Los anillos de Saturno y su corta edad, inferida en función al análisis del polvo cósmico.

Saturno es el sexto planeta del sistema solar contando desde el Sol, el segundo en tamaño y masa después de Júpiter, que forma parte de los planetas denominados exteriores o gaseosos;  el único con un Sistema de Anillos visible desde la Tierra. Así mismo cuenta con una cantidad numerosa y diversa de satélites naturales, que sobrepasa los ciento cincuenta.

Esta foto de color natural del planeta Saturno fue creada de las fotos tomadas por la nave Cassini - Huygens durante su misión extendida del equinoccio en julio de 2008. Tomada de Space Science Institute. Ciclops. org. NASA. JPL.

La atmósfera del planeta está formada por un 96% de hidrógeno y un 3% de helio, su volumen  es suficiente como para contener 740 veces a la Tierra, pero su masa es sólo 95 veces la terrestre, a causa de la baja densidad media. Su periodo de rotación es incierto dado que no posee superficie y su atmósfera gira con un periodo distinto en cada latitud.

Los investigadores llevan más de cuatrocientos años cautivados por estos anillos aparentemente traslúcidos. Fue en el año de 1610, que el astrónomo Galileo Galilei (1564 - 1642), los observó por primera vez mediante un telescopio, quién carecía de elementos tecnológicos, se conformó con dibujarlos y lo hizo de tal manera, que se asemejan un poco a las asas de una jarra de agua.

Después fueron observados y estudiados por Christiaan Huygens (1629 - 1695) astrónomo, físico, matemático e inventor, que sugirió que los apéndices eran el signo visible de un disco de materia delgado y plano, separado del planeta y dispuesto en el plano ecuatorial de este. Dependiendo de cuáles fueran las posiciones de ambos planetas, en sus respectivas órbitas alrededor del Sol, la inclinación del disco respecto a la Tierra variaría; de ahí que su apariencia variase también desde la de una delgada línea hasta la de una ancha elipse. Posteriormente en 1675, Giovanni Domenico Cassini (1625 - 1712), descubrió una oscura banda que divide los dos anillos concéntricos, conocida como Banda de Cassini. Los más visibles y principales anillos de Saturno, denominados: "A", "B" y "C", miden unos 275 mil kilómetros de anchura anular.

En el siglo XIX, James Clerk Maxwell (1831 - 1879), un matemático y científico, llegó a la conclusión de que los anillos no podían ser sólidos, sino que estaban formados por muchas piezas individuales.

Estudio que establece edad definitiva de los anillos de Saturno y por cierto, descubre que son muy jóvenes.

Con un analizador de polvo cósmico a bordo de la nave espacial Cassini de la NASA, los investigadores analizaron las motas de las partículas alrededor de Saturno. Fotografía Europa Press.

Un nuevo estudio, dirigido por el doctor Sascha Kempf, de la Universidad de Colorado, aporta la prueba más contundente de que los anillos de Saturno son extraordinariamente jóvenes, lo que podría responder a una pregunta que ha tenido perplejos a los científicos durante más de un siglo.

Esta investigación, publicada en la revista "Science Advances", fija la edad de los anillos de Saturno en no más de cuatrocientos millones de años. Esto hace que éstos sean mucho más jóvenes que el propio planeta, que tiene unos cuatro mil quinientos millones de años.

Ha afirmado el doctor Kempf, que actualmente es profesor asociado del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) de la Universidad de Colorado: “En cierto modo, hemos resuelto una cuestión que comenzó con James Clerk Maxwell”.

Los investigadores llegaron a esa conclusión estudiando lo que podría parecer un tema inusual, como es el polvo. Esto ha sido puesto en contexto por Sascha Kempf, quién explica que diminutos granos de material rocoso atraviesan el Sistema Solar al que la Tierra pertenece, de forma casi constante, en algunos casos, este flujo puede dejar tras de sí una fina capa de polvo en los cuerpos planetarios, incluido el hielo que forma los "Anillos de Saturno".

Representación artística de la nave espacial "Cassini - Huygens". Lanzada el 15 de octubre de 1997, entrando en órbita de Saturno el primero de julio del 2004. La sonda Huygens se separó de la nave Cassini  el 25 de diciembre de ese mismo año. Para el 14 de enero de 2005 la sonda se posó en la superficie de la luna "Titán". Finalmente el 17 de abril de 2017, la nave se adentró entre el planeta y sus anillos. Debido al cercano agotamiento del combustible de la sonda, que la dejaría sin posibilidad de control, se planificó su destrucción para evitar que eventualmente ocasionara una contaminación biológica o radiactiva, ya que esta nave contenía un "Generador Termoeléctrico de Radioisótopos" (RTG), desintegrándose en las capas superiores de la atmósfera planetaria el 15 de septiembre de ese mismo año.

