Los anillos de Saturno son una de las características más famosas del sistema solar. Tanto, que es difícil, por no decir imposible, imaginar Saturno sin estas bellas estructuras a su alrededor. Todos damos por sentado que su origen se remonta a la formación del sistema solar. Pero, ¿y si en realidad fueran un añadido relativamente reciente?

Para estudiar el pasado de los anillos es necesario comprender el sistema de lunas interiores que orbitan Saturno. Si los ordenamos de menor a mayor distancia del planeta, estos satélites son Mimas, Encélado, Tetis, Dione y Rea. El siguiente satélite es Titán, con diferencia la mayor luna de Saturno —de hecho, es mayor que el planeta Mercurio—, conocida por sus enigmáticos mares y lagos de metano. Esta curiosa disposición de los satélites de Saturno siempre ha llamado la atención de los investigadores. Las lunas internas a Titán son todas de pequeño tamaño, con un diámetro entre 396 y 1527 kilómetros, mientras que Titán posee un diámetro de 5150 kilómetros. Como comparación, Júpiter tiene cuatro grandes satélites (Ío, Europa, Ganímedes y Calisto) distribuidos de forma más regular. ¿Cómo ha llegado Saturno a tener esta distribución de satélites?¿Un simple azar del destino?

Podría ser, pero recientemente un grupo de investigadores del Southwest Research Institute y del Carl Sagan Center con Matija Cuk a la cabeza han propuesto una hipótesis mucho más atrevida y fascinante. Según sus cálculos, todo el sistema de lunas interiores de Saturno, además de los anillos, sería increíblemente joven. ¿Y qué significa “joven” en este contexto? Pues estamos hablando de que no tendrían más de cien millones de años. Dicho con otras palabras, es posible que los dinosaurios se hayan extinguido antes de que se formasen los anillos y las lunas internas de Saturno.

Los investigadores han llegado a esta sorprendente conclusión tras estudiar la dinámica de las resonancias entre los satélites. Decimos que dos satélites están en resonancia cuando el periodos de traslación de uno es una fracción del otro. Por ejemplo, si dos lunas que tienen una resonancia 2:1, la primera dará dos vueltas alrededor de Saturno en el mismo tiempo que la segunda efectúa una órbita. Las resonancias en el sistema de Saturno son importantes porque permiten poner un límite a la evolución orbital de Encélado. La sonda Cassini ha descubierto que esta luna es un mundo activo con un océano global bajo su corteza de hielo que podría tener fuentes hidrotermales. Más allá de la importancia que presenta esta pequeña luna desde el punto de vista astrobiológico, su enorme actividad interna es un auténtico enigma. Se supone que las fuerzas de marea resultado de la interacción de su órbita ligeramente excéntrica con el campo gravitatorio de Saturno son las causantes del calentamiento interno que provoca esta actividad, pero los detalles del proceso no están nada claros.

Muchos modelos explican el calentamiento de marea de Encélado a partir de una historia de cambios orbitales bastante convulsos. Pero una evolución rápida de la órbita de Encélado tendría consecuencias en los otros satélites. Por ejemplo, Tetis y Dione están casi en una resonancia 3:2. Casi, pero no lo están. Si la órbita de Encélado ha cambiado con el tiempo tal y como debería para explicar su anómala actividad interna, los cálculos de Matija Cuk y sus colaboradores muestran que Tetis y Dione han tenido que pasar en algún momento de los últimos cuatro mil millones de años por esta resonancia.

Pero, si lo hubieran hecho, todo el sistema de lunas internas habría terminado por tener unas órbitas muy distintas a las observadas hoy en día, ya que la resonancia entre Tetis y Dione habría generado una especie de reacción en cadena gravitatoria, provocando otras resonancias entre los demás pares de lunas, especialmente Dione y Rea, que habrían desestabilizado todas las órbitas.

Los investigadores concluyen por tanto que una hipótesis razonable para explicar al mismo tiempo la extraña actividad interna de Encélado y las características orbitales del resto de lunas internas es que todo el sistema se ha formado hace unos cien millones de años, aunque los anillos, Mimas y Encélado podrían ser todavía más jóvenes. Si este escenario es cierto, los anillos y los satélites internos a Titán se habrían formado por acreción a partir de los restos de otras lunas previamente existentes que habrían chocado entre sí de forma catastrófica. Los cráteres que actualmente vemos en las lunas internas de Saturno serían el resultado de la colisión reciente con objetos sobrantes de esta era catastrófica. No obstante, este último punto es uno de los problemas que presenta esta hipótesis, ya que la densidad de cráteres de las lunas de Saturno es consistente con el resto de cuerpos del sistema solar.

Este fascinante escenario explicaría la actividad de Encélado, ya que en realidad sería un mundo muy joven (¿demasiado joven para que haya podido aparecer la vida?) e implicaría que los anillos de Saturno son unos recién llegados al sistema solar. Otra conclusión que podemos sacar es que los sistemas de satélites alrededor de planetas gigantes puede que no sean tan estables como creíamos. En los últimos años hemos descubierto varios sistemas exoplanetarios alrededor de otras estrellas que muestran evidencias de una evolución catastrófica. Sin ir más lejos, hipótesis como el Modelo de Niza sugieren que nuestro propio sistema solar tendía un pasado increíblemente turbulento, un pasado en el cual los planetas gigantes se desplazaron significativamente de sus órbitas originales, causando estragos en el resto de cuerpos que giran alrededor del Sol. Así que puede que algo similar haya pasado mucho más recientemente alrededor de Saturno. De ser así, los anillos serían una clara muestra bella y efímera —en términos astronómicos, obviamente— de la violencia asociada a los procesos de formación planetaria.

Este post ha sido realizado por Daniel Marín (@Eurekablog) y es una colaboración de Naukas con la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU.

Referencias:

Matija Cuk et al, Dynamical Evidence for a Late Formation of Saturn’s Moons, The Astrophysical Journal, 24 de marzo de 2016. (http://arxiv.org/abs/1603.07071)