Rea: ¿la primera luna con anillos? Descubrimiento de Cassini (2008)
Rea, ¿la primera luna con anillos? Descubre el hallazgo de Cassini (2008): finos anillos y un disco ecuatorial de partículas que cambian la visión de las lunas.
La luna saturniana Rea podría tener un sistema de anillos delgados con tres bandas estrechas en un disco de partículas sólidas. Estos serían los primeros anillos vistos alrededor de una luna. El descubrimiento se anunció en la revista Science el 6 de marzo de 2008.
En noviembre de 2005, el orbitador Cassini descubrió que la magnetosfera de Saturno cerca de Rea no tenía electrones energéticos. Según el equipo del descubrimiento, esto se explica mejor suponiendo que fueron absorbidos por material sólido en forma de disco ecuatorial con anillos o arcos más densos, con partículas de quizás muchos decímetros a cerca de un metro de diámetro.
Evidencias iniciales
La señal clave que motivó la hipótesis fue una fuerte disminución de electrones energéticos en las observaciones de la magnetosfera alrededor de Rea. En ausencia de material sólido, los electrones deberían estar presentes en niveles previsibles; la explicación más directa es que un disco de partículas sólidas absorbe esos electrones al chocar con la materia. Además, los datos sugirieron no un anillo uniforme sino estructuras más compactas: tres bandas o arcos ecuatoriales más densos.
Características propuestas
- Geometría: un disco ecuatorial concentrado alrededor del plano de Rea, con tres bandas o arcos estrechos.
- Tamaño de partículas: las estimaciones iniciales proponían partículas relativamente grandes (decímetros a metros), lo que explicaría la ausencia de un brillo difuso notable en luz visible si predominan cuerpos grandes con poca sección eficaz total.
- Posible estabilidad: la existencia de tales anillos alrededor de una luna plantea preguntas sobre la estabilidad dinámica dentro de la esfera de Hill de Rea y la influencia del campo gravitatorio de Saturno; modelos teóricos mostraban que, en ciertos rangos, es posible mantener material en estructuras estrechas alrededor de la luna.
Búsquedas posteriores y estado actual
Tras el anuncio de 2008, el propio Cassini realizó observaciones de seguimiento, incluyendo imágenes de alta resolución y experimentos de ocultación estelar destinados a detectar polvo o partículas finas en torno a Rea. Estos esfuerzos no encontraron un disco difuso de polvo o las bandas esperadas en luz visible ni en las ocultaciones, lo que puso límites estrictos a la cantidad de material fino (micrón a milimétrico) presente.
La ausencia de detección óptica sugiere dos posibilidades compatibles con los datos: (1) no existe un sistema de anillos, y la depresión de electrones debe explicarse por otro fenómeno magnético o plasma; o (2) si hay anillos, están formados casi exclusivamente por cuerpos relativamente grandes (decímetros a metros) con una sección transversal combinada muy pequeña, lo que los hace prácticamente indetectables por imágenes y ocultaciones diseñadas para hallar polvo fino.
En resumen, desde las observaciones posteriores la hipótesis de anillos en Rea quedó como una posibilidad no confirmada. La mayoría de trabajos posteriores han concluido que no se ha confirmado un sistema de anillos clásico alrededor de Rhea, aunque la cuestión no estuvo completamente cerrada si se permiten sólo agregados de gran tamaño y baja opacidad óptica.
Implicaciones y teorías de formación
Si hubiese un sistema de anillos alrededor de una luna, sería la primera vez que se confirma tal fenómeno y tendría implicaciones importantes para la formación y evolución de satélites. Entre las teorías propuestas para su origen destacan:
- material ejectado por impactos con meteoritos que quedó atrapado en órbita temporalmente;
- remanentes de un pequeño satélite destruido por colisiones;
- acreción de material capturado dentro de la esfera de Hill de Rea.
Cada explicación plantea retos dinámicos: la erosión por micrometeoritos, la interacción con la magnetosfera de Saturno y las perturbaciones gravitatorias deben permitir la existencia de estructuras estrechas durante tiempos significativos para ser observables.
Conclusión
El hallazgo anunciado en Science (2008) sobre un posible sistema de anillos en Rea surgió de evidencias indirectas en datos de Cassini. Las búsquedas posteriores por imágenes y ocultaciones no confirmaron la presencia de polvo fino, por lo que la hipótesis quedó sin corroboración definitiva: hoy se considera una propuesta interesante pero no demostrada, y la existencia de anillos alrededor de una luna sigue siendo, por ahora, un caso excepcional pendiente de más pruebas.
Una impresión artística de los anillos de Rea
Detección
El Voyager 1 observó una zona sin tantos electrones energéticos atrapados en el campo magnético de Saturno, aguas abajo de Rea, en 1980. Estas mediciones, que nunca se explicaron, se realizaron a una distancia mayor que los datos de Cassini.
El 26 de noviembre de 2005, Cassini efectuó el único sobrevuelo de Rea previsto en su misión principal. Pasó a menos de 500 km de la superficie de Rea, a contracorriente del campo magnético de Saturno, y observó la estela de plasma resultante, al igual que hizo con otras lunas, como Dione y Tetis. En esos casos, se produjo un corte de electrones energéticos cuando la Cassini cruzó hacia las sombras de plasma de las lunas (las regiones en las que las propias lunas bloqueaban el plasma magnetosférico para que no llegara a la Cassini). Sin embargo, en el caso de Rea, el plasma de electrones comenzó a disminuir a una distancia ocho veces mayor, y se redujo gradualmente hasta la esperada caída brusca cuando Cassini entró en la sombra de plasma de Rea. La distancia ampliada corresponde a la esfera Hill de Rea, la distancia de 7,7 veces el radio de Rea dentro de la cual las órbitas están dominadas por la gravedad de Rea y no por la de Saturno. Cuando Cassini salió de la sombra de plasma de Rea, se produjo el patrón inverso: Una fuerte oleada de electrones energéticos y, a continuación, un aumento gradual hasta el radio de la colina de Rea.
