Saturno: a densidade secreta e a história do espaço profundo do planeta anelado

Saturno é o segundo maior planeta em massa e tamanho do nosso sistema solar. É o sexto planeta a partir do Sol. A olho nu, no céu noturno, parece uma estrela estável e sem cintilação. Aponte um pequeno telescópio para ele, no entanto. Você verá os anéis. Eles são sem dúvida o objeto mais bonito de todo o sistema solar. O símbolo de Saturno é ♄.

Por que Saturno gira tão lentamente

O nome vem do deus romano da agricultura. Nós o equiparamos a Cronos, o titã grego e pai de Zeus (ou Júpiter na mitologia romana). Os observadores antigos sabiam que Saturno era o planeta mais distante que podiam ver. Eles também notaram que ele se movia mais lentamente do que qualquer outro planeta. Demora cerca de 29,5 anos terrestres para completar uma órbita ao redor do Sol. Isso ocorre porque ele fica 9,5 vezes mais longe do Sol do que a Terra.

Galileu foi o primeiro a observar Saturno com um telescópio em 1610. Ele viu algo estranho. A resolução era muito baixa para descobrir o que ele estava realmente olhando. Demorou séculos para entender os anéis.

O Planeta Flutuante

Saturno é estranhamente leve. Ele detém cerca de 60% do volume de Júpiter. Mas tem apenas cerca de um terço da massa de Júpiter. Sua densidade média é a mais baixa de qualquer objeto conhecido no sistema solar. É cerca de 70% da água.

Hipoteticamente, você poderia colocar Saturno em um oceano grande o suficiente para mantê-lo. E flutuaria. Tanto Saturno quanto Júpiter são principalmente hidrogênio. Isso faz com que pareçam estrelas em termos de composição em massa. Nas profundezas de Saturno, a pressão mantém o hidrogênio em um estado metálico fluido. Semelhante a Júpiter, mas a evolução de Saturno é totalmente diferente.

Luas e Origens

Assim como Júpiter, Urano e Netuno, Saturno tem anéis e muitas luas. Esses sistemas podem conter a chave de como o planeta se formou. Eles também nos ajudam a compreender o resto do sistema solar.

Veja Titã. É a maior lua. Tem uma atmosfera densa. É mais denso do que qualquer planeta terrestre, exceto Vênus. Isso torna Titã única entre todas as outras luas.

Como sabemos o que sabemos

Aprendemos quase tudo sobre Saturno com sondas do espaço profundo. Quatro naves espaciais visitaram o sistema saturniano. A Pioneer 11 voou em 1979. As Voyager 1 e 2 seguiram-na nos dois anos seguintes. Depois houve a Cassini-Huygens.

Os três primeiros foram sobrevoos rápidos. Eles nos deram instantâneos. A Cassini chegou em 2004. Permaneceu em órbita durante anos. Estudou tudo. A sua sonda Huygens foi mais longe. Ele caiu de pára-quedas na atmosfera de Titã. Ele pousou na superfície. Foi a primeira espaçonave a pousar em uma lua diferente da Terra.

Dados astronômicos básicos

Saturno está longe de nós. A sua distância média ao Sol é de 1,427 mil milhões de quilómetros. Isso é 887 milhões de milhas. O mais próximo que chega da Terra é cerca de 1,2 bilhão de quilômetros. Nunca o vemos meio iluminado. O ângulo de fase – o ângulo entre Saturno, a Terra e o Sol – nunca excede 6°. Portanto, do nosso ponto de vista, Saturno está sempre quase totalmente iluminado. Para vê-lo iluminado lateralmente ou contraluz, você precisa ir fundo no espaço.

Ele orbita o Sol como os outros gigantes. Movimento progressivo. Pequena excentricidade. Ligeira inclinação para a eclíptica. Mas Saturno é muito diferente de Júpiter. Seu eixo de rotação está inclinado 26,7° em relação ao seu plano orbital.

Essa inclinação cria estações. Longos. Cada estação dura mais de sete anos terrestres. Também determina como vemos os anéis. Os anéis ficam no plano equatorial de Saturno. Da Terra, podemos vê-los em ângulos de abertura que variam de zero (de lado) a quase 30°. O ciclo leva 30 anos. Por cerca de 15 anos, vemos o lado norte iluminado pelo sol. Depois, o lado sul pelos próximos 15. Nas janelas curtas, quando a Terra cruza o plano dos anéis, os anéis desaparecem de vista. Eles são quase invisíveis.

Resolvendo o mistério da rotação de Saturno

Descobrir o quão rápido Saturno gira foi uma dor de cabeça. Sua atmosfera superior é enorme. As nuvens traçam uma variedade de períodos. Perto do equador, são cerca de 10 horas e 10 minutos. Em latitudes mais altas, depois dos 40°, a velocidade diminui cerca de 30 minutos. Oscilação. Caos.

Os cientistas tentaram encontrar o período de rotação do interior profundo observando o campo magnético. Presume-se que o campo esteja enraizado no núcleo externo de hidrogênio metálico. A medição direta foi difícil. O campo é altamente simétrico em torno do eixo rotacional. Difícil de definir.

Durante os encontros da Voyager, surgiram explosões de rádio. Eles estavam relacionados a pequenas irregularidades no campo magnético. O período medido foi de 10 horas e 39,4 minutos. Isso foi considerado o período de rotação.

Vinte e cinco anos depois, a sonda Cassini mediu novamente o campo. Ele estava girando 6 a 7 minutos mais devagar. Por que a diferença? Acredita-se que o vento solar seja responsável por parte dessa deriva.

“Só quando a Cassini voou dentro dos anéis de Saturno em suas órbitas finais o período de rotação foi medido com precisão.”

Foi preciso que a Cassini mergulhasse nos anéis. Analisou ondas no material do anel e relacionou-as com pequenas variações no campo gravitacional de Saturno. O resultado? 10 horas, 33 minutos e 38 segundos. Esse é o verdadeiro período de rotação do interior do planeta. A diferença entre esse número e o topo das nuvens ajuda a estimar as velocidades do vento.

O Planeta Mais Oblato

Os planetas gigantes não possuem uma superfície sólida. Assim, por convenção, o raio e a gravidade são calculados no nível onde a pressão atmosférica é de um bar. Nesse nível, o diâmetro equatorial de Saturno é de 120.536 quilômetros. Seu diâmetro polar é de apenas 108.728 quilômetros.

Isso é 10% menor. Saturno é o planeta mais achatado do sistema solar. Achatado nos pólos. Você pode ver isso mesmo em um pequeno telescópio. Ele gira um pouco mais devagar que Júpiter, mas é mais achatado. Por que? A aceleração rotacional cancela uma fração maior da gravidade no equador.

A gravidade equatorial é apenas 74% da gravidade polar. 896 cm por segundo ao quadrado no equador. 1.214 nos pólos.

Saturno tem 95 vezes a massa da Terra. Mas ocupa um volume 766 vezes maior. Sua densidade média é de 0,69 gramas por centímetro cúbico. Apenas cerca de 12% da densidade da Terra. É pouco mais denso que a água.

A velocidade de escape no equador é de quase 36 km por segundo. 80.000 milhas por hora. A da Terra é de apenas 11,2 km por segundo. Este valor elevado indica que Saturno não perdeu atmosfera significativa desde a sua formação. Ele se agarrou a tudo.

Pelos Números

Os dados pintam a imagem de um mundo em constante movimento e fluxo.

• Distância média do Sol: 1,426 bilhão de km (9,5 UA)
• Excentricidade: 0,054
• Inclinação para a eclíptica: 2,49°
• Período orbital: 29,45 anos terrestres
• Magnitude visual na oposição: 0,7
• Período sinódico: 378,10 dias terrestres
• Velocidade orbital: 9,6 km/s
• Raio equatorial: 60.268 km
• Raio polar: 54.364 km
• Massa: 5,683 × 10^26 kg
• Densidade média: 0,69 g/cm³
• Gravidade equatorial: 896 cm/seg²
• Gravidade polar: 1.214 cm/seg²
• Velocidade de escape equatorial: 35,5 km/s
• Velocidade de escape polar: 37,4 km/s
• Período de rotação (campo magnético): 10h39min (Voyager); ~10h46min (Cassini)
• Inclinação axial: 26,7°
• Intensidade do campo magnético: 0,21 gauss
• Luas conhecidas: 274
• Sistema de anéis: 3 anéis principais, uma miríade de cachos componentes, vários anéis menos densos

A Atmosfera de Saturno

Composição e estrutura. As camadas externas não têm superfície sólida. A atmosfera é onde a ação acontece. Os movimentos das nuvens variam. As velocidades do vento são estimadas comparando a rotação das nuvens com a rotação do interior. A diferença é o vento.

Saturno parece uma bola de gude marrom-amarelada nebulosa vista da Terra. É sem graça. Mas isso é mentira. O rosto que você vê é uma máscara complexa de camadas de nuvens e caos em pequena escala. Manchas vermelhas. Redemoinhos brancos. Faixas marrons. Esses recursos mudam rapidamente. Saturno é basicamente o primo mais silencioso e menos ativo de Júpiter.

Até setembro de 1990.

Então, uma enorme tempestade de cor clara irrompeu perto do equador. Cresceu para mais de 20.000 quilômetros de largura. Ele envolveu o planeta antes de desaparecer. Chamamos isso de “Grande Mancha Branca”. É o equivalente saturniano da Grande Mancha Vermelha de Júpiter, mas é mais raro. Essas tempestades acontecem a cada 30 anos ou mais. Como a órbita de Saturno leva 29,4 anos, a ligação é óbvia. As tempestades são sazonais. Eles acompanham o ano longo e lento do planeta.

O que há dentro do gigante gasoso?

A atmosfera é composta principalmente de hidrogênio molecular e hélio. A proporção não é exata. O hélio é difícil de medir diretamente. Melhor palpite? 18 a 25 por cento de hélio em massa. O resto é hidrogênio e cerca de 2% de outros lixos.

Isso é estranho. O Sol é composto por 71% de hidrogênio e 28% de hélio. Saturno tem menos hélio em relação ao hidrogênio do que a estrela no centro do nosso sistema solar. Por que? Algumas teorias dizem que o hélio afundou. Ele se estabeleceu nas camadas externas e mergulhou mais profundamente no planeta.

