Ilustraciones de Saturno, Titán y la nave espacial Cassini. Crédito: Francesco Fiori
Ilustraciones de Saturno, Titán y la nave espacial Cassini. Crédito: Francesco Fiori, Laboratorio de Radiociencia y Exploración Planetaria.

Según nuestros estándares, la luna Titán de Saturno es un lugar extraño. Más grande que el planeta Mercurio, Titán está envuelta por una atmósfera espesa (es la única luna en el sistema solar que la tiene) y cubierta de ríos y mares de hidrocarburos líquidos como el metano y el etano. Debajo de estos mares hay una gruesa corteza de hielo de agua, y debajo de eso podría existir un océano de agua líquida que podría albergar vida.

Ahora, décadas de mediciones y cálculos han revelado que la órbita de Titán alrededor de Saturno se está expandiendo, lo que significa que la luna se está alejando cada vez más del planeta, a un ritmo aproximadamente 100 veces más rápido de lo esperado. La investigación sugiere que Titán nació mucho más cerca de Saturno y emigró a su distancia actual de 1,2 millones de kilómetros durante 4.500 millones de años. Estos hallazgos se describen en un artículo que apareció ayer en la revista Nature Astronomy.

La mayoría del trabajo previo había predicho que las lunas como Titán o la luna de Júpiter Calisto se formaron a una distancia orbital similar a donde las vemos ahora“, comenta Jim Fuller, de Caltech, profesor asistente de astrofísica teórica y coautor del nuevo artículo. “Esto implica que el sistema lunar de Saturno, y potencialmente sus anillos, se han formado y evolucionado de forma más dinámica de lo que se creía anteriormente“.

Para comprender los conceptos básicos de esta migración orbital, podemos observar nuestra propia luna. La luna de la Tierra ejerce una pequeña atracción gravitacional sobre el planeta mientras orbita. Esto es lo que causa las mareas: los tirones rítmicos de la luna hacen que los océanos de la Tierra se abulten de lado a lado. Los procesos de fricción dentro de la tierra convierten parte de esta energía en calor, distorsionando el campo gravitacional de la tierra para que empuje a la luna hacia adelante en su órbita. Esto hace que la luna gane energía y se aleje gradualmente de la tierra, a una velocidad de aproximadamente 3,8 centímetros por año. Sin embargo, este proceso es verdaderamente gradual: la Tierra no “perderá” la luna hasta que tanto la Tierra como la Luna sean engullidas por el sol en aproximadamente 6.000 millones de años.

Titán ejerce una atracción similar sobre Saturno, pero los procesos de fricción dentro de Saturno generalmente se consideran más débiles que los de la Tierra debido a la composición gaseosa de Saturno. Las teorías estándar predicen que, debido a su distancia de Saturno, Titán debería estar migrando a un ritmo lento de como máximo 0,1 centímetros por año. Pero los nuevos resultados contradicen esta predicción.

Titán, luna de saturnoEn el trabajo detallado en el artículo de Nature Astronomy, dos equipos de investigadores utilizaron una técnica diferente para medir la órbita de Titán durante un período de 10 años. Una técnica, llamada astrometría, produjo mediciones precisas de la posición de Titán en relación con las estrellas de fondo en imágenes tomadas por la nave espacial Cassini. La otra técnica, la radiometría, midió la velocidad de Cassini, ya que se vio afectada por la influencia gravitacional de Titán.

Al usar dos conjuntos de datos completamente independientes, astrométricos y radiométricos, y dos métodos diferentes de análisis, obtuvimos resultados que están totalmente de acuerdo“, afirma el primer autor del estudio, Valéry Lainey, que trabajó anteriormente en JPL (que Caltech administra para la NASA), y ahora en el Observatorio de París, de la Universidad PSL. Lainey.

Los resultados también están de acuerdo con una teoría propuesta en 2016 por Fuller, quien predijo que la tasa de migración de Titán sería mucho más rápida que las teorías de mareas estándar estimadas. Su teoría señala que se espera que Titán exprima gravitacionalmente a Saturno con una frecuencia particular que hace que el planeta oscile fuertemente, de manera similar a cómo balancear las piernas en un columpio con el momento adecuado puede llevarlo más y más alto. Este proceso de fuerza de marea se llama bloqueo de resonancia. Fuller propuso que la alta amplitud de la oscilación de Saturno disiparía una gran cantidad de energía, lo que a su vez haría que Titán migrara fuera del planeta a un ritmo más rápido de lo que se pensaba anteriormente.

De hecho, ambas observaciones encontraron que Titán está migrando lejos de Saturno a una velocidad de 11 centímetros por año, más de 100 veces más rápido de lo que predijeron las teorías anteriores.

La teoría del bloqueo de resonancia puede aplicarse a muchos sistemas astrofísicos. Ahora estoy inmerso en un trabajo teórico para ver si la misma física puede suceder en sistemas estelares binarios o sistemas de exoplanetas“, finaliza Fuller.

Fuente: Nature Astronomy.

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