¿Cuán antiguos son los anillos de Saturno? El debate continúa

De las maravillas de nuestro sistema solar, uno reina como el emblema de todo lo que es ajeno y de otro mundo: los majestuosos anillos de Saturno, resplandeciendo y brillando sobre el planeta gigante.

Con un estiramiento de casi 300.000 kilómetros de punta a punta y conteniendo innumerables partículas heladas que varían en tamaño desde «microscópicas» hasta «casas móviles», los anillos hacen que Saturno sea sin lugar a dudas llamativo. Pero más que una mera decoración, son uno de los enigmas más perdurables de la ciencia planetaria. En pocas palabras, los expertos no pueden ponerse de acuerdo sobre cómo se formaron los anillos o incluso qué edad tienen. ¿Son los anillos de Saturno una característica primordial del sistema solar, que surgieron hace aproximadamente 4.500 millones de años cuando el caos y las colisiones esculpieron gran parte de lo que vemos hoy? ¿O surgieron mucho más recientemente?

La respuesta no solo es importante para los científicos que trabajan para entender los anillos planetarios y reconstruir la historia del sistema solar; podría tener implicaciones vertiginosas para los astrobiólogos que se preguntan si la vida extraterrestre podría prosperar bajo la corteza helada de Encelado, una pequeña luna interior de Saturno cuyo mar global enterrado se considera uno de los mejores lugares para buscar biología más allá de la Tierra.

Aunque no son definitivos, los mejores datos disponibles para resolver el debate vinieron durante los últimos años de la nave espacial Cassini de la NASA, que orbitó a Saturno de 2004 a 2017. Basados ​​en las mediciones de la masa y el brillo de los anillos, muchos científicos ahora creen que son muy jóvenes , habiendo surgido tal vez hace 100 millones de años, cuando los dinosaurios todavía vagaban por la Tierra, lo que significa que, visto a través de un telescopio sauriano, Saturno podría haber estado extrañamente sin anillos.

Pero no todos están convencidos; es demasiado difícil, dicen algunos críticos.

Luke Dones, del Southwest Research Institute, dijo en un comunicado:

«No tengo ninguna objeción a los anillos jóvenes. Simplemente creo que nadie ha encontrado una forma muy plausible de hacerlos. Se requiere un evento improbable».

Un debate de décadas

El debate de hoy sobre la procedencia de los anillos de Saturno se remonta a varias décadas atrás, principalmente al primer reconocimiento del sistema por las misiones interplanetarias Voyager 1 y Voyager 2. Esas observaciones insinuaron que los anillos eran sorprendentemente ligeros, y carecían del peso suficiente para haber conservado su brillo nacarado a través de la historia del sistema solar. Los anillos, al parecer, eran bastante jóvenes, pero los teóricos luchaban por idear un mecanismo para explicar su formación relativamente reciente.

Luego vino Cassini. Hacia el final de la misión, la nave realizó dos docenas de atrevidas inmersiones entre las cimas de las nubes de Saturno y el borde más interno del sistema de anillos. Al enhebrar esa aguja, Cassini midió cuidadosamente la masa de los anillos y encontró un número similar al que determinó la Voyager: aproximadamente la mitad de la masa de Mimas, una pequeña luna helada que se parece mucho a la estación espacial «Estrella de la Muerte» de Star Wars.

Pero eso es solo una parte de la historia. Anteriormente en su misión, la nave espacial también había rozado los bordes de los anillos, recogiendo polvo y otras partículas para ayudar a estimar la cantidad de escombros oscuros que las estructuras absorbían de sus alrededores, otra medida crucial para determinar su edad. Al igual que sus medidas de la masa del sistema, las lecturas de polvo de la Cassini en las cercanías de Saturno apuntaban aún más a los anillos juveniles: a pesar de estar continuamente espolvoreada por escombros oscuros arrojados por objetos sórdidos en el sistema solar exterior, los anillos de hielo de agua de Saturno siguen siendo de un color blanco brillante. Según la lógica, cuanto más viejos sean los anillos, más oscuros deberían ser, a menos que sean lo suficientemente grandes como para acumular polvo oscuro durante miles de millones de años, mientras mantienen su brillo juvenil.

Robin Canup, del Southwest Research Institute, se refiere a esta línea de evidencia como el «argumento de la contaminación» para los anillos jóvenes.

