Ubicado aproximadamente a 9 UA del Sol, Saturno es el sexto planeta del Sistema Solar, el segundo en masa y el favorito para muchos. Se trata del rey de los anillos, un gigante gaseoso acompañado de una de las estructuras más espectaculares de nuestro hogar en el Cosmos. Millones de fragmentos de hielo y roca que orbitan alrededor de este y cuya historia contaremos a continuación.

IDL TIFF file
Saturno. (Fuente: www.jpl.nasa.gov)

Antes de continuar, estaría bien detallar un poco las características del planeta. Como acabamos de decir, Saturno es el sexto planeta y el segundo con más masa, concretamente con 5,688*10^26 kg (la masa de la Tierra es de 5,972*10^24 kg). El primer puesto lo ocupa, cómo no, Júpiter con una masa de 1,898*10^27 kg. Sin embargo, Saturno no tiene nada que envidiar al planeta joviano, ya que, aunque este también los posea, los anillos del primero son los claros ganadores en majestuosidad entre los gigantes gaseosos. Sí, todos los planetas gaseosos, desde Júpiter hasta Neptuno, poseen anillos (aunque obviamente unos “brillan” más que otros…). Saturno está compuesto principalmente por hidrógeno y helio, provocando que este tenga una densidad de 690 kg/m^3. Efectivamente, si tuviéramos una bañera lo suficientemente grande, el planeta flotaría en el agua, al igual que un patito de goma. Si estos datos no son suficientes para hacernos a la idea de su baja densidad, también podemos indicar que en el planeta cabrían 740 Tierras, pero sólo tiene una masa 95 veces superior a la de nuestro hogar. Una diferencia numérica bastante considerable. Finalmente, indicar que un año en Saturno dura 29 años terrestres, con una velocidad orbital media de 9672,4 m/s.

Creo que con estas características físicas es suficiente, ya que no me quiero meter en la composición química del planeta y tampoco en campos como la atmósfera y los satélites. Se trata de temas muy interesantes que merecen tener su entrada, pero tampoco me quiero extender demasiado, ya que en la entrada de las novas pude haberme sobrepasado un poco. Así que comencemos ya con lo que de verdad nos interesa hoy: los anillos y su formación.

En julio de 1670, Galileo elevó su vista al cielo (gracias a su telescopio) y observó perplejo unas extrañas formaciones alrededor de Saturno. En un principio pensó que se trataba de dos satélites muy grandes que orbitaban muy cerca del planeta. Sin embargo, estos no variaban su posición, lo que pronto le hizo descartar dicha idea. Durante esos años se llegó a proponer que se trataba de estructuras que formaban parte del planeta, unidas físicamente a este. Fue en 1665 cuando Christiaan Huygens propuso que se trataba de un disco de material muy delgado que orbitaba alrededor de Saturno como un ente aparte. Aunque no había acertado plenamente, se trataba de la idea más cercana a la realidad hasta el momento. Diez años más tarde, Giovanni Cassini descubrió la división en los anillos que hoy lleva su nombre (División de Cassini), hallazgo que demostró que dichas estructuras no eran un solo elemento. Más tarde, Laplace anunció que no eran únicamente dos anillos separados, sino que estaban formados por muchos anillos muy delgados. Y no fue hasta 1857, un siglo después, cuando se anunció por fin la verdadera naturaleza de los anillos. El responsable de ello fue James Clerk Maxwell que demostró matemáticamente que dicha estructura estaba formada por numerosos fragmentos de roca y hielo y no se trataba de un objeto sólido como se pensaba hasta ese día.

1536081798953582
De izquierda a derecha y de arriba a abajo: Galileo, Huygens, Cassini y Maxwell. (Fuentes varias)

La composición de los anillos es básicamente hielo, aunque también encontramos un pequeño porcentaje de roca (entre el 5 y el 10%). Son un total de siete anillos, nombrados con las primeras letras del abecedario. También es importante señalar que no están nombrados en función de su cercanía al planeta, sino de su descubrimiento. De modo que el orden de anillos de más cercano a más lejano es el siguiente: D, C, B, A, F, G y E. Sin embargo, estos anillos no están solos. La mayoría de ellos se encuentran acompañados por alguno de los aproximadamente 200 satélites que tiene el gigante gaseoso, las llamadas lunas pastoras. Se trata de pequeños cuerpos que orbitan entre los anillos, concentrando el material en zonas concretas y evitando que dichas estructuras pierdan su forma característica.

Captura-de-pantalla-2014-12-26-a-las-0.59.11
Anillos de Saturno. (Fuente: www.danielmarin.naukas.com)

De modo que hasta el momento tenemos esto: siete anillos principales formados por hielo y un poquito de roca acompañados de pequeños satélites que los guían. Sin embargo, no hemos contestado a una de las preguntas más importantes: ¿cómo se formaron?

