Cassini, la pequeña nave espacial que podría, se está incendiando. Durante los próximos cuatro meses, la sonda más sofisticada jamás realizada bailará precariamente entre Saturno y sus anillos de hielo, capturando imágenes espectaculares de esta región nunca explorada. En este gran final de su viaje de 20 años, Cassini llamará la atención sobre los orígenes de lo que ya son el conjunto de anillos más glamoroso y desconcertante del sistema solar.
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Para los astrónomos, el misterio más perdurable sobre estos anillos es su edad. Aunque durante mucho tiempo se consideró antiguo, en los últimos años su decrepitud ha sido objeto de debate, y la evidencia sugiere una formación más juvenil. Ahora, una nueva investigación respalda la idea de que los anillos de Saturno tienen miles de millones, en lugar de millones, de años.
En algún momento de la historia de Saturno, un disco de polvo y gas alrededor de la luna se unió en los increíbles anillos que vemos hoy. Algunas de las lunas que entran y salen de esos anillos pueden haberse formado del mismo material, lo que significa que fechar esas lunas podría ayudarnos a centrarnos en la edad de los anillos de Saturno. Pero según la nueva investigación, tres de esas lunas internas son más antiguas de lo que los científicos habían hipotetizado, insinuando también un origen antiguo para los anillos.
"Es un acertijo genial, porque todo está vinculado", dijo Edgard Rivera-Valentín, en el Observatorio de Arecibo en Puerto Rico. En lugar de abordar las edades de todas las lunas y anillos, Rivera-Valentin está avanzando lentamente a través del desafío, paso a paso. "Estoy tratando de cortar una pieza" del rompecabezas, dice.
En 2016, Rivera-Valentin comenzó a usar nuevos modelos de computadora para examinar la historia de colisión de las lunas de Saturno, Iapetus y Rea, y descubrió que se habían formado al principio de la vida del sistema solar de 4.600 millones de años. Sus hallazgos, que presentó en la conferencia de Ciencias Lunares y Planetarias en Texas en marzo, respaldan la idea de que los anillos de Saturno son más antiguos de lo que pensábamos.
Además de ser intrigantes por derecho propio, los anillos y lunas de Saturno pueden ofrecer pistas para aquellos que cazan planetas anillados fuera de nuestro propio sistema solar. Hasta ahora, solo se ha identificado un exoplaneta anillado, lo que parece extraño, dado que los cuatro gigantes gaseosos en nuestro propio sistema cuentan con anillos. Si las lunas y los anillos de Saturno son jóvenes, eso podría proporcionar una explicación.
"Si los anillos de Saturno son jóvenes, entonces un observador (hipotético) mirando nuestro sistema solar no los habría visto si mirara, digamos, hace mil millones de años", dijo Francis Nimmo, un científico planetario que estudia los orígenes de los mundos helados en el Universidad de California en Santa Cruz.
Quizás otros mundos también tienen anillos de corta duración, cuyas breves apariencias en la lente larga del espacio-tiempo los hace difíciles de detectar desde la Tierra. En ese caso, así como alguien más allá del sistema solar tendría una oportunidad limitada para espiar anillos alrededor de Saturno, los observadores humanos tendrían una capacidad similar para detectar exmundos anillados.
Las lunas y los anillos de larga vida, por otro lado, podrían significar que tales mundos son comunes y podrían estar ocultos a simple vista, ya sea perdidos en décadas de datos o bloqueados por limitaciones tecnológicas.
Esta imagen de falso color se estaba creando usando señales de radio enviadas desde Cassini a la Tierra a través de los anillos de Saturno. (NASA / JPL) Cicatrices antiguas
Cuando se trata de calcular las edades de otros mundos, los científicos dependen en gran medida de los cráteres. Al vincular las cicatrices de impacto con los períodos de fuerte bombardeo en el sistema solar, pueden estimar aproximadamente la antigüedad de la superficie, lo que proporciona un límite superior en el mundo mismo. Investigaciones anteriores han sugerido que los anillos y las lunas de Saturno tienen solo 100 millones de años, lo que los hace relativamente jóvenes en la vida del sistema solar.
El problema es que el comportamiento del sistema solar en el pasado es un tema de debate en curso. En 2005, surgió una nueva teoría que hacía que Urano y Neptuno bailaran entre sí, arrojando escombros helados hacia el interior de los planetas. Pero de acuerdo con la investigación de Rivera-Valentin, esta lluvia de material (conocida como el bombardeo pesado tardío) habría destruido totalmente la luna más joven de Saturno, Mimas.
Rivera-Valentin decidió resolver el problema desde el otro extremo. En el pasado, había trabajado con un estudiante para calcular cuántos escombros se estrellaron contra Iapetus, que según él debería ser la luna más antigua bajo cualquier modelo. Al utilizar una técnica similar para determinar cuánto material cicatrizó a otra luna, Rea, descubrió que el satélite fue bombardeado mucho menos que Japeto.