Canup dijo:

«El hecho de que los anillos sean brillantes nos dice de alguna manera que no se han contaminado de manera eficiente, o al menos que no vemos la evidencia de eso».

Las observaciones adicionales sugieren que los anillos no solo absorben material, sino que también lo están perdiendo en enormes cantidades, enviando constantemente duchas de partículas heladas a la atmósfera del planeta. De hecho, como una estimación sugiere, tales lluvias podrían agotar los anillos dentro de los 300 millones de años, parece que la característica más distintiva de Saturno podría ser sorprendentemente transitoria.

Erik Asphaug, de la Universidad de Arizona, quien estudia las interacciones entre los anillos de Saturno y sus muchas lunas, dijo en un comunicado:

«La idea de que podrían existir desde hace aproximadamente 4.500 millones de años realmente desafía la explicación en mi mente».

Anillos jóvenes, hechos por encargo

Aun así, muchos argumentos convincentes permanecen en contra de los supuestos anillos juveniles de Saturno. Resulta que hacer un sistema de anillos tan expansivo tan recientemente, no es tarea fácil; las probabilidades están en contra de ello. Claro, el planeta podría haber destruido a un cometa que pasaba en su totalidad o en parte, dispersando los restos despojados en anillos; o, sí, tal vez un objeto de interconexión se estrelló contra una de las lunas de Saturno, formando anillos a partir de los fragmentos de luna pulverizados y salpicados. Pero para cualquier teórico honesto, tales escenarios hechos a pedido son una súplica especial.

Dones dijo:

«Tenemos una idea bastante buena, un censo, de cuántos cometas están volando alrededor del sistema solar exterior, y simplemente no tienes lo suficiente para hacer que ese escenario sea probable. En los últimos cientos de millones de años, la probabilidad de que eso ocurra es tal vez un poco por ciento».

Pero supongamos, en cambio, que no hubo ningún cometa involucrado en absoluto, que los cuerpos padres del anillo se originaron completamente desde dentro y no fuera del sistema saturniano. Mientras estudiaban las curiosas órbitas de las lunas cercanas al planeta, Matija Ćuk, del Instituto SETI, y sus colegas encontraron algo sorprendente. En los modelos de computadora que rastrearon las órbitas de esas lunas en el tiempo, todo salió un poco fuera de secuencia de comandos hace aproximadamente 100 millones de años , con las lunas siendo empujadas a órbitas que simplemente no se observan hoy.

Ćuk dijo:

«Sus órbitas salen del plano del ecuador de Saturno mucho más de lo que observamos. Lo que significa que esta historia que estamos modelando nunca ocurrió, y que las lunas actuales deben ser más jóvenes que eso».

En otras palabras, un sistema anterior de lunas debe haberse reorganizado en el sistema que vemos hoy.

Al principio, no estaba claro qué podría haber provocado esa reorganización, pero el trabajo posterior señaló a un culpable inesperado: el Sol. Incluso a lo largo de vastas distancias, la gravedad del Sol puede perturbar los movimientos de los planetas, y lo que es más importante para esta historia, sus lunas. Ćuk y sus colegas descubrieron que es posible que la órbita de Saturno se haya acercado a un punto en el que la tenue influencia gravitatoria del Sol podría empujar ligeramente a una gran luna interior hacia un camino diferente, lo que provocaría una colisión con otra.

Ćuk dijo:

«Y luego se formó un anillo que es 10 veces más grande que el anillo que tiene ahora, algunos de los cuales se acumulan y forman nuevas lunas».

Un corolario desconcertante de este escenario es que las lunas internas existentes de Saturno se habrían, como dice Ćuk, fusionado y crecido a partir de los escombros de la colisión, lo que significa que Encelado, Mimas y cualquier cuerpo que esté en órbita tan cerca o cerca del planeta como lo haría la gran luna Rhea también tendrá unos 100 millones de años. Sin embargo, este escenario presenta un marcado contraste con las estimaciones de edad de las lunas interiores basadas en el conteo de cráteres en sus superficies. Además, un joven Encelado podría presentar grandes problemas para los astrobiólogos que esperan que el mar subterráneo y global de la Luna haya existido el tiempo suficiente para que la vida evolucione allí.

Ćuk dijo:

«No creo que a la gente le guste escuchar eso».