Son varias las teorías que se han ido presentando hasta el momento para dar explicación al origen de estas estructuras, aunque ninguna acaba de ser confirmada. La que voy a intentar explicar es una teoría cuyo origen se encuentra en un estudio realizado por un grupo de investigadores de la Universidad de Kobe (Japón) en 2016.

El Sistema Solar tuvo en sus inicios una etapa bastante violenta. El principal responsable de ella fue el gigante gaseoso Júpiter. El planeta nació en una posición distinta a la que ocupa hoy. Poco después de su nacimiento, el mundo joviano avanzó acercándose al Sol hasta ocupar su órbita actual, llevándose por delante numerosos mundos de roca y hielo que se habían formado hasta el momento, enviándolos lejos o absorbiéndolos. Un auténtico caos. Algunos de los cuerpos que consiguieron sobrevivir fueron atrapados por el resto de mundos gaseosos o enviados al Cinturón de Kuiper, lo que explicaría la presencia de pequeños cuerpos rocosos en esta zona del Sistema Solar.

evidencethat
Ilustración de la formación de Júpiter. (Fuente: www.phys.org)

A Saturno le pasó algo parecido. Viajó hacia el interior del Sistema Solar y quedó en resonancia orbital con Júpiter, concretamente una resonancia 5:2. Esto quiere decir que por cada cinco vueltas que da Júpiter alrededor del Sol, Saturno da 2. Dicho fenómeno provoca que ambos planetas “tiren” gravitacionalmente del otro, lo que tuvo consecuencias en otros cuerpos del Sistema Solar. Los pequeños fragmentos de hielo que orbitaban en el Cinturón de Kuiper fueron atraídos hacia el Sol, lo que provocó que pasasen cerca del gigante de los anillos y fueran despedazados para posteriormente formar dichas estructuras que son puro hielo.

CcvIh4iXIAE_5w8
Ilustración de una luna siendo despedazada por Saturno. (Fuente: www.scoopnest.com)

Sin embargo, no es la única teoría. En 2015, la doctora en astrofísica Robin Canup propuso una teoría bastante diferente. Según Canup, Saturno, en sus inicios, acumuló a su alrededor grandes cantidades de material, incluyendo numerosas lunas de tamaños similares a Titán. Estos viejos satélites estaban formados principalmente de hielo, lo que provocó la actual composición de los anillos. Sin embargo, ¿por qué acabaron así y no como lunas?

Y aquí es donde llego a lo que quería explicar en un principio: el límite de Roche. Es verdad que me he extendido un poquito, pero no soy mucho de explicar conceptos sin darles un marco interesante.

El límite de Roche es una distancia mínima que todo cuerpo posee. Imaginaos una luna orbitando un planeta. Esta mantiene una forma gracias al equilibrio que existe entre las fuerzas gravitatorias internas del cuerpo y las fuerzas de marea que ejerce el planeta. Si por alguna razón el satélite se acerca demasiado al planeta y supera el límite de Roche, dicho equilibrio desaparece, por lo que empiezan a predominar las fuerzas de marea. Hay un momento en que estas son tan intensas que la luna no puede conservar su forma y se despedaza, cayendo al interior del planeta o formando estructuras como los anillos de Saturno, tal como le ocurrió al cometa Shoemaker-Levy 9.

limite-de-roche
Límite de Roche. (Fuente: www.astronoo.com)

Así que este fue el destino de las hipotéticas lunas gigantes de hielo que Canup supuso. Las pobres se acercaron demasiado y acabaron despezadas para formar la impresionante estructura que hoy todos tenemos en mente. Además, esta teoría también explica por qué existen lunas como Tetis, formadas casi totalmente por hielo. Según Canup, a lo largo de los últimos 4,5 millones de años (desde la formación de los anillos), numerosos fragmentos de hielo obtuvieron la velocidad suficiente para escapar de los anillos y se fueron agrupando poco a poco para originar lunas como la anteriormente citada.

Y creo que esto es todo por hoy.  Hemos dado un “breve” paseo por numerosas caractetísticas de Saturno y de sus anillos, aunque muchas otras cosas se han quedado en el tintero. Espero que más adelante pueda detallar alguno de estos aspectos que obviamente son igual de interesantes. Solo decir que no soy experto en estos temas y que he intentado explicarlo de la mejor manera posible, aunque siempre pueden haber errores. Cualquier cosa, tenéis los comentarios del blog y mi Twitter para opinar, donde será un placer escucharles. ¡Nos vemos con más ciencia la próxima vez!