Os cientistas propõem que uma lua perdida de Saturno, que eles chamam de Crisálida, puxou o planeta até se despedaçar, formando anéis e contribuindo para a inclinação de Saturno.
Por MIT – Instituto de Tecnologia de Massachusetts – com informações de Science Daily.
Girando em torno do equador do planeta, os anéis de Saturno são uma indicação inoperante de que o planeta está girando em uma inclinação. O gigante com cinto gira em um ângulo de 26,7 graus em relação ao plano em que orbita o sol. Os astrônomos suspeitam há muito tempo que essa inclinação vem de interações gravitacionais com seu vizinho Netuno, já que a inclinação de Saturno precessa, como um pião, quase na mesma taxa que a órbita de Netuno.
Mas um novo estudo de modelagem realizado por astrônomos do MIT e de outros lugares descobriu que, embora os dois planetas possam ter estado em sincronia, Saturno escapou da atração de Netuno. O que foi responsável por esse realinhamento planetário? A equipe tem uma hipótese meticulosamente testada: uma lua perdida.
Em um estudo publicado na Science , a equipe propõe que Saturno, que hoje abriga 83 luas, já abrigou pelo menos mais uma, um satélite extra que eles chamam de Crisálida. Juntamente com seus irmãos, sugerem os pesquisadores, Chrysalis orbitou Saturno por vários bilhões de anos, puxando e puxando o planeta de uma maneira que manteve sua inclinação, ou “obliquidade”, em ressonância com Netuno.
Mas cerca de 160 milhões de anos atrás, estima a equipe, Chrysalis tornou-se instável e chegou muito perto de seu planeta em um encontro de pastagem que separou o satélite. A perda da lua foi suficiente para tirar Saturno das garras de Netuno e deixá-lo com a inclinação atual.
Além disso, os pesquisadores supõem que, embora a maior parte do corpo despedaçado de Chrysalis possa ter impactado Saturno, uma fração de seus fragmentos poderia ter permanecido suspensa em órbita, eventualmente se quebrando em pequenos pedaços de gelo para formar os anéis de assinatura do planeta.
O satélite perdido, portanto, poderia explicar dois mistérios de longa data: a inclinação atual de Saturno e a idade de seus anéis, que anteriormente eram estimados em cerca de 100 milhões de anos – muito mais jovens que o próprio planeta.
“Assim como a crisálida de uma borboleta, este satélite estava há muito adormecido e de repente se tornou ativo, e os anéis surgiram”, diz Jack Wisdom, professor de ciências planetárias do MIT e principal autor do novo estudo.
Os coautores do estudo incluem Rola Dbouk do MIT, Burkhard Militzer da Universidade da Califórnia em Berkeley, William Hubbard da Universidade do Arizona, Francis Nimmo e Brynna Downey da Universidade da Califórnia em Santa Cruz e Richard French do Wellesley College.
Um momento de progresso
No início dos anos 2000, os cientistas apresentaram a ideia de que o eixo inclinado de Saturno é o resultado do planeta estar preso em uma ressonância, ou associação gravitacional, com Netuno. Mas as observações feitas pela sonda Cassini da NASA, que orbitou Saturno de 2004 a 2017, trouxeram uma nova reviravolta no problema. Os cientistas descobriram que Titã, o maior satélite de Saturno, estava migrando para longe de Saturno em um ritmo mais rápido do que o esperado, a uma taxa de cerca de 11 centímetros por ano. A rápida migração de Titã e sua atração gravitacional levaram os cientistas a concluir que a lua provavelmente era responsável por inclinar e manter Saturno em ressonância com Netuno.
Mas essa explicação depende de uma grande incógnita: o momento de inércia de Saturno, que é como a massa é distribuída no interior do planeta. A inclinação de Saturno pode se comportar de maneira diferente, dependendo se a matéria está mais concentrada em seu núcleo ou em direção à superfície.
“Para progredir no problema, tivemos que determinar o momento de inércia de Saturno”, diz Wisdom.
O elemento perdido
Em seu novo estudo, Wisdom e seus colegas procuraram identificar o momento de inércia de Saturno usando algumas das últimas observações feitas pela Cassini em seu “Grand Finale”, uma fase da missão durante a qual a espaçonave fez uma aproximação extremamente próxima para mapear com precisão o campo gravitacional em torno de todo o planeta. O campo gravitacional pode ser usado para determinar a distribuição de massa no planeta.
Wisdom e seus colegas modelaram o interior de Saturno e identificaram uma distribuição de massa que correspondia ao campo gravitacional observado pela Cassini. Surpreendentemente, eles descobriram que este momento de inércia recém-identificado colocou Saturno perto, mas fora da ressonância com Netuno. Os planetas podem ter estado em sincronia, mas não estão mais.
“Depois fomos procurar maneiras de tirar Saturno da ressonância de Netuno”, diz Wisdom.
A equipe primeiro realizou simulações para evoluir a dinâmica orbital de Saturno e suas luas para trás no tempo, para ver se alguma instabilidade natural entre os satélites existentes poderia ter influenciado a inclinação do planeta. Esta pesquisa veio vazia.
Assim, os pesquisadores reexaminaram as equações matemáticas que descrevem a precessão de um planeta, que é como o eixo de rotação de um planeta muda ao longo do tempo. Um termo nesta equação tem contribuições de todos os satélites. A equipe raciocinou que, se um satélite fosse removido dessa soma, isso poderia afetar a precessão do planeta.
A questão era: quão massivo esse satélite teria que ser e que dinâmica ele teria que sofrer para tirar Saturno da ressonância de Netuno?
Wisdom e seus colegas fizeram simulações para determinar as propriedades de um satélite, como sua massa e raio orbital, e a dinâmica orbital que seria necessária para tirar Saturno da ressonância.
Eles concluem que a atual inclinação de Saturno é o resultado da ressonância com Netuno e que a perda do satélite Crisálida, que era do tamanho de Jápeto, a terceira maior lua de Saturno, permitiu que ele escapasse da ressonância.
Em algum momento entre 200 e 100 milhões de anos atrás, Crisálida entrou em uma zona orbital caótica, experimentou vários encontros próximos com Jápeto e Titã e, eventualmente, chegou muito perto de Saturno, em um encontro de pastagem que rasgou o satélite em pedaços, deixando uma pequena fração para circular o planeta como um anel cheio de detritos.
A perda de Crisálida, eles descobriram, explica a precessão de Saturno e sua inclinação atual, bem como a formação tardia de seus anéis.
“É uma história muito boa, mas como qualquer outro resultado, terá que ser examinada por outros”, diz Wisdom. “Mas parece que este satélite perdido era apenas uma crisálida, esperando para ter sua instabilidade.”
Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pela NASA e pela National Science Foundation.
Fonte da história:
Materiais fornecidos pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu.
Referência do jornal :
Jack Wisdom, Rola Dbouk, Burkhard Militzer, William B. Hubbard, Francis Nimmo, Brynna G. Downey, Richard G. French. Loss of a satellite could explain Saturn’s obliquity and young rings. Science, 2022; 377 (6612): 1285 DOI: 10.1126/science.abn1234