Outras moléculas também aparecem. O metano e a amônia são duas a sete vezes mais abundantes aqui do que no Sol. Suspeitamos que o sulfeto de hidrogênio e a água estejam nas profundezas da atmosfera. Ainda não os detectamos. Mas detectamos fosfina, monóxido de carbono e outras substâncias pertinentes na Terra.

Eles não deveriam estar lá. Numa atmosfera rica em hidrogénio em equilíbrio químico, eles desaparecem. A presença deles significa que eles vêm do fundo. Alta pressão. Alta temperatura. Reações acontecendo abaixo das nuvens visíveis. Os movimentos convectivos os arrastam até onde podemos vê-los.

A presença de moléculas fora de equilíbrio prova que o interior de Saturno está agitando ativamente material desde o seu núcleo profundo e quente até à superfície visível.

Química na Estratosfera

A estratosfera conta uma história diferente. Acetileno. Etano. Talvez propano. Metil acetileno. Estes são hidrocarbonetos. Eles não são criados por calor profundo. Eles são criados pela luz. A radiação ultravioleta solar impulsiona reações fotoquímicas. Ou, em latitudes mais elevadas, os electrões energéticos das cinturas de radiação de Saturno fazem o trabalho.

Júpiter tem uma configuração semelhante. A química é consistente entre os gigantes gasosos. É uma característica familiar.

Perfis de temperatura e pressão

Os astrônomos mediram a temperatura de Saturno observando a luz das estrelas e os sinais de rádio se curvarem à medida que passam pela atmosfera. Isso acontece quando naves espaciais passam voando ou estrelas ocultam o planeta. Mapeamos temperaturas de um milionésimo de barra a 1,3 bar.

Abaixo de 1 milibar, é frio e constante. 140 a 150 Kelvin. (-208 a -190 °F).

Mergulhe mais fundo. Na estratosfera (1 a 60 milibares). As temperaturas caem. Eles atingiram o fundo do poço em 82 Kelvin. (-312°F). Esse é o ponto mais frio da atmosfera de Saturno.

Vá mais fundo ainda. As temperaturas sobem novamente. Esta é a troposfera. Tal como a camada mais baixa da Terra, o calor aumenta com a pressão. É apenas compressão de gás. Nenhum calor adicionado ou perdido. A 1 bar, são 135 Kelvin. Fica cada vez mais quente abaixo disso.

Os decks de nuvem

As nuvens que você vê são condensações de compostos menores em uma sopa rica em hidrogênio. Há uma névoa no alto, de 20 a 70 milibares. Isso vem de reações fotoquímicas. Mas as nuvens principais começam mais baixas. Abaixo de 400 milibares.

O deck mais alto é composto por cristais sólidos de amônia. Eles se dissolvem e desaparecem em cerca de 1,7 bar. Não podemos ver as camadas abaixo diretamente. Nós os modelamos.

Com base em modelos químicos, a próxima camada são os cristais de hidrossulfeto de amônio. Em 4,7 compassos. Mais fundo ainda, a 10,9 bares, os cristais de gelo de água se misturam com gotículas aquosas de amônia.

A amônia pura é branca. O gelo de água pura é branco. Essas nuvens deveriam ser invisíveis.

Mas Saturno é amarelo, marrom e vermelho. Por que? Impurezas. Subprodutos químicos chovem de cima. Produtos fotoquímicos. Talvez moléculas contendo fósforo atuem como corantes. As nuvens estão manchadas pela própria exaustão química da atmosfera.

Sombras Azuis e Silêncio de Inverno

Saturno se inclina em seu eixo. Bastante. Essa inclinação muda tudo. Os anéis lançam sombras longas e escuras no hemisfério de inverno. A luz solar fica mais fraca. As sombras ficam mais profundas.

Quando a Cassini olhou para as faixas iluminadas pelo sol do hemisfério norte de inverno, viu algo inesperado. A atmosfera era azul. Surpreendentemente claro.

Por que? Os anéis bloquearam a luz do sol. Nenhuma luz solar significa menos produção de neblina fotoquímica. A química desacelerou. O céu clareou.

É um lembrete de que Saturno não é estático. É um mundo dinâmico e agitado. Em camadas. Sazonal. Químico. E, ocasionalmente, apenas permite que você veja através da neblina por um momento. Então as sombras retornam. A névoa aumenta novamente. Você fica se perguntando o que está escondido nas camadas mais profundas e quentes que ainda não podemos ver.

A linha de desaparecimento entre gás e líquido em Saturno

Você não pode traçar uma linha. Na verdade.

Na Terra, a diferença entre um gás e um líquido é gritante. A água ferve. O vapor sobe. O oceano permanece parado. Existe um limite. Saturno não segue essas regras. Mesmo nas profundezas da sua atmosfera, onde as pressões são extremas, as condições são desfavoráveis. A temperatura mínima é de 82 Kelvin. Isso é quente demais para que o hidrogênio molecular coexista como gás e líquido em equilíbrio.

Isso significa que as nuvens rasas e visíveis que você vê nos telescópios não ficam sobre um chão duro. Não há limite distinto. O hidrogénio não se comporta como um simples gás aqui em baixo, nem como um líquido convencional. Fica confuso. Ele faz a transição. A troposfera se estende por dezenas de milhares de quilômetros abaixo daqueles topos brancos e fofos. Fica mais denso. Fica mais quente.

Ao contrário da Terra, a atmosfera de Saturno não termina numa superfície. Ele desaparece em um estado de fluido supercrítico, tornando-se cada vez mais denso e quente à medida que você se aprofunda.

Falamos sobre planetas com superfícies. Rochosos. Gasosos. Mas isso é diferente. A pressão aumenta. A temperatura aumenta. Eventualmente, você estará observando milhares de Kelvins e pressões superiores a um milhão de bares.

Por que isso importa? Porque desafia a forma como definimos a estrutura de um planeta. Assumimos camadas. Núcleo sólido. Manto. Atmosfera. A região do hidrogénio de Saturno desafia essa segmentação limpa. É um gradiente. Um continuum. Você não pousa em Saturno. Você afunda nisso. E quanto mais fundo você vai, menos “gás” há para falar. Apenas fluido cada vez mais denso e superaquecido.

Então, onde está o fundo? Não existe um. Não da maneira que entendemos. A atmosfera simplesmente… continua. Até você acertar o que quer que esteja abaixo. Ou até que a pressão transforme tudo em algo para o qual ainda não temos nome.

O clima de Saturno não é apenas semelhante ao de Júpiter. É um sistema enorme e distinto. O planeta está envolto em fluxos zonais – ventos leste-oeste que criam as conhecidas faixas claras e escuras. Mas não procure tempestades de alto contraste. Os recursos são sutis. As bandas são mais largas perto do equador e os topos das nuvens têm baixo contraste. Você não pode simplesmente tirar uma foto da Terra e ver muita coisa. São necessárias naves espaciais para obter os detalhes.

Medindo o Vento

Aqui está o problema. Saturno não tem superfície sólida. Então, como você mede a velocidade do vento? Você precisa de um ponto de referência. Os cientistas usam a rotação do campo magnético de Saturno como base. Em relação a esse núcleo magnético, quase tudo se move para leste. A direção da rotação.

A zona equatorial é onde fica selvagem. Abaixo de 20° de latitude, você tem um fluxo para leste que atinge 470 metros por segundo. Isso é 1.700 quilômetros por hora. Mas não é constante. Às vezes, desacelera 200 metros por segundo. É uma fera variável.

Compare isso com a Terra. Os ventos sustentados mais fortes num ciclone tropical podem atingir 67 metros por segundo. O jato equatorial de Saturno se move quatro vezes mais rápido. E tem o dobro da largura em latitude. Não está nem perto.

O Hexágono no Pólo Norte

Depois, há o hexágono.

Está a 75° Norte. O primeiro jato ao sul do vórtice norte segue esta forma. Os recursos da nuvem se movem no sentido anti-horário a 100 metros por segundo. Por que um hexágono? Provavelmente são ondas interagindo. Você vê padrões angulares semelhantes em baldes de fluidos giratórios em um laboratório. Mas por que é estável? E por que se desenvolveu nesta latitude específica? Ninguém sabe.

A simetria é impressionante. Os fluxos zonais se espelham através do equador. Um fluxo em uma determinada latitude norte geralmente tem uma contrapartida no sul. Ventos fortes de leste aparecem a 46° e 60° em ambos os hemisférios. Os fluxos para oeste, quase estacionários na estrutura magnética, surgem em 40°, 55° e 70°.

Essa simetria se mantém há décadas. A Voyager mapeou isso. Depois, os telescópios baseados na Terra melhoraram. Eles observaram Saturno durante anos. Os dados concordaram com a Voyager. Os jatos estão estáveis. O mecanismo que os mantém funcionando contra o atrito atmosférico? Ainda é um mistério.

Pólos e Pérolas

Os pólos são diferentes. Dentro de 11° de ambos os pólos, você encontra vórtices semelhantes a furacões. O vórtice do pólo sul tem um olho quente. Tem 2.000 quilômetros de largura. Cercado por nuvens que se elevam de 50 a 70 quilômetros acima das nuvens polares circundantes.

As tempestades do hemisfério sul da Terra também têm olhos quentes e fluxo no sentido horário. Eles soam com nuvens altas. Mas a escala é importante aqui. A versão de Saturno é enorme. E o mais importante é que não há oceano abaixo do vórtice de Saturno. Não há água quente alimentando a troca de calor. Apenas atmosfera até o fundo.

Observe mais de perto as latitudes médias. Perto de 33,5° Norte, há um “colar de pérolas”. Cerca de duas dúzias de clareiras de nuvens. Cada um com 1.500 quilômetros de diâmetro. Espaçados quase uniformemente em 100° de longitude. Nas imagens infravermelhas, eles brilham intensamente. Como um colar esticado por todo o planeta.

Raios e correntes profundas

O hemisfério sul conta uma história diferente. A Cassini detectou emissões de rádio de ondas curtas provenientes de tempestades com raios a 35° Sul. Intenso. Centenas de vezes mais forte que os relâmpagos da Terra. Eles duram semanas. Às vezes meses.

