Saturno: características, composición, órbita, estructura
Saturno es el segundo planeta más grande del sistema solar después de Júpiter. Conocido por su sistema de anillos, pertenece a los planetas llamados jovianos, que se encuentran después del cinturón de asteroides, que los separa de los planetas rocosos.
Conocido desde la antigüedad, pues es uno de los 5 planetas visibles a simple vista y el más alejado de ellos, Galileo fue el primero en observarlo con telescopio en 1610. Aunque notó la deformación causada por los anillos, la falta de resolución del instrumento no le permitió distinguir su forma.
Fue años después, en 1659, cuando Christian Huygens describió acertadamente los famosos anillos. Poco tiempo después, el astrónomo italiano Giovanni Cassini se dio cuenta de que los anillos tenían una división, que ahora se llama división Cassini.
Aunque los astrónomos de la antigüedad no pudieron detallar el sistema de anillos, la de por sí magnífica visión del planeta debió impresionarlos lo suficiente para darle nombres como “Alap Sahmas” (estrella del Sol) para los caldeos, “Phaenon” (brillante como el Sol) para los griegos o “Khima” (responsable del diluvio universal) para los hebreos.
Los antiguos romanos asociaron al planeta con el dios griego Cronos, padre de Zeus, al cual llamaban Saturno. En honor a esta deidad celebraban en el mes de diciembre las fiestas llamadas Saturnales, que posteriormente los antiguos cristianos asociaron con la Navidad.
Otras culturas antiguas como los hindúes, chinos y mayas también tienen en sus registros observaciones del planeta. Para los mayas, las fechas en que ocurrían las conjunciones de Saturno, Júpiter y Marte eran festivas.
Características generales de Saturno
Saturno no es tan grande como Júpiter, tiene solamente un tercio de su masa, mientras que su radio es un 16 % menor.
Es el menos denso de los planetas; con 687 kg/m3 podría flotar en el agua si existiera un océano tan grande como para contenerlo. Está compuesto fundamentalmente de hidrógeno y helio, los elementos más livianos conocidos, aunque contiene otros en mucha menor proporción.
Saturno posee campo magnético propio, menos intenso que el de Júpiter, pero mucho más que el terrestre, con el eje magnético paralelo al eje de rotación. Por eso son comunes las auroras en forma de círculos concéntricos, justo en cada región polar. Estas se forman por el movimiento de las partículas cargadas eléctricamente en medio del intenso campo magnético del planeta.
Otra característica distintiva de Saturno es el calor que arroja al espacio, ya que irradia casi el doble de la energía que recibe del Sol. El interior de Saturno está muy caliente y los científicos creen que se debe a la condensación del hidrógeno líquido a elevada presión.
La presión en el interior de Saturno llega a ser un millón de veces mayor que la presión atmosférica terrestre. Las gotas de hidrógeno líquido adquieren velocidad a medida que discurren hacia el centro del planeta, produciendo calor.
El hidrógeno líquido se comporta como un metal, y no solamente es responsable del calor irradiado, sino del efecto dinamo creador del campo magnético.
La atmósfera de Saturno se asemeja a la de Júpiter, con un patrón similar de bandas claras y oscuras. Las nubes consisten en cristales de amoníaco, agua e hidrosulfuro de amonio.
Existen fuertes vientos y ocasionales tormentas que duran meses terrestres. Los vientos ecuatoriales en Saturno pueden alcanzar los 500 m/s.
Resumen de las principales características físicas del planeta
-Masa: 5.69 x 1026 kg.
-Radio ecuatorial: 6.0 x 104 km
-Radio polar: 5.4 x 104 km
-Forma: achatado.
-Distancia media al Sol: 1.4 x 109 km
–Inclinación de la órbita: 2.5º respecto a la eclíptica.
-Temperatura: entre -139 y -189 ºC.
-Gravedad: 10.4 m/s2
-Campo magnético propio: Sí.
-Atmósfera: Sí, mayormente hidrógeno.
-Densidad: 687 kg/m3
-Satélites: 82 formalmente designados, muchos otras lunas diminutas, sin designación.
-Anillos: Sí, un sistema complejo.
Los anillos de Saturno
Los anillos son el sello distintivo de Saturno, porque aunque los otros gigantes gaseosos también los poseen, sin lugar a dudas los de este planeta son los más espectaculares.
Los anillos están compuestos principalmente de hielo y rocas y se mantienen en forma gracias a la acción gravitatoria de algunos satélites especializados: los satélites pastores.
Al comienzo, por falta de resolución en sus telescopios, los astrónomos pensaron que los anillos formaban un disco continuo de materia alrededor del planeta. En todo caso, el espesor del sistema es despreciable, como mucho de apenas de un kilómetro, pudiendo ser de metros en algunas regiones.
