Os anéis e inclinação de Saturno podem ser o produto de uma lua antiga e desaparecida.

Um "encontro de pastagem" pode ter esmagado a lua em pedaços para formar os anéis de Saturno, sugere um novo estudo.

Imagem simulada utilizando cores para representar os anéis de Saturno (Foto: NASA / JPL) 

Girando ao redor do equador do planeta, os anéis de Saturno são uma doação morta que o planeta está girando em uma inclinação. O gigante cintado gira em um ângulo de 26,7 graus em relação ao plano em que orbita o sol. Os astrônomos suspeitam há muito tempo que essa inclinação vem de interações gravitacionais com seu vizinho Netuno, como a inclinação de Saturno precesses, como um topo giratório, quase na mesma velocidade que a órbita de Netuno.

Mas um novo estudo de modelagem por astrônomos do MIT e de outros lugares descobriu que, embora os dois planetas possam ter estado em sincronia, Saturno escapou desde então da atração de Netuno. O que foi responsável por esse realinhamento planetário? A equipe tem uma hipótese meticulosamente testada: uma lua desaparecida.

Em um estudo que aparece na Science, a equipe propõe que Saturno, que hoje abriga 83 luas, já abrigou pelo menos mais uma, um satélite extra que eles nomeiam Crisálida. Junto com seus irmãos, os pesquisadores sugerem que Crisálida orbitou Saturno por vários bilhões de anos, puxando e puxando o planeta de uma maneira que manteve sua inclinação, ou "obliquidade", em ressonância com Netuno.

Mas cerca de 160 milhões de anos atrás, estima a equipe, Crisálida tornou-se instável e chegou muito perto de seu planeta em um encontro de pastagem que separou o satélite. A perda da lua foi suficiente para remover Saturno das garras de Netuno e deixá-la com a inclinação atual.

Além disso, os pesquisadores supõem, enquanto a maioria do corpo despedaçado de Crisálida pode ter causado impacto com Saturno, uma fração de seus fragmentos poderia ter permanecido suspensa em órbita, eventualmente invadindo pequenos pedaços gelados para formar os anéis de assinatura do planeta.

O satélite desaparecido, portanto, poderia explicar dois mistérios de longa data: a inclinação atual de Saturno e a idade de seus anéis, que antes eram estimados em cerca de 100 milhões de anos — muito mais jovens do que o próprio planeta.

"Assim como a crisálida de uma borboleta, este satélite estava muito adormecido e de repente se tornou ativo, e os anéis emergiram", diz Jack Wisdom, professor de ciências planetárias do MIT e principal autor do novo estudo.

Os coautores do estudo incluem Rola Dbouk no MIT, Burkhard Militzer da Universidade da Califórnia em Berkeley, William Hubbard na Universidade do Arizona, Francis Nimmo e Brynna Downey da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, e Richard French da Wellesley College.

Um momento de progresso

No início dos anos 2000, os cientistas apresentaram a ideia de que o eixo inclinado de Saturno é resultado da ção do planeta presa em uma ressonância, ou associação gravitacional, com Netuno. Mas observações feitas pela sonda Cassini da NASA, que orbitou Saturno de 2004 a 2017, colocaram uma nova reviravolta no problema. Os cientistas descobriram que Titã, o maior satélite de Saturno, estava migrando para longe de Saturno em um clipe mais rápido do que o esperado, a uma taxa de cerca de 11 centímetros por ano. A rápida migração de Titã, e sua atração gravitacional, levaram os cientistas a concluir que a lua era provavelmente responsável por inclinar e manter Saturno em ressonância com Netuno.

Mas essa explicação depende de uma grande incógnita: o momento de inércia de Saturno, que é como a massa é distribuída no interior do planeta. A inclinação de Saturno poderia se comportar de forma diferente, dependendo se a matéria está mais concentrada em seu núcleo ou em direção à superfície.

"Para progredir no problema, tivemos que determinar o momento da inércia de Saturno", diz Wisdom.

O elemento perdido

Em seu novo estudo, Wisdom e seus colegas procuraram fixar o momento de inércia de Saturno usando algumas das últimas observações feitas pela Cassini em seu "Grand Finale", uma fase da missão durante a qual a espaçonave fez uma aproximação extremamente próxima de mapear precisamente o campo gravitacional ao redor de todo o planeta. O campo gravitacional pode ser usado para determinar a distribuição de massa no planeta.

A sabedoria e seus colegas modelaram o interior de Saturno e identificaram uma distribuição de massa que correspondia ao campo gravitacional que a Cassini observou. Surpreendentemente, eles descobriram que este momento recém-identificado de inércia colocou Saturno perto, mas fora da ressonância com Netuno. Os planetas podem ter estado em sincronia, mas não estão mais.

"Então fomos à caça de maneiras de tirar Saturno da ressonância de Netuno", diz Wisdom.

A equipe realizou simulações pela primeira vez para evoluir a dinâmica orbital de Saturno e suas luas para trás no tempo, para ver se alguma instabilidade natural entre os satélites existentes poderia ter influenciado a inclinação do planeta. Esta busca veio vazia.

Assim, os pesquisadores reexaminaram as equações matemáticas que descrevem a precessão de um planeta, que é como o eixo de rotação de um planeta muda ao longo do tempo. Um termo nesta equação tem contribuições de todos os satélites. A equipe argumentou que se um satélite fosse removido dessa soma, poderia afetar a precessão do planeta.

A questão era, quão maciço esse satélite teria que ser, e que dinâmica teria que sofrer para tirar Saturno da ressonância de Netuno?

A sabedoria e seus colegas fizeram simulações para determinar as propriedades de um satélite, como sua massa e raio orbital, e a dinâmica orbital que seria necessária para tirar Saturno da ressonância.

Eles concluem que a inclinação atual de Saturno é o resultado da ressonância com Netuno e que a perda do satélite, Crisálida, que era do tamanho de Iapetus, a terceira maior lua de Saturno, permitiu que ele escapasse da ressonância.

Em algum momento entre 200 e 100 milhões de anos atrás, Crisálida entrou em uma zona orbital caótica, experimentou uma série de encontros próximos com Iapetus e Titã, e eventualmente chegou muito perto de Saturno, em um encontro de pastagem que rasgou o satélite em pedaços, deixando uma pequena fração para circular o planeta como um anel cheio de detritos. 

A perda de Crisálida, eles descobriram, explica a precessão de Saturno, e sua inclinação atual, bem como a formação tardia de seus anéis.

"É uma história muito boa, mas como qualquer outro resultado, terá que ser examinada por outros", diz Wisdom. "Mas parece que este satélite perdido era apenas uma crisálida, esperando para ter sua instabilidade."

Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pela NASA e pela Fundação Nacional de Ciência.

Fonte: eurekalert.org