Essas tempestades assentam em nuvens espessas e de cores claras. Fortes movimentos convectivos impulsionados pelo vapor de água. As clareiras ao norte e os relâmpagos ao sul estão interligadas. Eles ficam em zonas de ventos rápidos de oeste. Oposto à direção da maioria dos outros fluxos zonais.

O que isso significa para o interior? A simetria norte-sul sugere que os fluxos estão conectados profundamente no interior. Modelos teóricos de um planeta fluido com convecção profunda mostram rotação diferencial alinhada ao longo dos cilindros. Cilindros alinhados com o eixo de rotação.

A atmosfera de Saturno pode ser construída com cilindros coaxiais. Cada um girando em seu próprio ritmo. Criando os jatos de superfície que vemos. Estas camadas só começam a mover-se juntas a 9.000 quilómetros de profundidade. Isso é muito mais profundo do que Júpiter. Em Júpiter, a rotação diferencial para mais acima. Em Saturno, as correntes são profundas. E ainda não entendemos completamente o que os motiva.

O campo magnético de Saturno é estranhamente perfeito. Ele se alinha com o eixo de rotação do planeta em apenas um grau. O centro do dipolo magnético fica bem no meio do planeta. Esta configuração se assemelha a uma simples barra magnética mais do que qualquer outro planeta do sistema solar. Mas há um problema. A polaridade é invertida em comparação com a Terra. As linhas de campo emergem no hemisfério norte e mergulham de volta no hemisfério sul. Se você segurasse uma bússola ali, a agulha apontaria para o sul.

Porém, não é um dipolo puro. Existem desvios sutis. O campo mostra uma assimetria norte-sul. O campo da superfície polar é ligeiramente mais forte do que um modelo simples prevê. No nível da “superfície” de uma barra, o pólo norte atinge 0,8 gauss. O pólo sul fica a 0,7 gauss. O campo polar da Terra é semelhante. Mas o equador conta uma história diferente. O campo equatorial de Saturno é de 0,2 gauss. O da Terra é 0,3 gauss. O campo equatorial de Júpiter é esmagador de 4,3 gauss. Isso é mais de 20 vezes mais forte que o de Saturno.

Se modelarmos o campo de Saturno como um loop de corrente, o momento magnético será cerca de 600 vezes maior que o da Terra. O de Júpiter é 20.000 vezes o da Terra. Por que a diferença? Tudo se resume a onde o campo é gerado. O campo de Saturno provém de movimentos fluidos no seu interior eletricamente condutor. Esta região consiste em hidrogênio metálico fluido circundando um núcleo rochoso. Constitui a metade interna do planeta. Júpiter tem mais deste fluido condutor. Menos massa e volume na zona condutora explicam em parte porque o campo de Saturno é mais fraco. Júpiter também é mais quente. Interiores mais quentes significam movimentos fluidos mais vigorosos. Isso provavelmente contribui para a enorme lacuna na força do campo entre os dois gigantes gasosos.

A forma da magnetosfera de Saturno

A magnetosfera é a região do espaço em forma de lágrima dominada pelo controle magnético de Saturno. Ele controla partículas carregadas provenientes principalmente do Sol. O lado arredondado está voltado para o Sol. Ele forma um limite chamado magnetopausa. Esta fronteira fica a cerca de 20 raios de Saturno do centro do planeta. Isso é cerca de 1.200.000 quilômetros. Mas isso flutua. A pressão do vento solar muda constantemente de forma. No lado oposto, a magnetosfera se estende em uma imensa cauda magnética. Ele se estende por grandes distâncias no espaço.

Dentro desta região as coisas ficam complicadas. A magnetosfera interna retém partículas carregadas altamente energéticas. A maioria são prótons. Eles viajam em caminhos espirais ao longo das linhas do campo magnético. Estes formam cinturões ao redor de Saturno semelhantes aos cinturões de Van Allen da Terra. Mas, ao contrário da Terra ou de Júpiter, os cinturões de Saturno apresentam fugas. As partículas são absorvidas por corpos sólidos que orbitam dentro das linhas de campo. Os dados da Voyager confirmaram isso. Existem “buracos” na população de partículas. Esses buracos existem nas linhas de campo que cruzam os anéis e as órbitas das luas.

Existem “buracos” nas populações de partículas nas linhas de campo que cruzam os anéis e as órbitas das luas dentro da magnetosfera.

Titã e Hipérion orbitam perto das dimensões mínimas da magnetosfera. Eles ocasionalmente cruzam a magnetopausa. Eles viajam para fora da bolha protetora de Saturno. Quando partículas energéticas aprisionadas atingem átomos neutros na atmosfera superior de Titã, elas os energizam. Isso causa a erosão da atmosfera da lua. A Cassini observou um halo destes átomos energéticos em torno de Titã. É uma ligação direta entre a violência magnética de Saturno e a perda atmosférica da sua maior lua.

Auroras e interações do vento solar

Saturno tem auroras ultravioletas. Estes são produzidos por partículas energéticas da magnetosfera que impactam o hidrogênio atômico e molecular na atmosfera polar. Imagens do Telescópio Espacial Hubble do final da década de 1990 e início do século 21 capturaram esses anéis aurorais. As imagens forneceram evidências vívidas da alta simetria do campo. Eles também revelaram como as auroras respondem ao vento solar. O campo magnético do Sol também desempenha um papel aqui.

Os dados mostram um forte acoplamento entre o sol e o planeta. Mas não é estático. A mudança das auroras. Eles reagem às mudanças de pressão. Eles seguem as linhas magnéticas. É um sistema dinâmico. Um que ainda estamos aprendendo a ler. Os buracos nos cinturões de radiação permanecem um mistério de absorção. A assimetria no campo sugere uma dinâmica interior profunda que ainda não podemos ver. Saturno guarda seus segredos na rotação de seu metal e na colisão de partículas contra seus anéis.

Núcleo Denso de Saturno e Profundidades de Hidrogênio

A densidade de Saturno é a primeira pista. É tão baixo que a sua composição a granel deve ser maioritariamente hidrogénio. Mas este não é o hidrogénio que vemos num balão. Vá 1.000 km (600 milhas) abaixo das nuvens visíveis. A pressão atinge um quilobar. A temperatura sobe para cerca de 1.000 K (730 °C). Nessa profundidade, o hidrogênio para de se comportar como um gás. Transforma-se em líquido.

É um material estranho e altamente compressível. Para reduzir Saturno à sua densidade média de 0,69 gramas por centímetro cúbico, são necessárias pressões superiores a um megabar. Isso acontece a 20.000 km (12.500 milhas) de profundidade. Cerca de um terço do caminho para o centro. O planeta é essencialmente uma bola de hidrogênio fluido e denso que mantém tudo unido.

Mapeando a gravidade para encontrar a massa

Não podemos perfurar Saturno. Temos que ler seu campo gravitacional. Não é esfericamente simétrico. O planeta gira rápido. Sua densidade é baixa. Esses fatores distorcem sua forma física. Eles também distorcem seu campo gravitacional.

Os dados da nave espacial mostram claramente esta distorção. O movimento das sondas e a estrutura dos anéis revelam a verdade. A forma do campo nos diz como a massa é distribuída. Saturno é mais centralmente condensado do que Júpiter. Há material significativamente mais denso próximo ao núcleo.

O centro de Júpiter contém aproximadamente 67% de hidrogênio em massa. O de Saturno é de apenas cerca de 50 por cento. O resto são coisas mais pesadas.

A Transição Metálica

Vá mais fundo. Aproximadamente a meio caminho entre o topo das nuvens e o centro. A pressão chega a dois megabares. A temperatura atinge 6.000 K (5.730 °C). Algo estranho acontece. O hidrogênio molecular sofre uma transição de fase. Torna-se hidrogênio metálico fluido. Parece e age como metal alcalino fundido. Pense no lítio.

Os dados gravitacionais confirmam que esta região é mais densa que o hidrogénio puro misturado com hélio solar. Parte desse excesso de densidade provavelmente vem do hélio que se depositou nas camadas externas. Mas há mais. Saturno pode conter material mais denso que o hidrogênio e o hélio. A massa total pode ser até 30 vezes maior que a da Terra. Não podemos identificar a distribuição exata. No entanto, é provável que haja um núcleo rochoso e gelado. Provavelmente pesa de 15 a 18 massas terrestres. Ele fica bem no centro.

O Dínamo Magnético

O núcleo externo consiste neste hidrogênio metálico fluido. Possui alta condutividade elétrica. Se existirem correntes de circulação – como esperado quando o calor flui para fora e os componentes mais pesados ​​se assentam – há ação dínamo suficiente. Isso gera o campo magnético de Saturno. O mecanismo é o mesmo da Terra. A teoria do campo profundo se aplica aqui.

O campo profundo próximo ao núcleo é irregular. Mas o que vemos nas espaçonaves é diferente. É bastante regular. O eixo dipolo se alinha quase perfeitamente com o eixo de rotação. Por que a simetria? As teorias sugerem que as linhas de campo passam por uma região não convectiva e eletricamente condutora antes de atingir a superfície. Esta região gira em relação às linhas de campo, suavizando o caos.

Observamos uma mudança impressionante no período de rotação do campo magnético nos últimos 25 anos. Esta mudança pode estar ligada a correntes elétricas profundas envolvendo o núcleo condutor. O interior não é estático. Está se movendo.

O Mistério do Calor Interno

Saturno irradia cerca de duas vezes mais energia para o espaço do que recebe do Sol. Esta saída ocorre principalmente em comprimentos de onda infravermelhos entre 20 e 100 micrômetros. Há uma fonte de calor dentro.

Quilograma por quilograma, a produção interna de energia de Saturno é semelhante à de Júpiter. Mas Saturno é menos massivo. Tinha menos conteúdo energético total quando ambos os planetas se formaram. Se ainda estiver irradiando no nível de Júpiter, a fonte não pode ser a mesma. Outra coisa está alimentando esse calor.

Motor térmico interno de Saturno

Saturno não caiu simplesmente junto. Cresceu. Cálculos da sua história térmica sugerem que o planeta começou com um núcleo pesado. Estamos falando de 10 a 20 massas terrestres de material. Esse núcleo provavelmente se formou a partir de planetesimais ricos em gelo colidindo uns com os outros. Uma vez estabelecida a base sólida, a gravidade assumiu o controle. Uma enorme quantidade de hidrogênio e hélio da nebulosa solar inicial entrou. Ela entrou em colapso ao redor do núcleo.