El astrónomo italiano Giovanni Cassini fue el primero en darse cuenta de la existencia de una línea divisoria entre ellos, cerca de 1675.
Años más tarde, el matemático francés Pierre de Laplace señaló que en realidad existían numerosos anillos delgados. Finalmente, James Clerk Maxwell construyó un modelo en el que propuso que los anillos estaban compuestos de muchas partículas, cada una de ellas siguiendo una órbita independiente.
Los astrónomos distinguen a los anillos con letras del alfabeto. Los 7 anillos principales y más brillantes son A, B, C y D, mientras que E, F y G son más pálidos.
Además hay miles de anillos más débiles. El más pálido y externo fue detectado con telescopio infrarrojo y se llama anillo de Febe.
La división de Cassini separa el anillo A del B, pero en el mismo anillo A existe una región oscura llamada división de Encke, mantenida por uno de los satélites de Saturno: Pan. Dentro de la región también existe un anillo sumamente delgado.
Hay divisiones de anchuras diversas, también llamadas en honor a astrónomos famosos: Colombo, Huygens, Maxwell y Keeler.
Origen de los anillos
Los anillos están compuestos de partículas cuyo tamaño va desde un grano de arena (micrones) hasta enormes rocas con decenas de metros de largo, pero los astrónomos están de acuerdo en que no se originaron al mismo tiempo que el planeta, sino muy recientemente.
Se estima que los anillos principales A, B y C probablemente tienen unos pocos cientos de millones de años, y eso es muy poco en términos astronómicos. Los científicos están seguros de que todos los planetas del sistema solar se formaron al mismo tiempo, hace unos 4600 millones de años atrás.
El material que compone los anillos pudo provenir de un cometa, un meteoro o una luna, fragmentado por causa de la gravedad del planeta. En todo caso, no se trata de los restos de la formación del planeta.
Ciertamente el origen de los anillos es incierto por ahora, pero el consenso general es que son más bien inestables, así que tan rápido como se formaron, puede que desaparezcan en el transcurso de algunos millones de años.
Movimiento de traslación
Saturno demora 29 años y 167 días en recorrer su órbita alrededor del Sol. Curiosamente, Saturno y Júpiter se encuentran en resonancia orbital, ya que existe interacción gravitatoria entre ellos. Desde luego la atracción del Sol es mucho mayor, pero la de Júpiter también influye.
Cuando existe resonancia orbital entre objetos astronómicos, sus períodos orbitales mantienen una determinada proporción, siempre con números pequeños. En el caso de Saturno-Júpiter, este último gira 5 vueltas por cada 2 vueltas de Saturno y se considera que esta resonancia tiene efectos estabilizadores para las órbitas de ambos planetas.
La resonancia orbital que se produce entre las partículas que componen los anillos de Saturno y los satélites que orbitan entre ellos, ejerce un poderoso efecto en la estructura de los anillos, por ejemplo la existencia de la división de Cassini.
Saturno es el planeta del sistema solar con mayor cantidad de satélites, 6 de ellos tienen períodos orbitales relacionados, veamos:
-Mimas y Tetis, en relación 1:2. Por 1 vuelta de Mimas, Tetis gira 2 veces.
-Encélado y Dione, en relación 1:2.
-Hiperión y Titán, en relación 4:3.
Finalmente, es notable que el 85 % del momento angular del sistema solar se concentra en Júpiter y Saturno, los dos planetas mayores, en contraste con el Sol, que a pesar de tener el mayor porcentaje de masa tiene poco momento angular.
El momento angular de un sistema es una magnitud física interesante, porque se conserva en ausencia de interacciones externas. Para que ocurra un cambio, es preciso un torque neto proveniente del interior.
Datos del movimiento de Saturno
Los siguientes datos describen someramente el movimiento de Saturno:
-Radio medio de la órbita: 1.43 x 109 km
–Inclinación de la órbita: 2.5º respecto al plano de la eclíptica
-Excentricidad: 0.056
–Velocidad orbital media: 9.6 km/s
–Período de traslación: 29.46 años
–Período de rotación: 10.66 horas
Cuándo y cómo observar a Saturno
El planeta Saturno es considerado un planeta superior, al estar su órbita por fuera de la órbita de la Tierra. Los planetas superiores son Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Por el contrario, a los planetas cuya órbita es más cercana al Sol se los llama planetas inferiores: Mercurio y Venus.
El mejor momento para observar un planeta superior es cuando la Tierra se interpone entre él y el Sol. En cambio, es más difícil de ver cuando está en conjunción, al estar más lejano a la Tierra y cerca del Sol, que lo opaca. La situación se describe gráficamente en la siguiente imagen:
Naturalmente que uno de los objetivos principales de cualquier observador del cielo es contemplar los anillos, para lo cual basta un telescopio pequeño. Pero es preciso tomar en cuenta que en ocasiones los anillos están de canto respecto a la Tierra y por lo tanto son invisibles.