Eso podría deberse a que la cantidad de material que golpeó la luna fue menor de lo calculado previamente. O podría deberse a que Rea se formó mucho más tarde que Japeto, quizás poco después del último bombardeo pesado que tuvo lugar hace 3.900 millones de años. Pero según los recuentos de cráteres, las cicatrices de Rhea significan que no puede ser tan joven como predijeron algunos modelos.
"Entonces, el modelo que decía que podrían haberse formado hace 100 millones de años, al menos puedo decir que no, ese probablemente no sea el caso", dijo Rivera-Valentin. Sin embargo, los modelos que sugieren que Rhea se formó en la época del bombardeo pesado tardío funcionan con la historia de cráteres de la luna. Al derribar uno de los soportes para anillos más jóvenes, la investigación de Rivera-Valentin ha ayudado a construir el caso de que los satélites de Saturno tienen un origen mucho más antiguo.
Retrocediendo el reloj
Dado que el método de la historia de los cráteres depende tanto de nuestra comprensión de cómo evolucionó el sistema solar, Nimmo decidió tomar una táctica diferente para seguir las edades de la luna. Sus estudios revelaron que la luna debe tener al menos unos cientos de millones de años, descartando los modelos que la establecieron en solo 100 millones de años.
"Puede hacer retroceder el reloj y ver dónde estaban en épocas anteriores", dijo Nimmo. Investigaciones previas sobre el tema colocaron a Mimas justo al lado de Saturno hace solo medio billón de años, lo que sugiere que podría haber sido joven. Sin embargo, esa investigación asumió que las lunas se comportaron de la misma manera en el pasado que lo hacen hoy.
Nimmo, por otro lado, exploró cómo podrían haber interactuado de manera diferente cuando eran más jóvenes. "Aunque los satélites se están moviendo bastante rápido en este momento, no se estaban moviendo tan rápido anteriormente, por lo que los satélites pueden tener fácilmente 4 mil millones de años", dijo.
Nimmo desenrolló la dinámica de dos de las más de 60 lunas para encontrar más evidencia de su antigua formación. A diferencia del modelo anterior que rebobinaba las lunas en función de sus órbitas de hoy, él explicaba cómo Saturno habría influido en las lunas. Saturno tira de las lunas mientras orbitan, y las lunas se tiran unas a otras. Estos tirones constantes calientan sus centros, y el calor luego se mueve hacia la superficie.
"Se necesita tiempo para que esa temperatura se propague hacia afuera, porque el calor solo se conduce a una cierta velocidad, por lo que esta es una escala de tiempo que podemos usar", dijo.
En Dione, el hielo que fluye ha llenado algunas de las cuencas de impacto. Si la colisión misma hubiera derretido el hielo, los cráteres se habrían relajado en la superficie, dijo Nimmo. En cambio, el calor debe provenir del tirón vecino. Utilizó la fusión como un termómetro para determinar que la luna tiene un mínimo de unos cientos de millones de años, aunque fácilmente podría haber existido durante 4.500 millones de años. Eso descarta modelos que datan de la luna en solo 100 millones de años.
En futuros estudios, Nimmo espera examinar otra luna como Tethys, cuyo movimiento rápido debería ayudar a reducir el tiempo en torno a su nacimiento. Y aunque su investigación, que se basa en el trabajo previo realizado por Jim Fuller en el Instituto de Tecnología de California, proporciona algunas restricciones sobre el nacimiento de los satélites, la brecha de edad sigue siendo grande. "No va a resolver todo", dijo.
Exoplanetas anillados
Hasta ahora, el único exoplaneta anillado conocido es J1407b, un mundo joven que luce un monstruo 200 veces más grande que el de Saturno y podría parecerse a los gigantes gaseosos del sistema solar temprano.
"La idea es que los anillos de Saturno alguna vez fueron tan grandes", dijo Matt Kenworthy, del Observatorio Leiden, quien dirigió el equipo que identificó los anillos de monstruos en 2015. Con el tiempo, el gas y el polvo pueden haber formado lunas, caído en la superficie, o soplado por el viento solar. Comprender si las lunas, y potencialmente los anillos, son antiguos puede ayudar a revelar si Saturno lleva los restos de estos anillos primordiales.
Si los anillos de Saturno son viejos, eso debería significar que existen alrededor de otros exoplanetas. Entonces, ¿por qué solo se ha identificado un mundo hasta ahora? Según Kenworthy, eso se debe en parte al tiempo. Detectar a un gigante gaseoso lo suficientemente alejado de su sol para retener anillos de hielo requiere unos 10 años de datos, información que solo recientemente se ha compilado.
"Probablemente nos hemos topado con uno de los muchos que ya están almacenados en los datos, y es solo cuestión de buscar en los datos antiguos", dijo Kenworthy.
