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| Image Credit: Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute |
Usando nuevos datos de la nave espacial Cassini de la NASA, los investigadores creen que han resuelto un misterio que ha existido durante mucho tiempo de ciencia del sistema solar: la duración de un día en Saturno. Son 10 horas, 33 minutos y 38 segundos.
La cifra ha sido tan difícil de encontrar para los científicos planetarios durante décadas, porque el gigante gaseoso no tiene una superficie sólida con puntos de referencia para rastrear a medida que gira, y tiene un campo magnético inusual que oculta la velocidad de rotación del planeta.
Resultó que la respuesta estaba oculta en los anillos.
Durante las órbitas a Saturno de Cassini, los instrumentos examinaron los anillos helados y rocosos con un detalle sin precedentes. Christopher Mankovich, estudiante graduado en astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz, usó los datos para estudiar patrones de onda dentro de los anillos.
Su trabajo determinó que los anillos responden a las vibraciones dentro del propio planeta, actuando de manera similar a los sismómetros utilizados para medir el movimiento causado por los terremotos. El interior de Saturno vibra en las frecuencias que causan variaciones en su campo gravitatorio. Los anillos, a su vez, detectan esos movimientos en el campo.
"Las partículas a lo largo de los anillos no pueden evitar sentir estas oscilaciones en el campo de gravedad", dijo Mankovich. "En ubicaciones específicas en los anillos, estas oscilaciones atrapan las partículas del anillo en el momento justo en sus órbitas para acumular energía gradualmente, y esa energía se deja llevar como una onda observable".
La investigación de Mankovich, publicada el 17 de enero en Astrophysical Journal, describe cómo desarrolló modelos de la estructura interna de Saturno que coincidirían con las ondas de los anillos. Eso le permitió seguir los movimientos del interior del planeta, y por lo tanto, su rotación.
La tasa de rotación de 10:33:38 que arrojó el análisis es varios minutos más rápida que las estimaciones anteriores en 1981, que se basaron en las señales de radio de la nave espacial Voyager de la NASA.
El análisis de los datos de Voyager, que estimó que el día era 10:39:23, se basó en la información del campo magnético. Cassini también utilizó datos del campo magnético, pero las estimaciones anteriores oscilaron entre las 10:36 y las 10:48 horas.
Los científicos a menudo dependen de los campos magnéticos para medir las tasas de rotación de los planetas. El eje magnético de Júpiter, como el de la Tierra, no está alineado con su eje de rotación. Así que gira a medida que el planeta gira, lo que permite a los científicos medir una señal periódica en las ondas de radio para obtener la velocidad de rotación. Sin embargo, Saturno es diferente. Su campo magnético único está casi perfectamente alineado con su eje de rotación.
Esta es la razón por la cual el hallazgo de anillos ha sido clave para el seguimiento en la duración del día. Los científicos de Saturno están entusiasmados por tener la mejor respuesta a una pregunta tan fundamental sobre el planeta.
"Los investigadores usaron ondas en los anillos para mirar dentro del interior de Saturno, y obtuvieron esta característica fundamental y buscada del planeta. Y es un resultado realmente sólido", dijo la científica del proyecto Cassini, Linda Spilker. "Los anillos tenían la respuesta".
La idea de que los anillos de Saturno podrían usarse para estudiar la sismología del planeta se sugirió por primera vez en 1982, mucho antes de que las observaciones necesarias fueran posibles.
El coautor Mark Marley, ahora en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California, posteriormente desarrolló la idea de su tesis posdoctoral en 1990. Junto con mostrar cómo se podrían hacer los cálculos, predijo dónde estarían las firmas en los anillos de Saturno. También señaló que la misión Cassini, entonces en las etapas de planificación, podría hacer las observaciones necesarias para probar la idea.
"Dos décadas más tarde, en los últimos años de la misión Cassini, los científicos analizaron los datos de la misión y encontraron características en las ubicaciones de las predicciones de Mark", dijo el coautor Jonathan Fortney, profesor de astronomía y astrofísica en la UC Santa Cruz y miembro del equipo de Cassini. "Este trabajo actual apunta a aprovechar al máximo estas observaciones".
La misión de Cassini finalizó en septiembre de 2017 cuando, con poco combustible, la nave espacial se hundió deliberadamente en la atmósfera de Saturno por parte del equipo de la misión, que quería evitar estrellar la nave contra las lunas del planeta.