El ángulo con que se ven los anillos cambia a lo largo de 30 años, que es el período en que Saturno recorre su órbita alrededor del Sol.
Las próximas oposiciones de Saturno son:
-2020: 20 de julio
-2021: 2 de agosto
-2022: 14 de agosto
-2023: 27 de agosto
-2024: 08 de septiembre
-2025: 21 de septiembre
Movimiento de rotación
Saturno tarda en promedio unas 10.66 horas en completar un giro sobre su propio eje de rotación, aunque no todas sus zonas giran a la misma tasa. Por ejemplo, en el ecuador la velocidad de rotación es de 10.25 horas, mientras que en el interior del planeta es de 10.65 horas aproximadamente.
A este fenómeno se le conoce como rotación diferencial y se debe a que el planeta no es sólido, como hemos dicho. También por su naturaleza líquida-gaseosa, el planeta experimenta deformación a causa del movimiento de rotación, tornándose achatado en los polos.
Composición
La composición de Saturno es fundamentalmente la misma que la de Júpiter y los demás planetas gaseosos: hidrógeno y helio, solo que en Saturno la proporción de hidrógeno es mayor, dada la baja densidad.
Dado que Saturno se formó en la región externa de la nebulosa que originó al sistema solar, el planeta pudo crecer rápidamente y capturar una gran cantidad del hidrógeno y del helio presentes en la nebulosa.
Debido a las enormes presiones y temperaturas en aumento a medida que se avanza en profundidad, el hidrógeno molecular de la superficie se transforma en hidrógeno metálico.
Aunque el planeta es gaseoso, existe una menor proporción de elementos más pesados en su núcleo, que al menos en parte es rocoso, como magnesio, hierro y silicio.
Además de estos elementos, abundan diversos tipos de hielo, como por ejemplo hielo de amoníaco, de agua y de metano, los cuales tienden a acumularse hacia el centro del planeta, que está a elevada temperatura. Por ello en realidad el material se encuentra líquido, en vez de gaseoso.
Las nubes de Saturno se componen de hielos de amoníaco y de agua, mientras que en la atmósfera, además de estas sustancias se han detectado acetileno, metano, propano y trazas de otros gases.
Estructura interna
Aunque dominado por el hidrógeno y helio, se cree que Saturno contiene un núcleo de naturaleza rocosa. Durante el proceso de formación de los planetas del sistema solar, alrededor de este núcleo se fueron condensando los gases, en un rápido proceso que le permitió crecer rápidamente.
El núcleo de Saturno contiene, como hemos dicho, rocas y elementos y compuestos volátiles, rodeados por una capa de hidrógeno líquido. Los científicos estiman que este núcleo es entre 9 y 22 veces más grande que la Tierra: unos 25.000 km de radio aproximadamente.
Esta capa de hidrógeno líquido está rodeada a su vez de capas de hidrógeno y helio líquidos, que finalmente se tornan gaseosos en las capas más externas. La línea de Frenkel es una frontera termodinámica que separa el fluido gaseoso del líquido.
Los satélites naturales de Saturno
De acuerdo a los recuentos más recientes, Saturno posee 82 satélites con designación, y multitud de mini lunas que aún carecen de ella. Esto convierte a Saturno en el planeta con mayor cantidad de satélites hasta la fecha.
El sistema de satélites de Saturno es muy complejo; por ejemplo, se sabe que tienen una acción directa sobre los anillos: los satélites pastores.
Además, hay satélites troyanos, que permanecen en una órbita estable a 60 º por delante o por detrás de otros satélites. Por ejemplo, las lunas Telesto y Calipso son troyanos de Thetys, uno de los satélites mayores de Saturno.
Los principales satélites de Saturno son Titán, Mimas, Encélado, Tetis, Dione, Rea, Hiperión, Japeto y Febe. Estos satélites se conocen desde antes de las misiones espaciales, pero las sondas de investigación a Saturno han descubierto muchas más.
La más grande de todas las lunas de Saturno es Titán, que además posee atmósfera propia y es la segunda más grande de todo el sistema solar, después de Ganímedes, la gran luna de Júpiter. Titán es incluso más grande que Mercurio.
Por su parte Encélado, la sexta luna de Saturno en tamaño, es una enorme bola de nieve con una sorpresa: su núcleo está cubierto por un océano de agua líquida y caliente.
Un hecho curioso entre las lunas de Saturno es que existen satélites cuyas órbitas son las mismas, pero se las arreglan para no chocar. Los más notables de estos satélites coorbitales son Jano y Epimeteo.
