El anillo del Señor de los Anillos (parte II)

¿De qué están compuestos los anillos? ¿Cómo y cuándo se creó esta estructura tan compleja? ¿Es eterna o pasajera? ¿Es estática o cambia con el tiempo? Intentaremos dar respuesta a algunos de estos interrogantes.

Los anillos están compuestos principalmente de hielo de agua, en un 99%, con impurezas como polvo, zolín (polímeros compuestos de metano y etano) y silicatos. Están distribuidos en porciones con tamaños que van desde los pocos centímetros a pocos metros. Su composición corresponde con la de los objetos de la nube de Oort y de algunos de los objetos transneptunianos, lo que nos indica que formarían parte de los planetesimales de los inicios del Sistema Solar. Los anillos de Saturno están pues desde los comienzos del Sistema Solar.

Otro interrogante a responder es el altísimo albedo que poseen. Parece ser que su gran dinamismo con fracturas y aglomeraciones continuas por sus choques incesantes mantienen pulidos y con numerosas caras planas que reflejan muy eficientemente la luz del Sol. Eso unido a la alta reflectividad propia del hielo, podría ser una respuesta a su alto albedo.

La explicación más plausible del origen de los anillos de Saturno es que fueron un intento de luna de Saturno. Ésta se trataría de formar cerca del planeta, donde su influencia gravitatoria es mayor. Si unimos esa cercanía a intensos campos gravitatorios obtenemos las llamadas fuerzas de marea. Las expresiones para el cálculo de las fuerzas gravitatorias cuando el objeto que las crea está lejos se pueden hacer suponiendo que el objeto que las sufre es un punto, pero a distancias cortas o con objetos masivos, esa suposición ya no es válida, hay que tener en cuenta que los satélites no son puntuales. De esta forma se obtiene que la parte más cercana al planeta es atraída más fuete que la cara opuesta. Si estas fuerzas son mayores de la cohesión de las partículas, la luna se fragmentará y no se formará. La conservación del momento angular terminará por aplastar los restos en el plano ecuatorial de Saturno.

Una vez tenemos el disco de partículas de hielo rodeando a Saturno, las leyes que rigen el movimiento planetario terminará por configurar el aspecto que tienen los anillos. ¿Cómo aparecen los huecos que forman su actual estructura? Estos huecos están creados por dos fenómenos según sea el tamaño de dicho hueco. Los huecos anchos se deben al fenómeno de la resonancia de movimiento medio. El más importante de ellos es la resonancia de periodo de traslación. Este aparece cuando una zona del anillo gira en torno a Saturno en un número entero o fraccional de veces el periodo de traslación de una luna exterior. Las partículas que se encuentren en esa zona se ven afectadas periódicamente por esa luna, lo que terminará por trasmitirle energía extra que le provocará la migración de esa zona y la aparición del hueco.

Los huecos estrechos se forman por otro mecanismo distinto a las resonancias, pero que dependen directamente de la fuerza de gravedad. Justo en el medio del hueco reside una luna de pequeña entidad, pero de tamaño mucho mayor al de las partículas que forman los anillos. Esa luna atrae a las partículas próximas acelerándolas, comunicándoles energía y expulsándolas de su órbita, creando el hueco. La pequeña luna “limpiará” su entorno, hasta una distancia tal en que influya su gravedad, más allá del cual las partículas se ven afectadas con fuerzas comparables a las presentes en los choques con otras partículas del anillo, lo que anula ese efecto y las partículas no se retiran.

En la foto de más arriba se aprecia la luna Pan, causante de la división de Enke y sobre estas líneas, la luna Daphnis, causante de la división de Keeler. Delante y detrás de la luna, las partículas del anillo se ven afectadas por su gravedad. Este fenómeno se manifiesta en forma de ondas en los bordes del hueco.

Actualmente, tras la misión Cassini la mayoría de los huecos en los anillos se han explicado por uno u otro método. No obstante aún quedan huecos en los que no se les conoce resonancias ni se han hallado lunas en su interior.

Otra de las preguntas que se plantean es cómo se mantiene la estructura de los anillos, puesto que a primera vista, las partículas de los anillos están continuamente expuestas a choques entre ellas que cambien las energías de las partículas y por lo tanto le permitan escapar.

Toda partícula que sale del anillo es expulsada por los fenómenos de resonancia o limpieza gravitatoria o es regresada a una órbita estable mediante la combinación de esfuerzos de dos lunas, una que gira internamente y otra que gira externamente al anillo en cuestión. A estas lunas se le denominan satélites “pastores”. Así como los pastores mantienen el rebaño agrupado, el influjo gravitatorio conjunto de estas lunas mantienen las partículas agrupadas.

Un ejemplo de pastoreo lo realizan las Lunas Prometeo y Pandora que son las encargadas de mantener al anillo F. En la foto de arriba podemos ver a estas lunas manteniendo al anillo F. Se observa incluso las perturbaciones gravitatorias que causa el paso de ambas lunas en las partículas del anillo.

Sin embargo, la mecánica de los anillos de Saturno no está comprendida del todo, sin ir más lejos, en la última misión Cassini, un estudio rutinario de la luna Encelado, significó un nuevo descubrimiento en la dinámica de los anillos. A esta luna se le observó una superficie plagada de grietas, las más profundas incluso con color diferente.

Al pasar la Cassini en un encuentro cercano, coincidió que una grieta se situó en el limbo del planeta, permitiendo observar una emanación de gas contra el negro del espacio que surgía de la grieta. Al parecer, el núcleo de Encelado está sometido a fuerzas de marea por las demás lunas, manteniendo su núcleo con calor interno, ese calor mantiene el hielo en estado gaseoso, que al escapar por la grieta hasta la superficie, se convierte instantáneamente en sólido (hielo) por la ausencia de presión y la baja temperatura del espacio. Es un proceso similar al fenómeno de los géiseres en algunas regiones volcánicas terrestres. Estos bloques de hielo van formando por acumulación de los pasos orbitales el anillo E de Saturno, el más exterior y extenso.