Canup y otros dicen que, si bien la hipótesis de Ćuk es plausible, no logra explicar cómo el material generado por un rompimiento de luna a luna formaría un anillo. Para hacer eso, los escombros de la colisión tendrían que estar lo suficientemente cerca de Saturno para que la gravedad del planeta los mantenga dispersos, en lugar de en las regiones más alejadas donde se forman y se encuentran las lunas.

Canup pregunta:

«¿Cómo se obtiene el material de ese tipo de colisión en órbitas bajas donde están los anillos, y cómo se consigue que el material sea solo hielo?».

¿Contaminación primordial?

El hecho es que los anillos más viejos eran más fáciles de generar hace miles de millones de años, cuando los planetas se estaban acomodando en sus posiciones actuales, lanzaron cuerpos más pequeños en todo el sistema solar, como jugadores de billar con cafeína con objetivos inestables. Entonces, dice Canup, la explicación más tenaz es que un antiguo cataclismo adornó el mundo sin anillos, y los científicos necesitan revisar su argumento de la contaminación que apunta a los anillos jóvenes.

Si la velocidad a la que cae el polvo oscuro sobre los anillos varía con el tiempo, o si las suposiciones básicas acerca de cómo el polvo se oscurece, es posible que los anillos sean primordiales, aunque con un brillo preternatural y brillante.

Dones dijo:

«Está claro que la nieve es hermosa y brillante cuando cae, y no hace falta mucha suciedad para que la nieve se vea bastante oscura».

Pero, señala, los impactos a alta velocidad entre el polvo y las partículas de anillos helados podrían no estar coloreando los anillos de la manera exacta que los científicos sospechan, tal vez depositando menos sombra de lo esperado.

Más convincente para la vieja historia de los anillos, dice Canup, son simulaciones de una antigua colisión que forma un anillo. Si la masa inicial de escombros es sustancialmente mayor que la de los anillos actuales, se dispersará y disipará rápidamente. Un poco caerá en Saturno, otros escaparán a la órbita y el resto se asentará en lunas y anillos. Curiosamente, dice que, independientemente de si comienza con una o 10 veces la masa de Mimas, durante miles de millones de años, la dinámica orbital básica sugiere que se establecerá en casi la cantidad exacta de material que vemos hoy.

Un anillo (sistema) para gobernarlos a todos

Nuestros esfuerzos serpenteantes para discernir la verdad de Saturno están lejos de ser completos. Algo pone anillos alrededor del planeta, aunque todavía tenemos que entender cómo.

Asphaug dijo:

«Veo que el sistema Saturno está en medio de una cascada, una cascada caótica. No me parece que esté terminada», dice Asphaug.

De hecho, todo el sistema de Saturno es una especie de enigma. Los anillos del planeta no solo son desconcertantes, sino que su vasta y diversa gama de lunas también son difíciles de explicar. Desde Iapetus, una luna de dos tonos que se asemeja a una nuez debido a una cresta ecuatorial y polos aplanados extraños, a Titán borrosa, una luna gigante con lagos aceitosos y química alienígena, a lunas interiores que alguna vez pudieron haber tenido sus propios anillos, el sistema saturniano es una cornucopia de rareza. Entonces, cualquier historia que pretenda explicar los anillos también debe, de alguna manera, dar cuenta de estos y otros bichos extraños.

Las soluciones a los misterios de Saturno, tal vez, se encuentran en el ámbito de la dinámica planetaria, donde las simulaciones de las interacciones gravitacionales reconstruyen el pasado (y el futuro) de lo que observamos hoy. O la respuesta podría basarse en exámenes basados ​​en el laboratorio de colisiones a alta velocidad entre polvo oscuro y partículas heladas, para determinar qué tan exactamente colorea el hielo el polvo. Podría significar volver a examinar las suposiciones sobre la probabilidad de que un cometa tenga un encuentro fatídico con Saturno. O bien, podría requerir un análisis más detallado de las superficies en cráteres del séquito de las lunas internas de Saturno, para conocer mejor sus verdaderas edades, tal vez por otra nave espacial enviada a recorrer el vecindario del planeta.

Larry Esposito, de la Universidad de Colorado Boulder, dijo en un comunicado:

«¿Esa vieja idea de que los anillos son antiguos y han sido constantemente bombardeados por material contaminante que es el mismo que vemos hoy? Esa idea no funcionará. Pero, ¿qué mecanismo posible podría formar anillos recientemente? Ninguna teoría existente es satisfactoria».