Saturno

Hoy vamos a estar hablando del planeta Saturno. Es el sexto planeta desde el sol y el segundo más grande de todos. Saturno también es conocido por ser el planeta más hermoso, ya que cuenta con un impresionante conjunto de anillos que rodean el centro del planeta. Si bien no es el único planeta que tiene anillos, ciertamente tiene el par más grande. Tiene 82 lunas, 53 que están confirmadas y 29 que aún esperan la aprobación oficial. Es el planeta más lejano que puede verse a simple vista y lleva el nombre del dios romano de la agricultura y la riqueza. Es el padre de Júpiter y de los muchos hermanos de Júpiter, el último de los cuales se lo había tragado entero. Es una... historia complicada por decir lo menos.

Saturno es un gigante gaseoso y tiene un volumen superior a 760 tierras y una masa de unas 95 tierras. Su radio es 36.183,7, que es unas 9 veces más ancho que la Tierra. Desde una distancia promedio de 886 millones de millas, Saturno está a 9,5 unidades astronómicas del Sol. Desde esta distancia, la luz solar tarda 80 minutos en viajar del Sol a Saturno. Saturno tarda unos 29,4 años en completar una rotación alrededor del sol, sin embargo, gira sobre su propio eje mucho más rápido, una vez cada 10,7 horas. Esto significa que Saturno tiene el segundo día más corto del sistema solar, ligeramente superado por Júpiter. Saturno también tiene una inclinación del eje decente de aproximadamente 26,73, que es bastante similar a la de la Tierra, por lo que ambos planetas experimentan estaciones de intensidad similar.

Al igual que Júpiter, el planeta también experimentó una migración hace unos 4 mil millones de años. Los científicos creen que Saturno estaba originalmente mucho más cerca del sol de lo que está ahora, pero luego se alejó del sol. A medida que Júpiter también se alejaba del sol, la fuerza combinada generada por el movimiento de estos dos enormes planetas arrojó a Urano y Neptuno mucho más lejos del sol de lo que estaban originalmente.

La investigación también ha demostrado que Saturno en realidad puede estar protegiendo a la Tierra de asteroides peligrosos, alejándolos de nuestro planeta. La fuerza de la gravedad de Saturno ayuda a desviar cualquier asteroide que ingrese desde la nube de Oort o el cinturón de Kuiper, los cuales están ubicados en los bordes de nuestro sistema solar. Al desviar estos asteroides, Saturno cambia su camino para que ya no se dirijan hacia la Tierra y posiblemente causen un desastre. Si has escuchado el episodio sobre el cinturón de asteroides, sabes que las colisiones de asteroides no son buenas para nuestro planeta.

Visto desde la Tierra, Saturno tiene una apariencia brumosa de color marrón amarillento. Pero la superficie vista desde los telescopios es mucho más compleja, con un complejo de capas de nubes decoradas por muchas características a pequeña escala, como manchas rojas, marrones y blancas, así como diferentes bandas de nubes, remolinos y vórtices, que varían durante un tiempo bastante corto. De esta manera, Saturno se parece a un Júpiter más suave y menos activo. Sin embargo, una espectacular excepción a este movimiento regular ocurrió en 1990, cuando un gran sistema de tormentas de color claro apareció cerca del ecuador, y luego se expandió a un tamaño superior a 12,400 millas, y finalmente se extendió alrededor del ecuador antes de desaparecer en el olvido. Tormentas similares en impresionante a esta "Gran Mancha Blanca", que fue nombrada en analogía con la Gran Mancha Roja de Júpiter, se han observado en intervalos de aproximadamente 30 años desde finales del siglo XIX. Esto está cerca del período orbital de Saturno de 29,4 años, lo que sugiere que estas tormentas son fenómenos estacionales, aunque los científicos no están seguros de qué causa una tormenta tan repentina y majestuosa.

La atmósfera de Saturno se compone principalmente de hidrógeno molecular y helio. La abundancia relativa exacta de las dos moléculas no se conoce bien, pero la mejor estimación es que la atmósfera del planeta tiene entre un 18 y un 25 por ciento de helio en masa. El resto es hidrógeno molecular y alrededor del 2 por ciento de otras moléculas, probablemente entregadas al planeta a través de colisiones e impactos. También se piensa que el helio en Saturno está centrado alrededor de la atmósfera exterior del planeta, mientras que la atmósfera interior es mucho más pesada en hidrógeno.