Júpiter passou pela mesma dança. Só ficou mais pesado. Capturou ainda mais gás do que Saturno. Esse rápido acréscimo aqueceu o gás a temperaturas surpreendentes. Estamos falando de dezenas de milhares de Kelvins dentro desses planetas jovens.

Por que Saturno queima mais quente do que o esperado

É aqui que a história fica interessante. A energia interna de Júpiter faz sentido. Começou incrivelmente quente. Ele vem esfriando lentamente há 4,6 bilhões de anos. O calor que detectamos agora é apenas o calor que sobrou daquele nascimento violento.

Saturno deveria ter feito o mesmo. Se tivesse simplesmente esfriado, seu calor interno já teria desaparecido há muito tempo. Na verdade, os modelos mostram que deveria ter caído abaixo da sua actual produção de energia há cerca de dois mil milhões de anos. Mas isso não aconteceu. Saturno ainda está emitindo calor.

Algo mais está acontecendo lá dentro.

Chuva de hélio impulsiona o calor

A explicação mais provável reside no que está a acontecer nas profundezas do interior de Saturno. O hélio está se separando do hidrogênio. Na camada metálica de hidrogênio, o hélio precipita fora da solução. Forma gotículas densas. Essas gotículas caem.

É efetivamente chuva de hélio.

À medida que essas gotículas pesadas afundam mais profundamente, elas perdem energia potencial. Essa energia se transforma em energia cinética à medida que aceleram. O atrito amortece o movimento. Essa energia cinética se converte em calor. A convecção transporta esse calor para a atmosfera. A radiação o empurra para o espaço.

Este processo adiciona energia extra. Ele mantém Saturno aquecido por mais tempo do que o simples resfriamento permitiria. Júpiter provavelmente também faz isso. Seu interior é mais quente. Isso permite que mais hélio permaneça dissolvido no hidrogênio. Portanto, o efeito é muito mais fraco aí.

As evidências complicam

As missões Voyager encontraram algo que parecia uma prova. Eles detectaram um esgotamento substancial de hélio na atmosfera de Saturno. Isso combinava perfeitamente com a teoria. O hélio estava afundando, deixando as camadas superiores finas no elemento.

Parecia uma vingança.

Mas os dados desde então foram questionados. O esgotamento pode não ser tão claro como se pensava. A teoria da chuva de hélio ainda é a melhor explicação para o calor persistente de Saturno. Mas a arma fumegante já não é tão óbvia como costumava ser. O mistério do calor extra permanece.

Um único sistema caótico

Tendemos a traçar uma linha na areia (ou no gelo). De um lado, luas. Por outro lado, anéis. Parece uma separação limpa. Não é. Os anéis de Saturno e as suas luas fazem parte de um sistema confuso e interligado. Suas estruturas conversam entre si. Suas dinâmicas influenciam umas às outras. Até a sua evolução está ligada.

Veja as luas mais internas conhecidas. Eles não ficam sentados na escuridão fria. Eles caem dentro dos anéis. Ou entre eles. Novas luas continuam aparecendo embutidas na própria estrutura do anel. O que levanta uma questão estranha: o que exatamente é uma lua?

O sistema de anéis é basicamente um enxame de pequenas luas. Estamos falando de partículas de poeira em pedaços do tamanho de um carro. Para pedras do tamanho de uma casa. Todos eles orbitam Saturno de forma independente. Não existe uma fronteira rígida entre a maior partícula do anel e a menor lua. Isso torna a contagem de luas um jogo perdido. Um número preciso pode ser simplesmente impossível.

O Sistema de Anel

Os anéis não são placas de gelo estáticas. Eles são dinâmicos. Ativo. Moldado pela gravidade e colisões. As luas atuam como pastores. Eles evitam que os anéis se espalhem. Eles também abrem lacunas. A Divisão Cassini, por exemplo, não é um espaço vazio. É o resultado de ressonâncias orbitais com luas como Mimas.

Quando olhamos para esses anéis, não vemos apenas detritos. Estamos vendo um laboratório. Um lugar onde a física atua em grande escala. As partículas colidem. Eles ficam. Eles se separam. O sistema está em fluxo constante.

Não se trata apenas de fotos bonitas. Trata-se de compreender como os sistemas planetários se formam. E como eles ficam juntos. Ou desmoronar. As linhas entre luas e anéis estão borradas. Intencionalmente? Não. Apenas o resultado de uma dança linda e caótica que vem acontecendo há bilhões de anos.

O avistamento de Saturno por Galileu em 1610 foi menos uma descoberta e mais uma confusão. Ele apontou seu telescópio primitivo para o planeta e relatou ter visto não um objeto, mas três.

“Saturno não é uma estrela única, mas é um composto de três, que quase se tocam, nunca mudam ou se movem umas em relação às outras e estão dispostas em uma fileira ao longo do zodíaco, sendo a do meio três vezes maior que as laterais.”

Ele pensou ter encontrado um sistema estelar triplo.

Dois anos depois, a estrela do meio permaneceu, mas as companheiras desapareceram. A Terra havia se movido. Ele cruzou o plano orbital de Saturno, observando os anéis de um ângulo lateral. Aos olhos perplexos de Galileu, os “apêndices” desapareceram completamente. Quando eles voltaram, ele ainda não conseguiu montar o quebra-cabeça. Ele nunca percebeu que aquelas protuberâncias estranhas eram um disco.

Foi necessário que o cientista holandês Christiaan Huygens, trabalhando com um telescópio significativamente melhor em 1655, deduzisse a verdadeira forma. Ele viu o plano circular inclinado. Ele até imaginou que fosse um disco sólido e grosso.

A matemática que provou que eles não são sólidos

O ceticismo cresceu em 1675. Gian Domenico Cassini, um astrônomo francês nascido na Itália, detectou uma enorme lacuna no disco. A divisão Cassini, como é conhecida hoje, fez com que a teoria dos anéis sólidos parecesse instável.

Depois veio a matemática.

Em 1789, Pierre-Simon Laplace propôs que os anéis fossem feitos de muitos componentes pequenos. Mas foi só em 1857 que o físico escocês James Clerk Maxwell provou isso matematicamente. Os anéis só poderiam ser estáveis ​​se fossem compostos por um grande número de pequenas partículas individuais.

O astrônomo americano James Keeler confirmou esta dedução cerca de 40 anos depois.

Uma estrutura frágil no espaço

Hoje sabemos que os anéis de Saturno são enormes, mas absurdamente finos.

• Diâmetro: 270.000 km (170.000 milhas)
• Espessura: Não mais que 100 metros (330 pés)
• Massa: $ 1,5 \times 10^{19}$ kg

Essa massa é apenas cerca de 0,41 vezes a da lua de Saturno, Mimas. Todo o sistema, incluindo os tênues anéis externos, abrange quase 26 milhões de km.

Mas por que os anéis não se agruparam formando uma lua?

O Limite Roche Explicado

Os anéis de Saturno situam-se confortavelmente dentro do limite clássico da Roche. Esta é a distância mais próxima que uma grande lua pode se aproximar de um planeta antes que as forças das marés o destruam. Para Saturno, esse limite é de cerca de 147.000 km (91.300 milhas), ou 2,44 raios de Saturno.

Dentro desta zona, as forças das marés impedem que pequenos corpos se agreguem em objetos maiores. A regra se aplica a objetos mantidos juntos pela gravidade. Isso não impede pequenos corpos mantidos juntos pela coesão molecular. É por isso que pequenas luas e satélites artificiais podem persistir indefinidamente dentro do limite.

De que são feitos os anéis?

Não podemos ver as partículas individuais diretamente. Em vez disso, deduzimos o seu tamanho pela forma como dispersam a luz e os sinais de rádio das estrelas e das naves espaciais.

O resultado é um espectro amplo e contínuo de tamanhos de partículas, variando de centímetros a vários metros. Existem significativamente menos objetos grandes do que pequenos. Esta distribuição corresponde ao resultado esperado de colisões repetidas que destroem corpos inicialmente maiores.

Em algumas áreas, as colisões são tão frequentes que existem até grãos do tamanho de poeira. Esses grãos têm vida útil curta. Eles ficam eletricamente carregados pela luz solar ou por impactos de micrometeoritos. Esta carga interage com o campo magnético de Saturno, criando “raios” móveis em forma de cunha que se estendem radialmente sobre o plano do anel.

Os raios eram comuns durante os encontros da Voyager. Eles desapareceram durante a missão Cassini até setembro de 2005. A mudança provavelmente aponta para como os diferentes ângulos do Sol afetam a produção de grãos carregados. Alguns astrônomos sugerem que os raios são sazonais, aparecendo apenas perto dos equinócios.

Há também evidências de “luas anulares” maiores, corpos com vários quilômetros de diâmetro embutidos nos anéis principais. Apenas alguns foram detectados. Essas luas de “pilha de entulho” são provavelmente transitórias, constantemente criadas e destruídas pela gravidade, colisões e velocidades orbitais variadas.

Os anéis estão morrendo

Os anéis refletem fortemente a luz solar. A análise espectroscópica mostra que são principalmente água gelada misturada com contaminantes mais escuros.

Como a massa total é tão baixa, os anéis são provavelmente muito jovens. Eles podem ter entre 10 e 100 milhões de anos.

Isso levanta uma questão: de onde eles vieram?

É concebível que os anéis principais tenham sido produzidos pela ruptura de um cometa. Alternativamente, luas do tamanho e composição de Tétis ou Dione poderiam ter se despedaçado. O sistema de anéis original teria sido muito maior, encolhendo com o tempo para formar luas internas geladas como Tétis.

Mas os anéis também estão desaparecendo.

O material carregado dos anéis migra para a ionosfera de Saturno seguindo as linhas do campo magnético. A cada segundo, entre 432 e 2.870 kg de material anular caem na atmosfera.

Nesse ritmo, os anéis desaparecerão em 292 milhões de anos.

Isso é um piscar de olhos em termos geológicos. Estamos vivendo numa breve janela da história cósmica, observando uma estrutura que é ao mesmo tempo magnífica e fugaz. O gelo está lá. A física é clara. Mas o fim já está em andamento.

