Resolvido mistério sobre a origem dos anéis de Saturno

06 de novembro de 2016

Esquerda: imagem dos anéis de Saturno, pela sonda Cassini; Direita: imagem dos anéis de Urano, obtida pelo Telescópio Hubble. Créditos: NASA/JPL/SSI; NASA/JPL/STScI

Uma equipe de investigadores apresentou um novo modelo para a origem dos anéis de Saturno com base em resultados de simulações de computador. Tais resultados também são também a anéis de outros planetas gigantes e explicam as diferenças composicionais entre os anéis de Saturno e Urano. As descobertas foram publicadas dia 6 de outubro de 2016 na edição on-line da Icarus.

Os planetas gigantes do nosso Sistema Solar têm anéis muitos diversos. As observações mostram que os anéis de Saturno são constituídos por mais de 95% de gelo (de água e de outros gases), enquanto os de Urano e Netuno são mais escuros o que indica a presença de maior conteúdo rochoso. Desde que os anéis de Saturno foram observados pela primeira vez no século XVII, a investigação cresceu de telescópios terrestres até sondas como as Voyager e a Cassini. Porém sua origem ainda não era clara, bem como os mecanismos que levaram aos diversos tipos de anéis também eram desconhecidos.

O estudo em questão focou o período conhecido como Último Grande Bombardeamento que se acredita ter ocorrido há 4 bilhões de anos atrás no nosso Sistema Solar, quando os planetas gigantes passaram por uma migração orbital. Pensa-se que existiam milhares de objetos com o tamanho de Plutão oriundos do Cinturão de Kuiper para lá de Netuno. Primeiro, os cientistas calcularam a probabilidade de estes objetos passarem perto o suficiente dos planetas gigantes para serem destruídos pelas forças de maré durante o Último Grande Bombardeamento. Os resultados mostraram que Saturno, Urano e Netuno tiveram encontros próximos com estes corpos celestes várias vezes. Após isso, o grupo usou simulações de computador para investigar a perturbação destes objetos do Cinturão de Kuiper devido a forças de maré quando passaram pela vizinhança dos planetas gigantes (figura a abaixo). Os resultados das simulações variam dependendo das condições iniciais, como a rotação dos objetos em passagem e da sua aproximação mínima ao planeta. No entanto, descobriram que, em muitos casos, os fragmentos entre 0,1 e 10% da massa inicial dos objetos foram capturados em órbitas em redor do planeta (figuras a, b). Descobriu-se que a massa combinada destes fragmentos capturados é suficiente para explicar a massa dos anéis em redor de Saturno e Urano. Por outras palavras, estes anéis planetários foram formados quando objetos suficientemente grandes passaram muito perto dos gigantes e foram destruídos.

Ilustração esquemática do processo de formação de anéis. As linhas pontilhadas mostram a distância na qual a gravidade dos planetas gigantes é suficientemente forte para que ocorra a ruptura de marés. (a) Quando os objetos do Cinturão de Kuiper têm encontros próximos com os planetas gigantes, são destruídos pelas forças de maré. (b) Como resultado da fragmentação de maré, alguns fragmentos são capturados para órbitas em redor do planeta. (c) As colisões repetidas provocam a quebra dos fragmentos capturados, a sua órbita torna-se gradualmente mais circular e formam-se, então, os anéis atuais. Crédito: alteração parcial da figura de Hyodo, Charnoz, Ohtsuki, Genda 2016, Icarus

Os investigadores também simularam a evolução a longo prazo dos fragmentos capturados, usando supercomputadores do Observatório Astronômico Nacional do Japão. A partir destas simulações, descobriram que os fragmentos capturados com um tamanho inicial de vários quilômetros devem ter sofrido colisões em alta velocidade repetidamente e gradualmente ter sido quebrados em pedaços pequenos. Estas colisões entre fragmentos também circularizaram as órbitas e levaram à formação dos anéis observados atualmente (figuras b, c acima).

Este modelo também pode explicar as diferenças de composição entre os anéis de Saturno e de Urano. Em comparação com Saturno, Urano (e também Netuno) tem uma maior densidade (a densidade média de Urano é 1,27 g/cm³ e a de Netuno é 1,64 g/cm³, enquanto a de Saturno é de 0,69 g/cm³). Isto significa que nos casos de Urano e Netuno, os objetos que passam muito perto da sua vizinhança podem sofrer forças de maré extremamente fortes (Saturno tem uma densidade mais baixa e uma maior relação diâmetro-massa, de modo que se os objetos passam muito perto colidem com o próprio planeta). Como resultado, se os objetos do Cinturão de Kuiper tiverem estruturas em camadas, como um núcleo rochoso com um manto gelado e passarem bastante perto de Urano e Netuno, além do manto, até o núcleo será destruído e capturado, formando anéis.

Estes resultados ilustram que os anéis dos planetas gigantes são subprodutos naturais do processo de formação planetária do nosso Sistema Solar. Isto implica que os planetas gigantes descobertos em redor de outras estrelas têm, provavelmente, anéis formados por um processo semelhante.

FONTE:
http://www.ccvalg.pt/astronomia/noticias/2016/11/1_aneis_saturno.htm