De ese 2% de otras moléculas presentes en la superficie de Saturno, la mayoría son metano o amoníaco. Nuevamente, se desconocen las cantidades exactas, sin embargo, los científicos saben que Saturno tiene de 2 a 7 veces la cantidad de amoníaco y metano que tiene el sol, que también son causas probables del color amarillento de las nubes de Saturno. En realidad, se cree que la plataforma de nubes más alta está hecha de cristales de amoníaco. También se sospecha que el sulfuro de hidrógeno y el agua están presentes en la atmósfera más profunda, pero aún no se han detectado.

Una consecuencia de la gran inclinación axial de Saturno es que los anillos proyectan sombras oscuras sobre el hemisferio invernal, lo que reduce aún más la tenue luz solar invernal. Las imágenes de Cassini de franjas iluminadas por el sol del hemisferio norte durante el invierno revelaron una atmósfera azul sorprendentemente clara, que quizás fue una consecuencia de la disminución en la producción de neblina fotoquímica en las sombras de los anillos. La neblina fotoquímica es básicamente el término científico para el smog.

Los astrónomos en la Tierra han analizado la refracción, también conocida como curvatura de la luz de las estrellas y las ondas de radio de las naves espaciales que pasan a través de la atmósfera de Saturno para obtener información sobre la temperatura atmosférica. Justo en los bordes de la atmósfera del planeta, tiene una temperatura promedio de -190 grados Fahrenheit. Las temperaturas más frías del planeta en realidad ocurren un poco más abajo por alguna razón, dentro de su estratosfera. La temperatura más baja registrada en esta región fue de -312 grados Fahrenheit. Luego, a medida que desciendes aún más en el planeta, las temperaturas comienzan a aumentar. Para cuando llegas a la troposfera, están a unos -217 grados Fahrenheit. Luego, la temperatura continúa disminuyendo aún más a medida que avanza y se acerca al centro de Saturno.

Al igual que los otros planetas gigantes, Saturno tiene una circulación atmosférica dominada por un flujo de este a oeste. Esto se manifiesta como un patrón de bandas de nubes más claras y más oscuras similar a la de Júpiter, aunque las bandas de Saturno tienen colores más sutiles y son más anchas cerca del ecuador.

Como Saturno es un planeta gaseoso, carece de una superficie sólida. Esto significa que sus vientos deben medirse en relación con algún otro marco de referencia. Al igual que con Júpiter, los vientos se miden con respecto a la rotación del campo magnético de Saturno. En este marco, prácticamente todos los flujos atmosféricos de Saturno están hacia el este, que está en la dirección de rotación. Las áreas cercanas al ecuador muestran un flujo particularmente activo hacia el este, con una velocidad máxima cercana a los 470 metros por segundo, pero a veces con períodos más lentos donde la velocidad se acerca a los 270 metros por segundo. Esta característica es análoga a la de Júpiter, pero se extiende el doble de ancho en latitud y se mueve cuatro veces más rápido. Por el contrario, los vientos más fuertes de la Tierra se producen en los ciclones tropicales, donde en casos extremos las velocidades sostenidas pueden superar los 67 metros por segundo.

Los flujos zonales son notablemente simétricos con respecto al ecuador de Saturno. Eso significa que cada corriente en una latitud norte determinada generalmente tiene una contraparte en una latitud sur similar. Fuertes flujos hacia el este se ven en 46° N y S y alrededor de 60° Norte y Sur. Los flujos hacia el oeste, que en realidad son casi estacionarios en el marco de referencia del campo magnético, se ven a 40°, 55° y 70° Norte y Sur. Por lo que nuestras observaciones pueden decirnos, estos flujos son constantes y regulares y no parecen desaparecer como lo harían otros flujos.

Fuertes vórtices ciclónicos similares a huracanes se encuentran ligeramente descentrados en los polos norte y sur de Saturno. El ojo cálido del vórtice en el polo sur tiene un diámetro de 1.200 millas y está rodeado por nubes que se elevan entre 30 y 40 millas por encima de las nubes polares. Los ciclones tropicales en el hemisferio sur de la Tierra también tienen ojos centrales cálidos, fluyen en el sentido de las agujas del reloj y están rodeados por nubes altas, pero todo a una escala mucho más pequeña. Una característica curiosa del ciclón cerca del polo norte es que se mueve siguiendo un patrón hexagonal alrededor del polo. Se observa que las características de las nubes se mueven alrededor del hexágono en sentido contrario a las agujas del reloj a unos 100 metros por segundo, lo que se traduce en unas 220 millas por hora. Se han observado patrones angulares similares en cubos de fluidos giratorios y probablemente surgen de ondas que interactúan.