O sistema de anéis principal não é apenas um disco plano. É uma confusão caótica e de múltiplas camadas de estruturas que abrangem escalas. Você tem os três grandes anéis principais – C, B e A – ordenados pela distância de Saturno. Estes são visíveis da Terra. Dentro deles, há uma miríade de cachos individuais, alguns com apenas alguns quilômetros de largura. Os cientistas usam essas estruturas para investigar ressonâncias gravitacionais. Eles observam quantas partículas pequenas interagem quando orbitam nas proximidades.

Muitas estruturas têm explicações teóricas. Um grande número permanece enigmático. Ainda falta uma síntese completa. Por que isso importa? Porque os anéis de Saturno podem ser análogos ao sistema original de partículas em forma de disco a partir do qual os planetas se formaram. A compreensão da sua dinâmica e evolução tem implicações para a origem do próprio sistema solar.

Como a profundidade óptica revela a densidade do anel

A estrutura é amplamente descrita por profundidade óptica em função da distância de Saturno. A profundidade óptica mede quanta radiação eletromagnética é absorvida ao passar por um meio. Pense em nuvens. Atmosferas planetárias. Regiões de partículas espaciais. Serve como um indicador de densidade média.

Um meio completamente transparente tem uma profundidade óptica de 0. À medida que a densidade aumenta, o número também aumenta. Depende do comprimento de onda e do tipo de meio. Para os anéis de Saturno, comprimentos de onda de rádio de vários centímetros ou mais não são afetados pelas menores partículas do anel. Eles encontram profundidades ópticas menores do que comprimentos de onda visíveis.

Os anéis internos: C, D e o anel B denso

O anel B é o mais brilhante. Mais grosso. Mais amplo. Estende-se de 1,52 a 1,95 raios de Saturno. As profundidades ópticas ficam entre 0,4 e 2,5. Valores precisos dependem da distância de Saturno e do comprimento de onda da luz. (O raio equatorial de Saturno é 60.268 km.)

Ele é separado visualmente do anel principal externo, o anel A, pela divisão Cassini. Essa é a lacuna mais proeminente. Situado entre 1,95 e 2,02 raios de Saturno, não é desprovido de partículas. Ele exibe variações complicadas na profundidade óptica com um valor médio de 0,1.

O anel A se estende de 2,02 a 2,27 raios de Saturno. As profundidades ópticas variam de 0,4 a 1,0.

Dentro do anel B fica o anel C. Às vezes conhecido como anel de crepe. Ele fica entre 1,23 e 1,52 raios de Saturno com profundidades ópticas próximas de 0,1. Dentro dele, nos raios 1,11 a 1,23, está o anel D extremamente tênue. Não tem efeito mensurável na luz das estrelas ou nas ondas de rádio. Visível apenas na luz refletida.

O F Ring e os arredores

Exterior ao anel A fica o estreito anel F em 2,33 raios de Saturno. As observações da Cassini sugerem uma estrutura espiral bem enrolada. Entre os anéis A e F, distribuídos ao longo da órbita da lua interna Atlas, há uma tênue faixa de material. Provavelmente derramado pela lua.

Ainda mais longe está o anel G. Profundidade óptica de apenas 0,000001. Situada a cerca de 2,8 raios de Saturno. Originalmente detectado por sua influência em partículas carregadas na magnetosfera de Saturno. Fracamente discernível nas imagens da Voyager.

Imagens da Cassini de 2008 revelaram uma pequena lua chamada Aegaeon no anel G. Cerca de 0,5 km de diâmetro. Pode ser um dos vários órgãos-mãe. Esses anéis fora do anel A são análogos aos anéis de Júpiter. Composto principalmente por pequenas partículas continuamente liberadas pelas luas.

O anel E e o enorme anel Phoebe

Além do anel G está o anel E. Extremamente amplo. Difuso. Estende-se de 3 a pelo menos 8 raios de Saturno. As observações da Cassini verificaram que é composto por partículas de gelo provenientes de gêiseres. Vulcanismo de gelo ou criovulcanismo. Uma região termicamente ativa – um ponto quente – perto do pólo sul de Encélado.

Depois, há o anel mais externo. Estendendo-se de 128 a 207 raios de Saturno. Muito além dos outros. Um vasto e tênue anel de poeira. Livre-se dos impactos na lua Phoebe. É o maior anel planetário do sistema solar.

Descoberto pelo Telescópio Espacial Spitzer. As observações mostraram uma profundidade óptica de 2 × 10−8. Ao contrário de outros anéis, este anel de poeira partilha a mesma inclinação da órbita de Febe.

Outros pequenos satélites também possuem anéis tênues. Ou arcos de anel. Associado às luas co-orbitais Janus e Epimeteu. Metona. Anthe. Pallene.

O sistema ainda não é totalmente compreendido. Temos peças do quebra-cabeça. O resto permanece escondido nas lacunas.

A profundidade óptica nos principais anéis de Saturno não é uniforme. Está fraturado. Existem lacunas enormes espalhadas pelos anéis C, B e A, algumas nomeadas em homenagem aos astrônomos que os mapearam pela primeira vez. Estamos falando das lacunas de Colombo, Maxwell, Bond e Dawes dentro do anel C. Depois, há a lacuna de Huygens na borda externa do anel B, e as lacunas de Encke e Keeler dentro do anel A.

A maioria deles eram mistérios até a espaçonave se aproximar. A lacuna de Encke era a única conhecida na Terra antes das missões Voyager.

Os Cortadores Moonlet

Por que eles estão vazios? Durante muito tempo foi apenas teoria. Os cientistas adivinharam que uma pequena lua, com cerca de 10 quilómetros de largura, orbitava dentro da lacuna, limpando os detritos com a sua gravidade.

Acontece que eles estavam certos.

Pan vive na lacuna de Encke. A Voyager capturou-o em 1990. Cassini viu-o novamente mais tarde, confirmando a teoria. Então veio Dafnis. Foi o pastor esperado para a lacuna de Keeler. Cassini o encontrou em 2005.

“Daphnis, a esperada lua correspondente dentro da lacuna de Keeler, foi encontrada em imagens da Cassini em 2005.”

O padrão se repete. As luas também podem estar escondidas nas lacunas de Huygens e Maxwell. Mas a verdadeira surpresa veio do anel A. A Cassini detectou mais de 150 pequenas luas com cerca de 100 metros de diâmetro. Eles não eliminam grandes lacunas. Eles deixam estruturas de “hélice” em seu rastro – pequenas perturbações no gelo que denunciam sua presença. Uma lua de 400 metros foi até avistada no anel B, embora não pareça estar abrindo um buraco.

A armadilha da ressonância

Às vezes, a lua não está na lacuna. Está longe, mas sua gravidade ainda chega.

Isso acontece através da ressonância orbital. A matemática é simples. A lua e as partículas do anel devem completar suas órbitas em uma proporção de números inteiros. Se uma partícula estiver em um raio específico, ela sempre encontra a Lua no mesmo local. Com o passar dos anos, esses repetidos puxões gravitacionais aumentam. Eles empurram a partícula para fora. A lacuna se forma.

Se a lua orbita fora do anel, ela retira momento angular das partículas. Ele lança uma onda de densidade espiral. Se a ressonância for forte, a lacuna desaparece.

Observe a borda do anel B e a divisão Cassini. Eles estão em ressonância 2:1 com Mimas. Mimas leva o dobro do tempo para orbitar Saturno do que as partículas nesse raio. O resultado? A fronteira não é um círculo perfeito. É bilobado.

A borda externa do anel A é moldada por Jano e Epimeteu em ressonância 7:6. É recortado com sete lóbulos.

As ressonâncias explicam parte da estrutura fina. Mas não tudo. Existem milhares de cachos. Não temos luas ou ressonâncias conhecidas suficientes para explicar todas elas. O sistema é mais caótico do que os modelos sugerem.

Os dados do anel

Os números contam uma história diferente da teoria. Veja como as peças se encaixam por raio e largura.

Anel (ou divisão ou lacuna)	Raio da aresta interior (km)	Largura (km)	Comentários
Anel D	67.000	7.500	Fraco, visível apenas na luz refletida
Anel C	74.490	17.500	Também chamado de anel crepe
(lacuna de Colombo)	77.800	100
(lacuna de Maxwell)	87.500	270
(lacuna de títulos)	88.690	30
(lacuna de Dawes)	90.200	20
Anel B	91.980	25.500	Anel mais brilhante
(Divisão Cassini)	117.500	4.700	Maior folga do anel
(lacuna de Huygens)	117.680	285–440
(lacuna de Herschel)	118.183	102
(gap de Russell)	118.597	33
(lacuna de Jeffreys)	118.931	38
(lacuna de Kuiper)	119.403	3
(lacuna de Laplace)	119.848	238
(lacuna de Bessel)	120.236	10
(lacuna de Barnard)	120.305	13
Um anel	122.050	14.600	Anel mais externo visível da Terra
(lacuna de Encke)	133.570	325
(lacuna de Keeler)	136.530	35
(Divisão Roche)	136.770	2.600
Anel F	140.224	30–500	Anel principal fraco e mais estreito
Anel G	166.000	8.000	Desmaiado
Anel E	180.000	300.000	Desmaiado
Anel de poeira Phoebe	7.772.240	4.766.000	Maior anel planetário do sistema solar, visível em luz infravermelha

Luas de Saturno

Saturno detém a coroa do maior número de luas do sistema solar. A contagem é de 274 satélites conhecidos. Este não é apenas um número. É um cemitério de gelo, rocha e caos orbitando um gigante gasoso. Temos dados de alguns desses órgãos resumidos em tabelas detalhadas. Nomes. Números tradicionais. Distâncias orbitais. Características físicas. Eles estão listados individualmente.

O Círculo Interno: Pequeno, Rápido e Regular

As primeiras 18 luas descobertas estão todas próximas. Com exceção de Phoebe, que fica no gelo profundo do sistema exterior, eles orbitam a 3,6 milhões de quilômetros de Saturno. São 2,2 milhões de milhas. Nove deles são enormes. Mais de 100 km de raio. Os humanos os viram através de telescópios antes do final do século XX. O resto? Eles eram fantasmas pixelados nas imagens da Voyager do início dos anos 1980.

