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Saturno faz ondas em seus próprios anéis
As descobertas oferecem a melhor evidência para o núcleo difuso de Saturno e se alinham com evidências recentes da missão Juno da NASA, que indica que o gigante gasoso Júpiter também pode ter um núcleo diluído de forma semelhante.
Por Whitney Clavin - 17/03/2021


Uma ilustração de Saturno e seu núcleo "difuso". Crédito: Caltech / R. Ferida (IPAC)

Da mesma forma que os terremotos fazem nosso planeta roncar, as oscilações no interior de Saturno fazem o gigante gasoso balançar levemente. Esses movimentos, por sua vez, causam ondulações nos anéis de Saturno.

Em um novo estudo aceito na revista Nature Astronomy , dois astrônomos do Caltech analisaram esses anéis ondulantes para revelar novas informações sobre o núcleo de Saturno. Para o estudo, eles usaram dados mais antigos capturados pela Cassini da NASA, uma espaçonave que orbitou o gigante anelado por 13 anos antes de mergulhar na atmosfera do planeta e se desintegrar em 2017.

As descobertas sugerem que o núcleo do planeta não é uma bola dura de rocha, como algumas teorias anteriores haviam proposto, mas uma sopa difusa de gelo, rocha e fluidos metálicos - ou o que os cientistas chamam de núcleo "difuso". A análise também revela que o núcleo se estende por 60 por cento do diâmetro do planeta, o que o torna substancialmente maior do que o estimado anteriormente.

"Usamos os anéis de Saturno como um sismógrafo gigante para medir as oscilações dentro do planeta", diz o coautor Jim Fuller, professor assistente de astrofísica teórica da Caltech. "Esta é a primeira vez que podemos sondar sismicamente a estrutura de um planeta gigante gasoso, e os resultados foram bastante surpreendentes."

"A análise detalhada dos anéis ondulantes de Saturno é uma forma muito elegante de sismologia para inferir as características do núcleo de Saturno", diz Jennifer Jackson, a William E. Leonhard Professor de Física Mineral no Laboratório Sismológico da Caltech, que não esteve envolvida no estudar, mas usa diferentes tipos de observações sísmicas para compreender a composição do núcleo da Terra e potencialmente detectar eventos sísmicos em Vênus no futuro.

O principal autor do estudo é Christopher Mankovich, um pós-doutorado pesquisador associado em ciências planetárias que trabalha no grupo de Fuller.

As descobertas oferecem a melhor evidência para o núcleo difuso de Saturno e se alinham com evidências recentes da missão Juno da NASA, que indica que o gigante gasoso Júpiter também pode ter um núcleo diluído de forma semelhante.

“Os núcleos difusos são como lama”, explica Mankovich. "O hidrogênio e o gás hélio no planeta se misturam gradualmente com mais e mais gelo e rocha conforme você se move em direção ao centro do planeta. É um pouco como partes dos oceanos da Terra, onde a salinidade aumenta conforme você atinge níveis cada vez mais profundos, criando um ambiente estável configuração."

A ideia de que as oscilações de Saturno poderiam fazer ondas em seus anéis e que os anéis poderiam, portanto, ser usados ​​como um sismógrafo para estudar o interior de Saturno surgiu pela primeira vez em estudos no início de 1990 por Mark Marley (BS '84) e Carolyn Porco (Ph.D . '83), que mais tarde se tornou o líder da Cassini Imaging Team. A primeira observação do fenômeno foi feita por Matt Hedman e PD Nicholson (Ph.D. '79) em 2013, que analisaram os dados da Cassini. Os astrônomos descobriram que o anel C de Saturno continha vários padrões espirais impulsionados por flutuações no campo gravitacional de Saturno e que esses padrões eram distintos de outras ondas nos anéis causadas por interações gravitacionais com as luas do planeta.
 
Agora, Mankovich e Fuller analisaram o padrão das ondas nos anéis para construir novos modelos do interior ondulante de Saturno.

“Saturno está sempre tremendo, mas é sutil”, diz Mankovich. "A superfície do planeta se move cerca de um metro a cada uma ou duas horas como um lago que se agita lentamente. Como um sismógrafo, os anéis captam as perturbações da gravidade e as partículas do anel começam a se mexer", diz ele.

Os pesquisadores dizem que as ondulações gravitacionais observadas indicam que o interior profundo de Saturno, enquanto se espalha como um todo, é composto de camadas estáveis ​​que se formaram depois que materiais mais pesados ​​afundaram no meio do planeta e pararam de se misturar com materiais mais leves acima deles.

"Para que o campo gravitacional do planeta oscile com essas frequências específicas, o interior deve ser estável, e isso só é possível se a fração de gelo e rocha aumentar gradualmente à medida que você vai em direção ao centro do planeta", diz Fuller.

Seus resultados também indicam que o núcleo de Saturno tem 55 vezes a massa de toda a Terra, com 17 massas terrestres sendo gelo e rocha e o resto um fluido de hidrogênio e hélio.

Hedman, que não faz parte do estudo atual, diz: "Christopher e Jim foram capazes de mostrar que uma característica do anel em particular forneceu fortes evidências de que o núcleo de Saturno é extremamente difuso. Estou animado para pensar sobre todas as outras características do anel geradas por Saturno pode ser capaz de nos falar sobre esse planeta. "

Além disso, as descobertas representam desafios para os modelos atuais de formação de gigantes gasosos, que sustentam que os núcleos rochosos se formam primeiro e depois atraem grandes envelopes de gás. Se os núcleos dos planetas forem realmente difusos, como indica o estudo, os planetas podem, em vez disso, incorporar gás no início do processo.

O estudo da Nature Astronomy , intitulado "Um núcleo difuso em Saturno revelado pela sismologia em anel", foi financiado pela Rose Hills Foundation e a Sloan Foundation.

 

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