También se ha observado en la atmósfera una rica variedad de características de menor escala. Particularmente sorprendentes son unas dos docenas de claros de nubes de tamaño similar espaciados casi uniformemente a lo largo de 100° de longitud cerca de los 33,5° de latitud norte, cada uno de ellos de unas 930 millas de ancho. En las imágenes infrarrojas de la emisión térmica de Saturno, estos claros aparecen como un brillante “collar de perlas” que se extiende por todo el planeta.

En el hemisferio sur, las emisiones de radio de onda corta de las tormentas eléctricas, cientos de veces más intensas que las de la Tierra y con una duración de semanas a meses, fueron detectadas con frecuencia por satélites que orbitaban el planeta a una latitud de 35° Sur. Estos centros de tormentas están asociados con características de nubes gruesas de color claro aparentemente producidas por fuertes movimientos convectivos. Las latitudes tanto del despeje de nubes como de las tormentas eléctricas son zonas de vientos rápidos hacia el oeste, que viajan de manera opuesta a la mayoría de los otros flujos zonales del planeta, lo que sugiere que este flujo de viento contrario puede causar algunas reacciones extrañas que, por lo tanto, crean estas características.

Saturno mismo en su conjunto es en realidad de muy baja densidad. De hecho, si pudieras poner el planeta de alguna manera en una bañera gigante llena de agua vieja normal, ¡Saturno flotaría encima de ella! La información sobre el interior del planeta se obtiene a partir del estudio de su campo gravitatorio, que no es esféricamente simétrico. La rápida rotación y la baja densidad media conducen a la distorsión de la forma física del planeta y también distorsionan la forma de su campo gravitatorio. La forma del campo se puede medir con precisión a partir de sus efectos sobre el movimiento de las naves espaciales cercanas y sobre la forma de algunos de los componentes de los anillos de Saturno. El análisis de esta distorsión nos dice que las regiones interiores de Saturno solo están compuestas por aproximadamente un 50 % de hidrógeno en peso y el resto de esta región debe estar compuesta por materiales más pesados. Qué es este material en realidad, los científicos no están seguros. Sin embargo, debido a la intensa presión en el centro de Saturno, los científicos saben que cualquier hidrógeno presente en este nivel tendría que estar en forma líquida metálica, como el litio. Y en el mismo centro del planeta, también conocido como su núcleo, hay una esfera rocosa y helada de aproximadamente 15 a 18 masas terrestres en total. La rotación de este hidrógeno metálico alrededor de este núcleo denso forma corrientes eléctricas que alimentan el campo magnético de Saturno.

El campo magnético de Saturno se asemeja al de una simple barra magnética, su eje norte-sur alineado dentro de 1° del eje de rotación de Saturno con el centro del dipolo magnético en el centro del planeta. La polaridad del campo, como la de Júpiter, es opuesta a la del campo actual de la Tierra. Esto significa que si llevaras una brújula terrestre hacia Saturno, en realidad apuntaría al sur en lugar del norte. El campo magnético de Saturno no es tan poderoso como el de Júpiter, pero es unas 578 veces más fuerte que el campo magnético de la Tierra.

La magnetosfera de Saturno es la región del espacio en forma de lágrima alrededor del planeta donde el comportamiento de las partículas cargadas, que en su mayoría provienen del viento solar, está dominado por el campo magnético del planeta. El lado redondeado de la lágrima se extiende hacia el sol, formando un límite, conocido oficialmente como magnetopausa, con el viento solar saliente a una distancia de unas 750 000 millas del centro del planeta, pero con una fluctuación sustancial debido a las variaciones en la presión del sol. viento. En el lado opuesto de Saturno, la magnetosfera se extiende en una inmensa cola magnética que se extiende a grandes distancias.

La magnetosfera interna de Saturno, como las magnetosferas de la Tierra y Júpiter, atrapa una población estable de partículas cargadas de alta energía que viajan en trayectorias espirales a lo largo de las líneas del campo magnético del planeta. Cuando estas partículas entran en espiral en la atmósfera del planeta, crean auroras, que son magníficas exhibiciones de luz, como la aurora boreal en la Tierra. Sin embargo, por alguna razón, existen “agujeros” en la población de estas partículas a lo largo de algunas de las líneas de campo que se cruzan con los grandes anillos del planeta o las órbitas de las lunas ubicadas dentro de la magnetosfera.