Então Cassini chegou. A partir de 2004, encontrou os pequeninos. Polideuces é um deles. Raios de apenas 3–4 km. Quase imperceptível. Essas luas internas são regulares. Suas órbitas são progressivas. Baixa inclinação. Baixa excentricidade. Eles se comportam.

“Pensa-se que os oito maiores se formaram ao longo do plano equatorial de Saturno a partir de um disco protoplanetário de material, da mesma forma que os planetas se formaram em torno do Sol.”

Pan é um exemplo clássico dessa regularidade. Designação XVIII. Ele orbita a 133.580 km. Leva 0,575 dias para circundar o planeta. É minúsculo. Raio de 10 km. A massa é insignificante em 0,049 x 10 ^ 17 kg. A densidade é baixa, 0,36 g/cm3. É uma lua esculpida nos anéis.

Daphnis é ainda menor. XXXV. Raio de 3,5 km. Ele orbita a 136.500 km. A massa é pouco conhecida, listada como (0,002). Mas isso importa. Ele abre lacunas. Ele pastoreia partículas anulares.

Atlas segue a 137.670 km. Raio 19 x 17 x 14 km. Não é uma esfera. É um disco achatado. Prometeu e Pandora são as luas pastoras do Anel F. Prometeu é maior. 70 x 50 x 34 km. Pandora tem 55 x 44 x 31 km. Suas órbitas estão próximas. Prometeu a 139.380 km. Pandora a 141.720 km.

Epimeteu e Jano jogam um jogo bizarro. Eles compartilham órbitas. Epimeteu é XI. Janus é X. Suas distâncias são quase idênticas. 151.410 km contra 151.460 km. Eles trocam de posição a cada quatro anos. Uma dança gravitacional. Epimeteu tem um raio de 69 x 55 x 55 km. Janus é mais volumoso com 99 x 96 x 76 km.

Aegaeon é o menor do grupo. LIII. Raio de 0,3 km. Ele mora no Anel G. Uma pedra.

Mimas é o primeiro grande que a maioria das pessoas conhece. I. Tem uma cratera que faz com que pareça a Estrela da Morte. Raio 198 km. A massa é 373 x 10 ^ 17 kg. A densidade é 1,15 g/cm3. É principalmente gelo.

Methone e Anthe são pequenas partículas. Metona é XXXII. Raio 1,5 km. Anthe é XLIX. Raio 1 km. Pallene é XXXIII. Raio 2 km. Eles são todos pequenos. Tudo normal.

Encélado é o estranho. II. Isso desafia o modelo de “pedra morta”. Raio 252 km. Densidade 1,61 g/cm3. Tem gêiseres. Vapor de água disparado para o espaço. É um mundo que pode esconder um oceano.

Tétis é III. Raio 533 km. A densidade é baixa. 0,97g/cm3. É água gelada quase pura. Telesto e Calypso são Trojans. Eles compartilham a órbita de Tétis. Telesto avança 60°. Calipso segue. Eles são pequenos. 15 km de diâmetro. Formas ásperas.

Polydeuces é outro Trojan. XXXIV. Segue Dione. Mas sua órbita é confusa. Grandes variações. Não adere ao ponto de 60° como o Calypso.

Dione está IV. Raio 562 km. A massa é pesada. 10.970×10^17kg. Densidade 1,48 g/cm3. Helene é sua lua de Tróia. XII. Raio 16 km.

Rhea é V. Raio 764 km. É a segunda maior das luas regulares internas. A massa é 22.900 x 10 ^ 17 kg.

Titã é VI. O rei. Raio 2.576 km. A massa é enorme. 1.342.000 x 10^17kg. Densidade 1,88 g/cm3. Tem uma atmosfera densa. Lagos de metano. É um mundo em si.

Os Irregulares Distantes: Caos e Retromoção

Além de Titã, as regras são quebradas. Hipérion é VII. Raio 185 x 140 x 113 km. Sua rotação é caótica. Ele cai. Sem rotação estável. É uma esponja. Poroso.

Jápeto é VIII. Raio 735 km. Está longe. 3,56 milhões de km. A órbita leva 79,33 dias. A inclinação oscila. A lua tem dois tons. Escuro de um lado. Brilhante, por outro.

Depois, há as luas irregulares. Dezenas deles. Pequeno. Distante. Retrógrado. Eles orbitam para trás. Ou em ângulos íngremes.

Kiviuq é XXIV. Distância 11.110.000 km. Período 449,22 dias. Inclinação 45,708°. Retrógrado? Não, prograde, mas altamente inclinado. Raio 8 km. A massa é desconhecida. (0,033).

Ijiraq é XXII. 11.124.000 km de distância. Inclinação 46,448°. Raio 6 km.

Febe é IX. O estranho no cluster interno? Não, está nas profundezas do sistema externo. 12.947.780 km de distância. O período é de 550,31 dias. O ‘R’ indica retrógrado. A inclinação é enorme. 175,3°. É um objeto capturado. Provavelmente do Cinturão de Kuiper. Raio 107 km. A massa é 83 x 10 ^ 17 kg.

O enxame externo continua. Paaliaq. XX. 15,2 milhões de km. Skathi. XXVII. Retrógrado. Albiorix. XXVI. S/2007 S2. Uma designação provisória. Ainda não há nome. Bebionn. Erríapo. Siarnaq. O maior dos irregulares. Raio 20 km.

Skoll. Tarvos. Tarqeq. Ai. S/2004 S13. Hyrokkin. Mundilfari. S/2006 S1. S/2007 S3. Jarnsaxa. Narvi. Bergelmir. S/2004 S17. Suttungr. Hati. S/2004 S12. Bestla. Thrymr. Farbauti. Égir. S/2004 S7. Kari. S/2006 S3. Fenrir. Surtur. Ymir. Loge. Fornjot.

A maioria deles é pequena. Raio 2–5 km. Alguns até 20 km. Siarnaq é grande para um objeto capturado.

Seus períodos são longos. Centenas de dias. As inclinações variam muito. 33° a 179°. As excentricidades são altas. 0,1 a 0,5. Eles não fazem parte da formação original de Saturno. Eles foram roubados.

“As quantidades indicadas entre parênteses são pouco conhecidas.”

Esta nota aplica-se a muitas destas luas distantes. Nós os vemos. Calculamos suas órbitas. Mas não sabemos sua massa. Ou sua densidade exata.

Por que isso é importante

Por que catalogar 274 luas? Não é apenas burocracia. Trata-se de compreender o

A franja distante e capturada

Olhe além dos anéis internos ordenados e dos satélites regulares e você se deparará com uma parede de caos. Começando a cerca de 11 milhões de quilómetros de Saturno, a geografia do sistema solar muda completamente. É aqui que as regras “regulares” da criação da lua param de se aplicar. Aqui está um segundo grupo externo de luas que não segue as regras.

Suas órbitas são definidas por aquilo que eles não são. Eles não são circulares. Eles não são planos. Em vez disso, estes corpos traçam caminhos altamente excêntricos e inclinados em torno do planeta gigante. É uma geometria confusa. Cerca de dois terços deles movem-se de forma retrógrada, o que significa que orbitam na direção oposta à rotação de Saturno. Eles são vagabundos cósmicos, girando contra a corrente do momento angular do sistema.

Em termos de tamanho, eles são insignificantes em comparação com Titã ou Encélado. Com exceção de Febe – uma anomalia substancial com um raio que supera o resto – todas estas luas têm menos de 20 quilómetros de largura. Isso é pequeno. Minúsculo, na verdade.

Como os encontramos

Como nós os vimos? A maioria destas manchas distantes e ténues não eram visíveis pelo telescópio de Galileu ou pelas primeiras sondas robóticas. Eles exigiram uma mudança na estratégia de detecção. A partir de 2000, os astrónomos começaram a aplicar novos métodos de detecção electrónica na procura de objectos mais ténues no sistema solar. O objetivo era simples: encontrar coisas menores. A tecnologia permitiu-lhes captar sinais de objetos muito escuros para serem detectados com técnicas mais antigas.

Algumas dessas descobertas vieram de observatórios baseados na Terra que usaram esses novos métodos eletrônicos. Outros foram capturados pela Cassini, a espaçonave que passou anos mapeando o sistema saturniano. Sem o olhar aproximado da Cassini e sem os sensores terrestres melhorados, esta população exterior provavelmente ainda seria invisível para nós.

Capturado, Não Primordial

Por que isso importa? Isso muda nossa compreensão da história de Saturno. Esses corpos externos parecem não ser luas primordiais. Eles não se formaram ao lado de Saturno a partir do disco original de gás e poeira. Em vez disso, parecem objetos capturados. Ou fragmentos desses objetos.

Pense nisso. Uma lua que nasceu noutro local, talvez na Cintura de Kuiper ou mais longe na nebulosa, foi atraída pela gravidade de Saturno e ficou presa. É um sequestro celestial. As órbitas irregulares são o tecido cicatricial desse evento de captura. A alta inclinação e excentricidade são resultado de uma inserção caótica no sistema.

Isso sugere que Saturno tem uma história gravitacional complexa, na qual sua família não cresceu do zero. Roubou vizinhos. Ele coletou detritos. O anel externo das luas é menos uma família e mais uma coleção de refugiados.

Os mundos gelados de Saturno

Titã não é apenas grande. É a única lua do nosso sistema solar com nuvens, uma atmosfera densa e verdadeiros lagos líquidos. Seu corpo sólido se estende por 5.150 quilômetros (3.200 milhas). Isso o faz perder apenas em tamanho para Ganimedes de Júpiter.

Sua densidade é baixa. Apenas 1,88 gramas por centímetro cúbico. Este número conta uma história sobre o que está dentro. Não é apenas rock. É uma mistura de silicatos e gelos. O gelo provavelmente é água congelada com amônia e metano.

O ar está pesado aqui. A pressão superficial é de 1,5 bar. Isso é 50% maior que a Terra. O nitrogênio domina. O metano representa cerca de 5%. Traços de outros compostos de carbono permanecem na mistura.

Durante muito tempo, a superfície ficou escondida. Uma névoa espessa, vermelho-amarronzada, obstruía a visão. Não pudemos ver muita coisa até a chegada da Cassini-Huygens. Os dados mudaram tudo.

A superfície de Titã é esculpida por processos estranhamente semelhantes aos da Terra: precipitação, fluxo de líquidos, vento e até possíveis vulcões.