Tomada de la página Science. NASA. gob.

Así es que en este estudio, él y sus colegas, se propusieron poner fecha a los "Anillos de Saturno" estudiando la rapidez con que se acumula esta capa de polvo, algo así como saber cuántos años tiene una casa pasando el dedo por su superficie.

Señala Kempf: “Piense en los anillos como si fueran la alfombra de su casa, Si tienes una alfombra limpia, sólo hay que esperar. El polvo se depositará en ésta. Lo mismo ocurre con los anillos.”

Este equipo de científicos utilizó, por el lapso del 2004 al 2017, un instrumento llamado "Analizador de Polvo Cósmico", que se encontraba a bordo de la difunta Nave Espacial Cassini - Huygens de: la Agencia Nacional de Administración Aeronáutica y del Espacio (NASA), la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Italiana (ASI) la  para analizar las motas de las partículas que volaban alrededor del propio planeta Saturno. El "Analizador de Polvo Cósmico", que tenía forma de cubo, recogía pequeñas partículas cuando pasaban zumbando.

Fotografía del  Acelerador de Polvo del "Colorado Center for Lunar Dust and Atmospheric Studies" (CCLDAS DUST ACCELERATOR), con Mihály Horányi quién muestra los puntos finos de este acelerador. Tomada de la página (CCLDAS) trabajo de Kevin Baird.

Durante esos 13 años, los investigadores recogieron sólo 163 granos que se habían originado más allá de la vecindad cercana del planeta, pero, esto fue suficiente. Realizaron los cálculos correspondientes, de ellos se estima que es probable que los "Anillos de Saturno" lleven acumulando polvo sólo unos cientos de millones de años.

Ha informado el doctor Kempf: "En otras palabras, los anillos del planeta son fenómenos nuevos, que surgen y potencialmente desaparecen, en un abrir y cerrar de ojos en términos cósmicos. Entonces sabemos aproximadamente cuántos años tienen los anillos, pero eso no resuelve ninguno de nuestros otros problemas, dado que seguimos sin saber cómo se formaron”.

Actualmente los científicos saben que Saturno alberga diez anillos compuestos por innumerables trozos de hielo, la mayoría de ellos no más grandes que una roca en la Tierra. En total, este hielo pesa la mitad que la luna "Mimas" de Saturno y se extiende unos 280 mil kilómetros a partir de la superficie del planeta.

Infografía de los Anillos de Saturno. Tomada de la página PhotoJournal JPL NASA. gov.

El cuerpo principal, de escasa opacidad, del sistema de anillos de Saturno incluye los brillantes anillos A, que es el más externo de los dos, y B, que es el que presenta una mayor organización estructural. Hay una distancia entre uno y otro de 4 mil 800 kilómetros: la división Cassini, región relativamente transparente, aunque no vacía en absoluto. El cuerpo principal del sistema de Saturno comprende también el anillo C, el segundo anillo más próximo a Saturno, de larga extensión pero tenue, más débil y menos opaco, que queda dentro del borde interior del anillo B . El anillo D es el más cercano a Saturno y uno de los más tenues, lo que lo hace extremadamente difícil de observar desde la Tierra.

Existen tres anillos muy pálidos: E, F y G, que quedan fuera del anillo A.

El anillo E tiene una anchura de 300 mil kilómetros, es un disco difuso compuesto principalmente de hielo, dióxido de silicatos de carbono y amoníaco. 

Es el F un pequeño anillo de unos pocos cientos de kilómetros de ancho, a 3 mil de distancia del borde exterior del anillo A.

Descubierto en 2004 el anillo R/2004 S 1, situado entre los anillos A y F .

El 19 de septiembre de 2006 se descubrió otro anillo entre el F y G. La Ocultación Solar, suele durar una hora, pero, en esa ocasión perduró por doce horas, lo que brindó la oportunidad de que fuera captada de tal manera

que fue posible elaborar un mapa de la presencia de partículas microscópicas que no son visibles normalmente, en el sistema de anillos.

Kempf añade que: "Durante la mayor parte del siglo XX, los científicos supusieron que los anillos probablemente se formaron al mismo tiempo que Saturno, pero esa idea planteó algunas cuestiones, como la de que éstos están ‘limpios’. Las observaciones sugieren que están formados por 98% de hielo de agua en volumen, con sólo una pequeña cantidad de materia rocosa. Es casi imposible acabar con algo tan limpio”.