Las lunas de Saturno, Titán e Hiperión, orbitan a distancias cercanas a las dimensiones mínimas de la magnetosfera, y ocasionalmente cruzan la magnetopausa y viajan fuera de la magnetosfera de Saturno. Las partículas cargadas de energía atrapadas en la magnetosfera exterior de Saturno chocan con átomos neutros en la atmósfera superior de Titán y los energizan, provocando la erosión de la atmósfera de Saturno. Sin embargo, esta erosión es bastante mínima y no debería afectar significativamente la estructura del planeta.

Ahora en la característica más notable de Saturno: sus anillos. Galileo Galilei fue el primero en ver los anillos de Saturno en 1610, aunque desde su telescopio los anillos parecían más asas o brazos. Cuarenta y cinco años más tarde, en 1655, el astrónomo holandés Christiaan Huygens, que tenía un telescopio más potente, propuso más tarde que Saturno tenía un anillo delgado y plano. En 1675, el descubrimiento del astrónomo francés nacido en Italia Gian Domenico Cassini de una gran brecha, ahora conocida como la división de Cassini, dentro del disco arrojó dudas sobre la posibilidad de un anillo sólido, y el matemático y científico francés Pierre-Simon Laplace publicó una teoría. en 1789 que los anillos estaban formados por muchos componentes más pequeños. En 1857, el físico escocés James Clerk Maxwell demostró matemáticamente que los anillos podían ser estables solo si comprendían una gran cantidad de partículas pequeñas.

Después de siglos de estudiar estos anillos, ahora se sabe que Saturno tiene muchos anillos hechos de miles de millones de partículas de hielo y roca, cuyo tamaño varía desde un grano de azúcar hasta el tamaño de una casa. Sin embargo, a pesar del enorme ancho de estos anillos, también son extremadamente delgados. Los anillos principales tienen un diámetro de 170.000 millas, pero su grosor no supera los 330 pies. Todo el sistema de anillos se extiende por casi 16,000,000 de millas cuando se incluyen los débiles anillos exteriores.

Al igual que los anillos de los otros planetas gigantes, los anillos principales de Saturno se encuentran dentro del límite clásico de Roche. Esta distancia, que para el caso idealizado es de 2,44 radios de Saturno, también conocido como 91.300 millas, representa la distancia más cercana a la que una luna bastante grande puede acercarse al centro de su padre planetario más masivo antes de que sea brutalmente destrozada por las fuerzas de las mareas. Tenga en cuenta que este límite solo se aplica a los objetos que se mantienen unidos por la atracción gravitatoria, por lo que el límite de Roche no se aplica realmente a los cuerpos relativamente pequeños donde la cohesión molecular es más importante que las fuerzas de marea que intentan acabar con ella.

Como se mencionó anteriormente, las partículas que forman los anillos de Saturno vienen en una amplia variedad de tamaños. Pero estas partículas en realidad no son visibles por sí mismas, ¡ni siquiera aquellas que tienen el tamaño de una casa! En cambio, los científicos deducen su tamaño a partir de su efecto sobre la dispersión de la luz y las señales de radio. Esta distribución es consistente con el resultado esperado de la colisión repetida y la destrucción de objetos inicialmente más grandes. Se cree que estos objetos inicialmente más grandes son restos de cometas, asteroides o lunas rotas.

Se han visto rayos misteriosos en los anillos de Saturno, que parecen formarse y dispersarse en solo unas pocas horas. Los científicos creen que estos radios son probablemente pequeñas nubes de partículas diminutas que adquieren cargas eléctricas y luego interactúan con el campo magnético de Saturno, lo que empuja estas partículas lejos del planeta en forma de radios en forma de cuña. Estos radios también pueden ser estacionales, ya que hasta ahora solo se han observado cerca de los equinoccios de Saturno.

Es posible que existan cuerpos más grandes, denominados lunas anulares, del orden de varios kilómetros de diámetro, incrustados dentro de los anillos principales, pero solo se han detectado unas pocas lunas de este tipo. Existe evidencia de que las lunas transitorias de "montón de escombros" se crean continuamente y luego se destruyen por los efectos competitivos de la gravedad, las colisiones y la velocidad orbital variable dentro de los anillos densos.