A espaçonave viu uma topografia complexa. A chuva cai. Fluxo de líquidos. O vento molda a terra. Também há impactos. E talvez atividade tectônica. Não é uma rocha morta. É um mundo ativo.

Depois há os outros.

Eles são muito menores. E principalmente sem ar. Encélado é a exceção. Cassini encontrou vapor d’água saindo de seu pólo sul. Mas quanto ao resto? Nada detectável.

A sua densidade é ainda menor. Entre 1 e 1,5 gramas por centímetro cúbico. A espectroscopia confirma isso. Eles são ricos em gelo. Principalmente água gelada. Às vezes misturado com dióxido de carbono ou amônia.

À distância de Saturno do Sol, faz frio. Brutalmente. O gelo se comporta como rocha. Não flui nem cura. Crateras de impacto permanecem gravadas na superfície por eras.

À distância, parecem a Lua da Terra. Cratera. Cinza. Morto.

Mas essa semelhança é superficial. A química é diferente. A história é diferente. Não são apenas pedras envoltas em gelo. São mundos de gelo, esperando para serem compreendidos.

Uma Lua Marcada pela Violência

Parece que Mimas perdeu uma luta com o cinturão de asteróides. A sua superfície é marcada por marcas, uma paisagem caótica de crateras que espelha as terras altas escarpadas da nossa própria Lua. Mas há uma característica que torna esta lua gelada verdadeiramente única no sistema solar. Não apenas grande. Proporcionalmente massivo.

No centro deste caos está a cratera Herschel.

Nomeado em homenagem a William Herschel, o astrônomo do século XVIII que descobriu Mimas em 1789, este local de impacto é um testemunho da pura energia cinética. A cratera se estende por 130 quilômetros de diâmetro. Para colocar isso em perspectiva, isso representa um terço de todo o diâmetro do próprio Mimas. Se você ficasse na borda, não estaria apenas olhando para um buraco. Você estaria olhando para um terço do seu mundo.

O dano é profundo. Aproximadamente 10 quilômetros abaixo da crosta. As paredes externas têm cerca de 5 quilômetros de altura. Isso é mais alto do que o Monte Everest é alto da base ao pico.

Por que isso importa?

Fala-nos sobre a volatilidade do início do sistema solar. Mimas não existia apenas. Ele sobreviveu. Uma colisão desta magnitude deveria ter destruído totalmente a lua. Em vez disso, manteve-se unido. A geometria da cratera sugere que o impacto foi quase perpendicular. Um golpe direto.

Vemos esse mesmo padrão em outros corpos gelados. Encélado próximo mostra sinais de aquecimento das marés, mas Mimas permanece frio e morto. Sua superfície não muda. Preserva as cicatrizes.

A escala é difícil de visualizar até que você a compare. A cratera é tão grande que falta o pico central. Ou talvez tenha entrado em colapso. Ou talvez nunca tenha existido para começar. As paredes são íngremes. Algumas seções parecem ter deslizado para o vazio.

Esta não é apenas uma pedra com um amassado. É um aviso.

Se algo tão pequeno pode sofrer tanto impacto e continuar girando, o que acontece quando corpos maiores colidem? A cratera Herschel é um momento congelado de violência. Captura o segundo exato em que Mimas quase morreu.

Mapeamos essas crateras para datar a superfície. As áreas mais antigas têm mais impactos. As áreas mais jovens têm menos. Herschel é antigo. Está lá desde o início da fase de limpeza planetária.

Os cientistas estudam a relação profundidade-diâmetro para compreender o subsolo. Mimas é gelo sólido? Ou tem um oceano líquido por baixo? A estrutura da cratera sugere a força interna da lua. Aguentou. Por muito pouco.

Da próxima vez que você olhar para a Lua, pense em Mimas. Um mundo minúsculo e distante com uma cicatriz com um terço do seu tamanho.

Encélado é uma anomalia brilhante. Sua superfície reflete mais luz do que a neve fresca da Terra. As imagens da Voyager detectaram grandes áreas quase sem grandes crateras. Planícies suaves e terrenos escarpados dominam a paisagem. Isso aponta para calor interno recente. O derretimento e o ressurgimento aconteceram nos últimos 100 milhões de anos. É geologicamente jovem.

Os dados espectrais da Cassini confirmaram que o gelo é quase água pura. Mas a verdadeira história está no pólo sul. Ali está um ponto quente que atinge 140 Kelvin (-208 °F). Isso é muito quente para apenas aquecimento solar. A lua hospeda “listras de tigre” – estranhas fraturas geológicas.

Essas rachaduras estão liberando partículas de gelo de água para o espaço. As plumas alimentam o anel E de Saturno. A lua ejeta cerca de 1.000 toneladas métricas de material anualmente. As partículas são minúsculas. Aproximadamente um micrômetro de tamanho. Eles desaparecem em alguns milhares de anos devido à dinâmica orbital. Se o anel existe agora, a Lua deve estar bombeando-o ativamente. A fonte é um oceano subterrâneo. Provavelmente cobre toda a lua. As fontes hidrotermais provavelmente pontilham o fundo do oceano, 30 a 40 km abaixo da superfície.

Vizinhos mais velhos e mais secos

Tétis conta uma história diferente. É maior que Encélado, mas muito menos ativo. A superfície está repleta de crateras. Parece velho. Existem sinais sutis de gelo rastejante ou fluxo viscoso. Mas sem grande recapeamento.

Dione e Rhea são semelhantes. Suas superfícies lembram as terras altas lunares. Muitas crateras. Manchas brilhantes sugerem gelo fresco exposto. No entanto, Dione mostra atividade mais recente, apesar de ser menor que Rhea. Ressurgiu planícies. Os sistemas de fratura cortam sua crosta. O calor interno também desempenhou um papel aqui.

O lado negro de Jápeto

Jápeto é bizarro. Seus hemisférios dianteiro e traseiro têm refletividades totalmente diferentes. O lado principal é incrivelmente escuro. O material mais escuro fica no ápice de seu movimento orbital. A Cassini encontrou lá compostos de dióxido de carbono, orgânicos e cianeto.

O lado posterior é o oposto. É até 10 vezes mais reflexivo. Possui muitas crateras e principalmente água gelada.

Por que tal divisão? O material escuro do anel de poeira de Phoebe se acumula no hemisfério principal. Essa poeira escura absorve a luz solar. A região esquenta. A água gelada ali se transforma em vapor. O vapor migra. Ele condensa e congela no hemisfério posterior mais frio. O processo amplifica o contraste. A baixa densidade média de Jápeto sugere que a lua é composta principalmente de água gelada.

A dinâmica que rege as luas de Saturno não é estática. Eles são um sistema caótico e pulsante de trocas gravitacionais que desafiam uma explicação simples. Alguns destes comportamentos estão diretamente ligados aos anéis do planeta, criando um puzzle que os cientistas ainda estão a tentar resolver.

Considere as pequenas luas Janus, Epimeteu e Pandora. Eles ficam pendurados perto da borda externa do sistema de anéis principal. As interações gravitacionais com as partículas do anel as empurram para fora. É uma força minúscula. Mas é constante. Esta troca de momento angular faz duas coisas. Reduz a propagação causada por colisões nos anéis. Também leva as luas a órbitas maiores.

Aqui está o problema. Essas luas são minúsculas. Se este processo continuasse durante a era do sistema solar, eles estariam muito além das suas posições atuais. Eles não são. A borda externa afiada do anel principal permanece. Luas internas como Atlas permanecem no lugar. Isto apoia uma hipótese preocupante. O atual sistema de anéis é muito mais jovem que o próprio Saturno.

As Luas Pastoras

Pandora e Prometeu são os exemplos mais famosos de confinamento. A Voyager 1 capturou-os orbitando em ambos os lados do estreito anel F. A Pioneer 11 havia encontrado aquele anel apenas um ano antes.

O termo “lua pastora” se aplica aqui. Esses corpos mantêm as partículas do anel confinadas a uma banda estreita. Prometeu atua como o pastor interior. Ele empurra o anel para fora. Esta ação puxa o próprio Prometeu para dentro. Pandora é o pastor exterior. Ela recebe momento angular do anel. Isso empurra o anel para dentro e impulsiona Pandora para fora.

A missão Cassini registou isto claramente. Bandas complexas e onduladas de partículas são retiradas do anel F à medida que os pastores passam.

O termo pastor é frequentemente usado para descrever qualquer lua que restringe a extensão de um anel através de forças gravitacionais.

Esta definição é ampla. Inclui Janus e Epimeteu, cujos efeitos de anel foram descritos acima. Também inclui luas que criam lacunas, como Pan.

Parceiros Coorbitais

Janus e Epimeteu compartilham a mesma órbita média. Eles são co-orbitais. A cada poucos anos, eles se aproximam de perto. Sua gravidade interage. Um transmite momento angular para o outro. O destinatário passa para uma órbita ligeiramente mais alta. O transmissor cai para um ligeiramente mais baixo. O processo se inverte na próxima abordagem.

Nem todos os coorbitais se comportam dessa maneira. Tethys e Dione também têm companheiros. Mas Tethys e Dione são enormes. Não há troca significativa de momento angular. Em vez disso, seus companheiros sentam-se em pontos Lagrangianos estáveis.

Telesto e Calypso lideram e seguem Tétis por 60°. Eles são análogos aos asteróides troianos na órbita de Júpiter. Helene e Polideuces fazem o mesmo com Dione. Eles lideram e seguem em média.

Ressonância e Calor

Vários pares de luas existem em ressonâncias dinâmicas estáveis. Eles se cruzam periodicamente. Seus períodos orbitais relacionam-se em pequenos números inteiros.

Veja Hipérion e Titã. Titã orbita em 15,94 dias. Hyperion leva 21,28 dias. A proporção é de aproximadamente 4:3. Titã completa quatro órbitas enquanto Hyperion completa três. Eles sempre passam mais perto do apoapisto de Hipérion – o ponto mais distante de sua trajetória elíptica.

Titã é mais de 50 vezes mais massivo que Hipérion. Ele transmite mais impulso nos mesmos pontos da órbita de Hyperion. Esses “empurrões” periódicos forçam Hyperion a uma órbita excêntrica relativamente alongada.