No todas las lunas de Saturno tienen forma esferoidal, hay muchos satélites irregulares, generalmente de tamaño pequeño y órbitas bastante alejadas del planeta.
Titán y su atmósfera
Es el mayor y más importante de los satélites de Saturno, visible desde la Tierra como un pequeño punto de luz, con ayuda del telescopio. El astrónomo holandés Christian Huygens fue el primero en verlo hacia 1655 y John Herschel, ya en el siglo XIX, lo denominó Titán.
Su densidad aproximada es de 1.9 g/cm3 y aunque contiene un núcleo rocoso, es un mundo casi todo hecho de hielo.
Titán posee una densa atmósfera en la que predomina el nitrógeno y un pequeño porcentaje de metano, además de trazas de hidrocarburos. Se trata de una notable rareza en el sistema solar, puesto que los otros satélites carecen de atmósfera propia.
También tiene océanos y lluvias, pero no de agua, sino de metano. La existencia de este compuesto se conoce desde mediados del siglo XX, gracias a la espectroscopía llevada a cabo por el astrónomo Gerard Kuiper. Posteriormente la sonda Voyager confirmó este descubrimiento.
Lo interesante de Titán es que se han detectado muchos compuestos orgánicos allí, además del metano, que son precursores de la vida. El mecanismo mediante el cual Titán adquirió esta peculiar atmósfera todavía es desconocido, pero reviste un gran interés, pues la abundancia de hidrocarburos es muy superior a la que posee la Tierra.
Como parte de la misión Cassini a Saturno, la sonda Huygens logró aterrizar sobre la superficie de Titán y encontró una superficie congelada, pero repleta de accidentes geográficos.
Aunque Titán disfruta de una geología y un clima variados, es un mundo poco acogedor para los seres humanos. Su atmósfera es muy dinámica; por ejemplo, se sabe que soplan vientos de gran velocidad, muy superiores a los más grandes huracanes terrestres.
Misiones a Saturno
Pioneer 11
Fue lanzado por la NASA en 1973 y alcanzó la órbita de Saturno algunos años después, en 1979. Esta misión captó imágenes de baja resolución y también encontró satélites desconocidos y anillos nunca vistos desde la Tierra.
La sonda quedó a la deriva finalmente en 1995, pero llevando la placa con el famoso mensaje creado por Carl Sagan y Frank Drake, en el caso de que navegantes alienígenas llegasen a tropezarse con ella.
Voyager
Esta misión consistió en el lanzamiento de dos sondas: Voyager 1 y Voyager 2.
Aunque la Voyager 1 fue concebida para llegar hasta Júpiter y Saturno, ya rebasó los confines del sistema solar, internándose en el espacio interestelar en 2012. Entre sus hallazgos más importantes está la confirmación de la existencia de la atmósfera de Titán, así como datos importantes de la atmósfera de Saturno y del sistema de anillos.
La Voyager 2 recopiló información acerca de la atmósfera de Saturno, la presión atmósfera y numerosas imágenes de alta calidad. Después de visitar Saturno, la sonda llegó a Urano y Neptuno, después de lo cual se internó en el espacio interestelar, al igual que la sonda hermana.
Cassini
La misión Cassini fue un proyecto conjunto entre la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Italiana. Fue lanzada en 1997 desde Cabo Cañaveral y su objetivo era estudiar al planeta Saturno y su sistema de satélites.
La sonda llegó a Saturno en 2004 y consiguió orbitar 294 veces al planeta hasta 2017, al agotar su combustible. Entonces la sonda fue sumergida deliberadamente en Saturno, para evitar que se estrellara contra alguno de los satélites y evitar así la contaminación radiactiva.
Cassini portaba la sonda Huygens, el primer objeto fabricado por la humanidad en aterrizar en un mundo más allá del cinturón de asteroides: Titán, el satélite más grande de Saturno.
Huygens aportó imágenes del paisaje de Titán, así como de la estructura de los anillos. También obtuvo imágenes de Mimas, otro satélite de Saturno que pastorea anillos. En ellas se muestra el descomunal cráter Herschel, con una enorme montaña en su centro.
Cassini también confirmó la presencia de agua en Encélado, la sexta y helada luna de Saturno, de 500 km de diámetro, que está en resonancia orbital con Dione.
El agua de Encélado está caliente, y en el planeta abundan los géiseres y las fumarolas que expulsan vapor de agua y compuestos orgánicos, razón por la cual muchos creen que pudiera albergar vida.
Acerca de Japeto, otro de los grandes satélites de Saturno, las imágenes de Cassini revelaron un lado oscurecido, cuyo origen es indeterminado todavía.