Debido a que los anillos tienen una masa tan baja, es probable que sean muy jóvenes, entre 10 y 100 millones de años. Por lo tanto, es concebible que los anillos principales fueran producidos por la ruptura de un cometa particularmente grande, o tal vez por la destrucción de una gran luna cercana. El sistema de anillos principal está formado por los tres anillos principales anchos, denominados C, B y A en orden creciente de distancia a Saturno.

La estructura de los anillos se describe ampliamente por su profundidad óptica en función de la distancia a Saturno. La profundidad óptica es una medida de la cantidad de radiación electromagnética que se absorbe al atravesar un medio como una nube, la atmósfera de un planeta o una región de partículas en el espacio. Por tanto, sirve como indicador de la densidad media del medio. Un medio completamente transparente tiene una profundidad óptica de 0; a medida que aumenta la densidad del medio, también lo hace el valor numérico.

El anillo B es el más brillante, grueso y ancho de los anillos. Se extiende de 1,52 a 1,95 radios de Saturno y tiene profundidades ópticas entre 0,4 y 2,5. Estos valores son un rango, ya que varían según la distancia real entre el anillo y Saturno, ya que la distancia entre el planeta y el anillo no es uniforme en todo el recorrido. Está separado visualmente del anillo principal exterior, el anillo A, por la división de Cassini, el espacio más prominente en los anillos principales. Situada entre 1,95 y 2,02 radios de Saturno, se encuentra la división Cassini.

Esta brecha es causada por la atracción de una de las lunas de Saturno llamada Mimas. Esta luna está en resonancia 2:1 con el sistema de anillos, lo que significa que una partícula de anillo en la división de Cassini daría la vuelta a Saturno dos veces por cada vez que Mimas da una vuelta. Lo que sucede es que si una partícula del anillo estuviera en la división de Cassini, sería atraída por la gravedad de Mimas en el mismo lugar de su órbita cada vez que pasa Mimas. Con el tiempo, los pequeños "tirones" gravitacionales se suman, al igual que empujar a alguien en un columpio una y otra vez hace que el columpio suba más. Los tirones gravitacionales de Mimas eventualmente sacarían la partícula del anillo de la división Cassini, y es por eso que hay un espacio allí, sin partículas del anillo adentro.

La división Cassini exhibe variaciones complicadas en la profundidad óptica, con un valor promedio de 0,1. El anillo A se extiende de 2,02 a 2,27 radios de Saturno y tiene profundidades ópticas de 0,4 a 1,0. En el interior del anillo B se encuentra el tercer anillo principal, el anillo C, a veces conocido como anillo de crepes, aunque no se parece en nada a los crepes de comida. Está en 1,23 a 1,52 radios de Saturno, con profundidades ópticas cercanas a 0,1. En el interior del anillo C, en los radios de Saturno de 1,11 a 1,23, se encuentra el extremadamente tenue anillo D, que no tiene un efecto medible sobre la luz de las estrellas o las ondas de radio que lo atraviesan y solo es visible en la luz reflejada.

Exterior al anillo A se encuentra el estrecho anillo F en 2,33 radios de Saturno. El anillo F es una estructura complicada que puede ser una espiral de partículas estrechamente enrollada. Más allá del anillo F está el anillo G, que es un disco muy delgado de partículas, más allá del cual hay un anillo de partículas aún más delgado y liviano. Estas estructuras no son visibles para el ojo humano y solo fueron detectadas por sondas espaciales que detectaron una diferencia de densidad al acercarse a Saturno.

Pero eso no es todo. Extendiéndose de 128 a 207 radios de Saturno, mucho más allá de los otros anillos, se encuentra el más exterior, un vasto y tenue anillo de polvo desprendido de los impactos en la luna Febe. Es el anillo planetario más grande del sistema solar; sin embargo, tiene una profundidad óptica extremadamente pequeña que es de 0. 8 ceros más seguidos de un dos. Este anillo realmente no afecta a Saturno, sin embargo, sí tiene un efecto sobre la misma Febe, alterando ligeramente la composición de la exosfera para hacerla más densa y con partículas más pesadas de lo normal. Otras lunas también han creado sus propios discos similares que tienen efectos similares en las propias lunas.

Las lunas de Saturno tienen una gran cantidad de diferentes características interesantes en sí mismas, sin embargo, creo que dejaré de hablar de ellas para el episodio de la próxima semana. Como resumen rápido, hoy hablé todo sobre Saturno, centrándome especialmente en su atmósfera y su intrincado sistema de anillos.