Isso é importante para a evolução geológica. As ressonâncias podem forçar as excentricidades orbitais a valores grandes.

Normalmente, as interações das marés reduzem a excentricidade. A atração gravitacional de Saturno deforma ciclicamente as luas mais próximas. Este efeito de frenagem causa rotação síncrona. A lua gira na mesma proporção em que gira. O mesmo hemisfério sempre está voltado para o planeta. A Lua da Terra faz isso. O mesmo acontece com várias das luas internas de Saturno.

Quando uma lua gira sincronizadamente, a deformação é estacionária em seu referencial. O aquecimento por fricção para.

Mas a ressonância muda tudo. Uma lua forçada a uma órbita excêntrica por ressonância experimenta interação de maré mesmo em rotação síncrona. Ele viaja alternadamente para mais longe e mais perto do planeta. A deformação torna-se dinâmica. Gera calor através do atrito interno.

Io de Júpiter é o exemplo extremo. A ressonância com Europa força-a a seguir um caminho excêntrico. Io é o corpo mais vulcanicamente ativo do sistema solar.

As luas de Saturno provavelmente seguem uma lógica semelhante. Se as ressonâncias mantiverem suas excentricidades, elas ainda poderão estar aquecendo internamente. A questão é se podemos detectar esse calor. Ou se a juventude dos anéis sugerir que o sistema seja totalmente reiniciado, eliminando qualquer histórico térmico anterior.

O calor oculto das luas de Saturno

Os modelos atuais mostram que as forças das marés não estão fazendo muito trabalho pesado para aquecer as luas de Saturno neste momento. A matemática simplesmente não bate. Mas o passado conta uma história diferente. Naquela época, o atrito poderia ter sido significativo. É um lembrete de que esses corpos celestes mudam. Eles são legais. Eles mudam.

Veja Encélado. Seu pólo sul é uma questão completamente diferente. As famosas “listras de tigre” são fissuras largas. Eles vomitam material gelado no espaço. Esses detritos formam o anel E difuso. A lua orbita dentro desse anel. A conexão é direta.

Os cientistas ainda estão tentando determinar a causa exata desta atividade térmica. As fissuras estão quentes. Quente demais para um simples decaimento radiogênico. A principal teoria aponta para a deformação das marés. Mesmo que o calor atual seja baixo, o estresse mecânico da gravidade de Saturno na crosta lunar é provavelmente o motor. Flexiona o gelo. Esse atrito gera calor. Ele mantém o líquido do oceano subterrâneo.

As listras de tigre são a fonte atual do material gelado para o anel E difuso.

Não se trata apenas de anéis bonitos. É uma questão de habitabilidade. Se as forças das marés fossem mais fortes no passado, essas luas poderiam ter sido mais quentes durante mais tempo. As condições para a vida poderiam ter existido quando não existiam agora. Estamos olhando para uma linha do tempo geológica. Não é um instantâneo estático.

A questão permanece se podemos detectar esta atividade antiga. A geologia da superfície oferece pistas. Rachaduras. Planícies suaves. Eventos de reaparecimento. Tudo aponta para um interior dinâmico. A gravidade de Saturno é uma força de atração. Isso nunca para. Apenas muda a intensidade. Compreender isso nos ajuda a prever como seriam as outras luas. Mais perto de seus planetas. Mais quente. Mais ativo.

Hyperion quebra as regras. A maioria das luas do sistema solar travam em rotação síncrona porque as forças das marés arrastam seus giros para acompanhar suas órbitas. Hyperion se recusa a obedecer. Sua órbita excêntrica e formato bizarramente não esférico criam um cabo de guerra confuso entre seu giro e o momento angular orbital. O resultado é o caos. Matematicamente falando, é imprevisível.

A Voyager viu-o girar de forma não síncrona durante um período de cerca de 13 dias. Isso foi apenas um instantâneo. Aplique a teoria do caos a esses dados, misturados com observações posteriores baseadas na Terra, e você verá a imagem real. Hyperion está caindo. É o único objeto conhecido no sistema solar girando de maneira caótica. Você não pode prever para onde ele estará em seguida.

Vendo Saturno da Terra

Mesmo com condições perfeitas na Terra, os telescópios não conseguem identificar características de Saturno com dimensões inferiores a alguns milhares de quilómetros. Antes da espaçonave passar, não sabíamos quase nada sobre os detalhes dos anéis ou da atmosfera.

A lacuna de Encke no anel A é um bom exemplo. Johann Franz Encke relatou isso em 1837. Durante mais de um século, as pessoas duvidaram que existisse. Somente em 1978 Harold Reitsema confirmou isso. Ele usou medições de um eclipse da lua Jápeto pelos anéis para obter uma resolução melhor do que os métodos normais baseados na Terra permitiam.

A pesquisa moderna baseada na Terra usa truques. A espectroscopia infravermelha revela a composição e o equilíbrio térmico dos anéis, da atmosfera e das luas. Você também pode obter resolução em escala de quilômetros observando estrelas brilhantes passando atrás do planeta. Ocultação. Em 1989, Saturno e Titã ocultaram a estrela brilhante 28 Sagittarii. Ele permitiu aos astrônomos ver estruturas anulares e atmosféricas com uma clareza nunca vista desde a Voyager.

Depois houve a Grande Mancha Branca de 1990. Os telescópios de superfície e o Telescópio Espacial Hubble observaram-no. O Hubble estava acima do efeito de distorção da atmosfera da Terra. Limpar dados. Em 1995, a Terra passou pelo plano anular de Saturno. A vista lateral nos permite determinar diretamente a espessura do anel. Também permitiu uma medição precisa da taxa de precessão do eixo de rotação de Saturno.

As missões Pioneer e Voyager

Pioneer 11 foi o primeiro. Lançado no início da década de 1970, originalmente se dirigia para Júpiter. Os cientistas da missão não planejaram uma parada em Saturno. Mas a gravidade de Júpiter ajudou-os a redirecionar a sonda. Eles giraram e enviaram-no voando em direção a Saturno.

Em 1979, o Pioneer 11 passou pelo plano do anel. Chegou a 38.000 km (24.000 milhas) do anel A. Ele voou a 21.000 km (13.000 milhas) da atmosfera de Saturno. Perto o suficiente para sentir o calor, provavelmente.

Seguiram-se as Voyager 1 e 2. Lançados em 1977, eles também visavam inicialmente Júpiter. Essas sondas gêmeas carregavam equipamentos de imagem muito mais elaborados. Eles foram construídos para sobrevoos em vários planetas. Objectivos científicos específicos em cada destino.

Tal como a Pioneer, usaram a massa de Júpiter para manobras assistidas pela gravidade. Isso redirecionou suas trajetórias para Saturno. A Voyager 1 chegou em 1980. A Voyager 2 em 1981. Juntas, devolveram dezenas de milhares de imagens de Saturno, dos seus anéis e das suas luas. Os dados foram esmagadores. Detalhado. Real.

A missão Cassini-Huygens não foi apenas uma viagem a Saturno. Foi um feito diplomático e de engenharia de vinte anos envolvendo NASA, ESA e ASI (Itália). Lançada em 1997, a espaçonave não seguiu em linha reta. Foi necessário um atalho cósmico.

As assistências gravitacionais de Vênus, da Terra e de Júpiter lançaram-no em direção ao sistema solar exterior. Em 2004, ele chegou. A nave pesava quase seis toneladas com combustível. Foi uma das máquinas mais pesadas, caras e complexas que os humanos construíram até então.

Mas o hardware era apenas metade da história.

Um mistério em duas partes

A missão se dividiu em duas personalidades distintas.

Cassini orbitou Saturno. Estudou os anéis, a atmosfera do planeta e as luas geladas.

Huygens separado. Ele desceu pela espessa atmosfera laranja de Titã. Não teve pára-quedas durante todo o percurso, mas pousou suavemente em uma superfície sólida em janeiro de 2005.

Durante três horas, a Huygens enviou dados de volta. Imagens. Leituras químicas. Cassini captou o sinal e o transmitiu para a Terra. Os cientistas assistiram em tempo real enquanto a humanidade tocava o solo de uma lua distante pela primeira vez.

Por que o fim foi planejado

Muitas vezes pensamos que as missões espaciais terminam porque ficam sem combustível ou avariam. O fim da Cassini foi diferente. Foi uma escolha.

Em 2017, o combustível acabou. A espaçonave também estava perigosamente perto de luas que poderiam abrigar vida. Titã tinha lagos líquidos. Encélado tinha gêiseres lançando água gelada para o espaço a partir de seu pólo sul. Estes eram os principais candidatos para a biologia extraterrestre.

Se a Cassini colidisse com qualquer uma das luas por acidente, as bactérias da Terra poderiam tê-las contaminado. Os cientistas precisavam ter certeza.

Então eles dirigiram a sonda para Saturno.

A Descida Final

Nos seus últimos meses, a Cassini não ficou longe. Ele mergulhou na atmosfera superior do planeta. Ele percorreu a lacuna entre Saturno e seus anéis. Mediu campos gravitacionais e magnéticos com uma precisão sem precedentes.

Então entrou na atmosfera. O calor e a pressão destruíram-no.

Isso não foi um fracasso. Era um protocolo de quarentena.

Ao destruir a Cassini, a NASA garantiu que Titã e Encélado permanecessem intocados. Se algum dia enviarmos sondas com vida para lá no futuro, não carregaremos os fantasmas da Terra conosco. Teremos uma ficha limpa.

A missão terminou não com um acidente, mas com um sacrifício controlado. Um ato final de proteção planetária.

O que aprendemos

Os dados coletados ao longo de 13 anos mudaram nossa compreensão do sistema solar. Vimos padrões climáticos em Saturno que rivalizavam com as tempestades da Terra. Mapeamos a intrincada estrutura dos anéis. Confirmámos que os lagos de Titã são feitos de metano e etano. Descobrimos que Encélado tem um oceano subterrâneo.

Estas descobertas sugerem que ambientes que sustentam a vida podem ser mais comuns do que pensávamos. Não apenas em planetas rochosos perto de uma estrela, mas na escuridão gelada do sistema solar exterior.

A Cassini nos deu um vislumbre de um mundo que não se parece com a Terra. Mas um que se comporte com complexidade semelhante.

A espaçonave desapareceu. Os dados permanecem. E a pergunta