en estas nebulosas: elementos pesados ​​como hierro, níquel y rocas de silicato se acercan al cuerpo pesado central, atraídos por la gravedad, mientras que los elementos ligeros permanecen fuera de él. la línea de hielo, impedida por el agua en forma gaseosa que dificultaba su acercamiento y los mantenía fuera.

¿Y alrededor de Saturno? Nosotros pensamos que sucedió lo mismo: la composición de las lunas habría sido esculpida por estas líneas de hielo.

Entonces, necesitamos encontrar las famosas líneas de hielo de cada molécula involucrada para comprender la formación de estas lunas tan diferentes.

Un mini sistema planetario digital

Nosotros llenemos un espacio virtual con todos los ingredientes que componen estas lunas : agua helada, monóxido de carbono, metano y dinitrógeno. Con estos ingredientes en su lugar, aplicamos las leyes de la gravedad, así como las leyes de la termodinámica, y activamos el tiempo: nuestra simulación observa la posición de los elementos, la temperatura y la presión del disco, luego calcula dónde estarán esos elementos. en un tiempo no más, lo que permite estimar la evolución del disco a lo largo del tiempo. Para igualar lo que vemos en las lunas hoy, los bloques de construcción tenían que provenir de una ubicación entre las líneas de hielo de monóxido de carbono y dinitrógeno en su límite exterior, y la línea de hielo de metano como límite. interior.

Sin embargo, durante nuestras simulaciones, Saturno devoró todas las partículas tan rápido que no le dio tiempo al polvo para crecer lo suficiente como para construir lunas. Hemos tenido que reponer continuamente los sistemas con nuevos sólidos para formar las lunas.

Al final de esta última simulación, miramos dónde estaban estas líneas de hielo y, por supuesto, dónde están los “bloques de construcción” de nuestras lunas: estos están al final de la simulación más externos que la posición. actual de las lunas actuales. Esto se suma a la teoría que Titán puede haberse formado más y haber ido a la deriva tierra adentro durante milenios.

Saturno y Titán en falsos colores. // Fuente: Flickr / CC / NASA / JPL-Caltech / SSI / CICLOPS / Kevin M. Gill (imagen recortada)

¿Un evento catastrófico destruyó las lunas de hielo?

Dado que Encelado es demasiado pequeño para soportar el estrés de tal viaje (en particular, habría sido destrozado por las fuerzas de las mareas), parece más probable que se haya formado mucho más tarde que Titán, quizás a partir de la misma catástrofe cósmica que formó los anillos. de Saturno, si ese escenario es correcto.

Esto se debe a que los anillos de Saturno están formados por miles de millones de pequeños trozos de hielo y roca cubiertos con otros materiales como el polvo. Inicialmente, los astrónomos creyeron que eran pedazos de cometas, asteroides o lunas que se rompieron antes de llegar al planeta, destrozados por la poderosa gravedad de Saturno. Pero un teoría Basado en la visita de la sonda Cassini (entre 2004 y 2017) quiere que estos anillos sean mucho más jóvenes que Saturno. Se dice que los anillos tienen millones de años, no miles de millones, lo que sugiere que un evento catastrófico habría destruido todas las lunas de hielo (tipo Encelado): las que vemos hoy son una segunda generación.

Solo otra misión a Saturno podría proporcionar más detalles y aportar precisión a estos resultados. El último, Cassini-Huygens, habiendo terminado en 2017, nos trajo una gran cantidad de datos; todavía los estamos estudiando. Pero llevará un tiempo enviar una próxima sonda al sistema de Saturno.

La conversación

Sarah Anderson, Estudiante de doctorado, Universidad de Franche-Comté – UBFC

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Source: Numerama by www.numerama.com.

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