Anéis de Saturno: menos do que os olhos podem ver?

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O anel B de Saturno é o mais opaco dos anéis principais, aparece quase preto nesta imagem da Cassini tirada do lado não iluminado do plano dos anéis. Créditos: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute.

Artigo traduzido de NASA.

Parece intuitivo que um material opaco contenha mais coisas do que uma substância mais translúcida. Por exemplo, a água lamacenta tem mais partículas de sujeira do que a água mais clara. Da mesma forma, você pode pensar que, nos anéis de Saturno, as áreas mais opacas contenham uma maior concentração de material do que lugares onde os anéis parecem ser mais transparentes.

Mas essa intuição nem sempre se aplica, de acordo com um recente estudo dos anéis usando dados da missão Cassini da NASA. Em sua análise, os cientistas descobriram surpreendentemente pouca correlação entre a densidade que um anel pode parecer ter – em termos de sua opacidade e reflexividade – e a quantidade de material que ele contém.

Os novos resultados dizem respeito aos anéis B de Saturno, os mais brilhantes e opacos dos anéis de Saturno, e são consistentes com estudos anteriores que encontraram resultados semelhantes para outros anéis principais de Saturno.

Esta imagem foi cortada a partir de uma vista panorâmica do principal sistema de anéis de Saturno, e inclui os nomes das principais características do anel. Créditos: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute.
Esta imagem foi cortada a partir de uma vista panorâmica do principal sistema de anéis de Saturno, e inclui os nomes das principais características do anel. Créditos: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute.

 

Os cientistas descobriram que, enquanto a opacidade do anel B variou muito em toda a sua largura, a massa – ou quantidade de material – não variou muito de lugar para lugar. Eles “pesaram” o centro quase opaco do anel B pela primeira vez – tecnicamente, eles determinaram a sua densidade de massa em vários locais – através da análise de ondas espirais de densidade. Estas ondas são características do anel numa escala precisa, criados pela gravidade puxando partículas das luas de Saturno para o anel, e a própria gravidade do planeta. A estrutura de cada onda depende diretamente da quantidade de massa na zona dos anéis em que ela está localizada.

“No momento está longe de ser clara a forma como as regiões com a mesma quantidade de material podem ter tais opacidades diferentes. Poderia ser algo relacionado com o tamanho ou a densidade das partículas individuais, ou poderia ter algo a ver com a estrutura dos anéis” disse Matthew Hedman, o principal autor do estudo e cientista participante da Cassini na Universidade de Idaho, Moscou. O co-investigador da Cassini, Phil Nicholson, da Universidade Cornell, Ithaca, Nova York, é co-autor do trabalho com Hedman.

“As aparências enganam”, disse Nicholson. “Uma boa analogia é como um campo nevoento é muito mais opaco que uma piscina, embora a piscina seja mais densa e contenha muito mais água”.

Esta imagem foi cortada a partir de uma vista panorâmica do principal sistema de anéis de Saturno, e inclui os nomes das principais características do anel. Créditos: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute.
Algumas partes do anel B de Saturno são até 10 vezes mais opacas do que o anel A vizinho, mas o anel B pode pesar apenas duas a três vezes a massa do anel A. Créditos: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute.JPL-Caltech / Space Science Institute.

A investigação sobre a massa dos anéis de Saturno tem implicações importantes para a sua idade. Um anel menos massivo iria evoluir mais rápido do que um anel contendo mais material, tornando-se obscurecido pela poeira de meteoritos e outras fontes cósmicas mais rapidamente. Assim, quanto menos massivo o anel B é, mais jovem ele pode ser – talvez algumas centenas de milhões de anos, em vez alguns bilhões.

“Por ter ‘pesado’ o núcleo do anel B pela primeira vez, este estudo dá um passo significativo em nossa busca para descobrir a idade e a origem dos anéis de Saturno”, disse Linda Spilker, cientista do projeto Cassini no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, Pasadena, Califórnia. “Os anéis são tão magníficos e imponentes, é impossível resistir ao mistério de como eles se formaram”.

Enquanto todos os planetas gigantes do nosso sistema solar (Júpiter, Saturno, Urano e Netuno) têm seus sistemas de anéis, os de Saturno são claramente diferentes. Explicar o porquê dos anéis de Saturno serem tão brilhantes e grandes é um desafio importante na compreensão de sua formação e história. Para os cientistas, a densidade do material acondicionado em cada a seção dos anéis é um fator crítico de a sua formação para descrever um processo físico.

Algumas partes do anel B de Saturno são até 10 vezes mais opacas do que o anel A vizinho, mas o anel B pode pesar apenas duas a três vezes a massa do anel A. Créditos: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute.
O anel B é o mais brilhante dos anéis de Saturno quando visto sob a luz solar refletida. Créditos: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute.

 

Um estudo anterior dos membros da equipe do espectrômetro infravermelho da Cassini tinha sugerido a possibilidade de que possa haver menos material no anel B do que os pesquisadores tinham pensado. A nova análise é a primeira a medir diretamente a densidade de massa no anel e demonstrar que este é o caso.

Hedman e Nicholson usaram uma nova técnica para analisar os dados a partir de uma série de observações do espectrômetro de mapeamento visível e infravermelho da Cassini, que olhou através dos anéis em direção a uma estrela brilhante. Através da combinação de várias observações, eles foram capazes de identificar as ondas espirais de densidade nos anéis que não são óbvias em medições individuais.

A análise também descobriu que a massa total do anel B é inesperadamente baixa. Foi surpreendente, disse Hedman, porque algumas partes do anel B são até 10 vezes mais opacas do que o vizinho anel A, mas o anel B pode pesar apenas duas ou três vezes a massa do anel A.

Apesar da baixa massa encontrada por Hedman e Nicholson, o anel B deve conter a maior parte de material no sistema de anéis de Saturno. E embora este estudo deixe alguma incerteza sobre a massa do anel, uma medição mais precisa da massa total dos anéis de Saturno está a caminho. Anteriormente, a Cassini havia medido o campo gravitacional de Saturno, dizendo aos cientistas a massa total de Saturno e seus anéis. Em 2017, a Cassini vai determinar a massa de Saturno sozinho voando apenas dentro dos anéis durante a fase final de sua missão. Esperamos que a diferença entre as duas medições finalmente revele a verdadeira massa dos anéis.

O estudo foi publicado online pela revista Icarus.

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