La luna más grande de Saturno, Titán, envuelta en smog, podría ser el resultado de una dramática fusión entre otras dos lunas que inició una cabalgata de efectos, incluida la formación de los hermosos anillos de Saturno.
Cuando la misión Cassini-Huygens llegó al sistema de Saturno en 2004, fue recibida por una colección de lunas misteriosas con propiedades extrañas. Titán, la segunda luna más grande del sistema solar, es también la única luna en nuestro vecindario cósmico que tiene una atmósfera que huele a moléculas orgánicas. Luego está Hyperion, un cuerpo maltratado y magullado que parece una piedra pómez gigante dando vueltas alrededor de Saturno. Mientras tanto, el mundo yin-yang de Jápeto, con sus hemisferios de dos tonos que se cree que son el resultado del paso a través del anillo E de Saturno, que está formado por material arrojado por los géiseres de Encelado, tiene la órbita más inclinada de todas las lunas principales de Saturno, con un ángulo de 15,5 grados con respecto al plano ecuatorial de Saturno.
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Ahora, los astrónomos dirigidos por Matija Ćuk del Instituto SETI han llegado a sospechar que la creación del Titán que conocemos hoy a través de una colisión y fusión de dos lunas podría haber desencadenado una serie de eventos que condujeron a todas las otras peculiaridades de Saturno que vemos hoy.
La clave de todo esto provino de las mediciones de Cassini del “momento de inercia” de Saturno, que se rige por la distribución de masa dentro del propio Saturno. Este momento de inercia es un factor que controla el grado de oscilación del eje de rotación de Saturno, como una peonza, un fenómeno conocido como precesión. Se pensaba que el período de precesión de Saturno coincidía con el período de la órbita distante de Neptuno, creando una resonancia gravitacional que comenzó a tirar de Saturno en un ángulo de 26,7 grados con respecto al plano de su órbita alrededor del sol. Esta inclinación tiene el beneficio adicional de permitirnos ver los anillos de Saturno más claramente desde la Tierra.
Pero las mediciones de Cassini de la distribución de masa interna mostraron que en el centro se concentraba un poco más de masa de Saturno de lo que se pensaba. Por lo tanto, esto cambia el momento de inercia de Saturno, lo que lo saca marginalmente de la resonancia con la órbita de Neptuno.
Aparentemente, algo había desincronizado a Saturno con Neptuno, lo que provocó que la masa se redistribuyera dentro de Saturno. ¿Pero qué pudo haber hecho eso?
A pesar de ser mucho menos masivas que Saturno, las lunas del planeta anillado pueden tener un efecto sorprendentemente grande en el planeta. Originalmente, para explicar qué sacó a Saturno de la resonancia con Neptuno, a los científicos se les ocurrió la teoría de que una vez Saturno tuvo otra luna helada, a la que llamaron Crisálida. Dijeron que esta luna podría haber visto su órbita perturbada después de un encuentro cercano con Titán y haberse acercado demasiado a Saturno, donde las fuerzas de marea gravitacionales la destrozaron hace unos 100 millones de años. Si bien la mayoría de los escombros cayeron en Saturno, algunos permanecieron en órbita, formando los anillos. Mientras tanto, la interacción con Chrysalis habría sido el detonante que hizo que la órbita de Titán se expandiera, lo que a su vez habría desincronizado a Saturno con Neptuno.
Era una buena teoría, pero cuando el equipo de Ćuk la puso a prueba en simulaciones, descubrieron que la gran mayoría de las veces Chrysalis colisionaba con Titán. Sin embargo, en lugar de ser un callejón sin salida para la hipótesis de Chrysalis, las simulaciones abrieron otra puerta, y la clave fue otra luna de Saturno, Hyperion, que orbita justo más allá de Titán.
Titán e Hiperión son otro ejemplo de resonancia gravitacional. Sus órbitas están entrelazadas: por cada cuatro órbitas de Saturno que realiza Titán, Hyperion realiza exactamente tres órbitas, dando vueltas desordenadamente alrededor del planeta anillado.
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“Hyperion, la más pequeña de las lunas principales de Saturno, nos proporcionó la pista más importante sobre la historia del sistema”, dijo Ćuk en un comunicado. “En simulaciones en las que la luna extra se volvía inestable, Hyperion a menudo se perdía y sobrevivía sólo en casos raros. Reconocimos que el bloqueo Titán-Hyperion es relativamente joven, sólo unos pocos cientos de millones de años. Esto data aproximadamente del mismo período en que desapareció la luna extra. Quizás Hyperion no sobrevivió a este trastorno, sino que fue el resultado de él. Si la luna extra se fusionara con Titán, produciría fragmentos cerca de la órbita de Titán. Ahí es exactamente donde se habría formado Hyperion”.
Ćuk sugiere que Chrysalis era real y que, de hecho, chocó y se fusionó con el protoTitán hace 100 a 200 millones de años, y que fue esta colisión la que dio forma a gran parte de lo que vemos en el sistema de Saturno.
Por ejemplo, antes de la colisión, Titán puede haberse parecido más a Calisto, la luna helada y sin aire de Júpiter, con una superficie antigua y maltratada. La colisión habría limpiado toda la superficie de Titán, lo que explicaría por qué hay tan pocos cráteres en Titán debajo de su espesa atmósfera. Y esa atmósfera se habría filtrado desde el interior de Titán durante la colisión. La colisión derribó a Titán en su órbita alrededor de Saturno, provocando que su órbita se ensanchara y se alargara. Sólo ahora está empezando a volverse gradualmente más circular.
El cambio en la órbita de Titán habría provocado que sus fuerzas de marea causaran estragos en las lunas internas de tamaño mediano, incitándolas a colisionar también, según simulaciones adicionales realizadas por científicos de la Universidad de Edimburgo y el Centro de Investigación Ames de la NASA. Si bien las lunas se reformaron a partir de la mayoría de los escombros, algunas de las partículas heladas se habrían asentado alrededor de Saturno para formar sus sistemas de anillos.
Las simulaciones también muestran que Chrysalis habría perturbado la órbita de Jápeto, provocando su gran inclinación.
Es una hipótesis agradable y clara, pero actualmente eso es todo lo que es. Si bien la idea coincide con los hechos, todavía no hay evidencia directa. La misión Dragonfly de la NASA a Titán, cuyo lanzamiento está previsto para 2028, podría ser la primera en encontrar pruebas de este tipo al buscar más signos de que la superficie de Titán es joven, lo que indica la agitación que siguió a la colisión con Chrysalis hace más de 100 millones de años.
Los hallazgos del equipo de Ćuk han sido aceptados para su publicación en Planetary Science Journal y hay una preimpresión disponible en el repositorio de artículos arXiv.