El equipo científico estimó que esta "suciedad interplanetaria" aportaría mucho menos de un gramo de polvo a cada metro cuadrado de los Anillos de Saturno cada año, una pizca ligera, pero suficiente para acumularse con el tiempo. Estudios anteriores también habían sugerido que los anillos podrían ser jóvenes, pero no incluían mediciones definitivas de la acumulación de polvo.

Los ingenieros y científicos del (LASP) diseñaron y construyeron un "Analizador de Polvo" mucho más sofisticado para la próxima "Misión Europa Clipper" de la (NASA), cuyo lanzamiento está previsto para 2024. Este es administrado por el "Instituto de Tecnología de California" (Caltech), el "Jet Propulsor Laboratory" (JPL) lidera el desarrollo de la misión en asociación con el "Johns Hopkins Applied Physics Laboratory" (APL) para la "Science Mission Directorate" de la (NASA).

Un objetivo para esta misión es el de contribuir en el campo de la "Astrobiología", el campo de investigación interdisciplinario que estudia las condiciones de cuerpos distantes que podrían albergar vida tal como la conocemos. Si bien, no es una misión de detección de vida, llevará a cabo una exploración detallada de la luna "Europa" e investigará si la luna helada, con su océano subterráneo, tiene la capacidad de albergar vida. Comprender la habitabilidad de Europa ayudará a los científicos a comprender mejor cómo se desarrolló la vida en la Tierra y el potencial para encontrar vida más allá de nuestro planeta.

Ingenieros y técnicos trabajan juntos para instalar ruedas de reacción en la parte inferior del cuerpo principal de la nave espacial Europa Clipper de la NASA, que se encuentra en su fase de operaciones de ensamblaje, prueba y lanzamiento en el Jet Propulsion Laboratory de la agencia. Créditos de la imagen de : NASA/JPL-Caltech.

Los anillos podrían estar desapareciendo ya. En un estudio anterior, los científicos de la NASA informaron de que el hielo está cayendo lentamente sobre el planeta y podría desaparecer por completo en otro ciento de millones de años.

El doctor Kempf nos indicó su forma de ver este tema: "Que estas efímeras características existieran en una época en la que Galileo (1610) y la nave espacial "Cassini-Huygens" pudieron observarlas parece demasiado bueno para ser cierto, y exige una explicación de cómo se formaron los anillos en primer lugar. Existe una hipótesis científica, por ejemplo, que han planteado que los anillos podrían haberse formado cuando la gravedad del planeta desgarró una de sus lunas. Si los anillos tienen una vida corta y son dinámicos, ¿Por qué los vemos ahora? Es demasiada suerte”.

Se ha teorizado que un satélite natural llamado "Chrysalis", cuya existencia fue propuesta en el año 2022, por los científicos del Instituto de Tecnología de Masachusetts  (MIT) utilizando datos de la misión de la nave-sonda "Cassini-Huygens", habría orbitado entre las dos lunas de mayor tamaño de Saturno: "Titán" y "Jápeto", pero su órbita se habría vuelto gradualmente más excéntrica hasta que el planeta la absorbió, y se estableció que el 99% de su masa habría sido absorbida, mientras que el uno por ciento restante habría formado el sistema de diez anillos planetarios, de los cuales ocho están ya incluidos en la información oficial del planeta.

Recreación artística del nuevo Anillo de Saturno. Tomada de Spitzer. Caltech. Edu. Créditos de NASA. JPL. Caltech/Keck.

El llegar a establecer misiones en las cercanías de este gigantesco gaseoso, ubicado a una distancia del Sol, equivalente a nueve veces la que nos separa de nuestra estrella, es una proeza que en el pasado, no se hubieran podido imaginar los estudiosos antiguos de este planeta. Las respuestas a muchas preguntas pendientes llegarán, pero, sin duda, surgirán muchas más nuevas,  en algunos casos surgirán evidencias que incluso ahora, nos resultaran novedosas. Como ejemplo cito lo realizado en el mes de octubre del 2009, por el "Telescopio Espacial Spitzer" (SST), se descubrió un nuevo y enorme anillo alrededor de Saturno, mucho más grande de los que le rodean. Después de muchos siglos, este había pasado inadvertido hasta ahora, porque está tan enrarecido que resulta casi invisible. Este nuevo cinturón se despliega en el confín del sistema saturniano. Su masa comienza a unos seis millones de kilómetros del planeta y se extiende hasta alcanzar unos trece millones de kilómetros de diámetro. Uno de los más lejanos satélites de Saturno, "Febe", órbita dentro del nuevo anillo, y probablemente sea la fuente de su composición.

Las sorpresas continuaran y estaremos más cerca de algunas verdades concretas e iniciando el camino para despejar nuevas dudas e incorporar nuevos conocimientos a los oficialmente establecidos, pues ahora los objetivos se comparten entre distintas ramas de las ciencias.