Estas lecturas son similares a las de Encélado, donde el agua que sale de su polo sur absorbe el plasma de electrones. Sin embargo, en el caso de Rea, el patrón de absorción es simétrico.
Además, el Instrumento de Imágenes Magnetosféricas (MIMI) vio que este suave gradiente estaba salpicado por tres bruscas caídas del flujo de plasma en cada lado de la luna, un patrón que también era casi simétrico.
En agosto de 2007, Cassini volvió a pasar por la sombra de plasma de Rea, pero más abajo. Sus lecturas fueron similares a las de la Voyager 1.
No hay imágenes ni avistamientos directos del material que se cree que absorbe el plasma, pero los probables candidatos serían difíciles de detectar directamente. Está previsto realizar más avistamientos durante la primera ampliación de la misión de Cassini, con un sobrevuelo previsto para el 2 de marzo de 2010.
Comparación de las lecturas del MIMI en Rea y Tetis, y posibles anillos. La estela de plasma es más turbulenta en Rea que en Tetis, por lo que su sombra no es tan clara.
Una exposición de 100 segundos de un Rea retroiluminado no logró encontrar ninguna evidencia de anillos. Si existen, son demasiado tenues o no dispersan la luz lo suficiente como para ser detectados. Esta geometría de observación está especialmente indicada para detectar partículas diminutas del tamaño del polvo, por lo que todavía es posible que un anillo esté formado en su totalidad por desechos de mayor tamaño. La media luna brillante iluminada por el sol está en la parte inferior derecha; la iluminación gibosa de la parte izquierda es la luz del planeta.
Interpretación
La trayectoria de vuelo de Cassini dificulta la interpretación de las lecturas magnéticas.
Los candidatos obvios para la materia que absorbe el plasma magnetosférico son el gas neutro y el polvo, pero las cantidades necesarias para explicar la disminución de electrones observada son muy superiores a las que permiten las mediciones de Cassini. Por ello, los descubridores, dirigidos por Geraint Jones, del equipo MIMI de Cassini, sostienen que la disminución de electrones debe ser causada por partículas sólidas que orbitan alrededor de Rea:
Un análisis de los datos de los electrones indica que lo más probable es que este obstáculo tenga la forma de un disco de material de baja profundidad óptica cerca del plano ecuatorial de Rea y que el disco contiene cuerpos sólidos de hasta ~1 m de tamaño.
La explicación más sencilla para las puntuaciones simétricas en el flujo de plasma son "arcos o anillos de material extendidos" que orbitan alrededor de Rea en su plano ecuatorial. Estas puntuaciones simétricas guardan cierta similitud con la forma en que se encontraron los Anillos de Urano en 1977.
| Posibles anillos de Rhean | |
| Anillo | radio orbital (km) |
| disco | < 5,900 |
| 1 | ≈ 1,615 |
| 2 | ≈ 1,800 |
| 3 | ≈ 2,020 |
Sin embargo, no todos los científicos están convencidos de que las firmas observadas sean causadas por un sistema de anillos. No se han visto anillos en las imágenes, lo que pone un límite muy bajo, al menos, a las pequeñas partículas del tamaño del polvo. Además, se esperaría que un anillo formado por cantos rodados generara polvo que probablemente se habría visto en las imágenes.
Historia
Las simulaciones sugieren que los cuerpos sólidos pueden orbitar de forma estable alrededor de Rea cerca de su plano ecuatorial en escalas de tiempo astronómicas. Es posible que no sean estables alrededor de Dione y Tethys porque esas lunas están mucho más cerca de Saturno y, por tanto, tienen esferas de Hill mucho más pequeñas, o alrededor de Titán debido al arrastre de su densa atmósfera.
Se han hecho muchas sugerencias sobre el posible origen de los anillos. Un impacto podría haber puesto material en órbita; esto podría haber ocurrido hace tan sólo 70 millones de años. Un cuerpo pequeño podría haberse desintegrado al quedar atrapado en la órbita de Rea. En cualquiera de los dos casos, los restos habrían acabado por asentarse en órbitas ecuatoriales circulares. Sin embargo, dada su estabilidad orbital a largo plazo, es posible que sobrevivan desde la formación de la propia Rea.
Para que existan diferentes anillos, algo debe separarlos. Las sugerencias incluyen lunas o cúmulos de material dentro del disco, similares a los observados dentro del anillo A de Saturno.
Preguntas y respuestas
P: ¿En torno a qué luna se encuentra el sistema de anillos finos?
R: El sistema de anillos finos está alrededor de la luna saturniana Rea.
P: ¿Cuándo se anunció el descubrimiento de este sistema de anillos finos?
R: El descubrimiento del sistema de anillos finos se anunció en la revista Science el 6 de marzo de 2008.
P: ¿Cómo descubrieron los científicos que la magnetosfera de Saturno cerca de Rea no tenía electrones energéticos?
R: Los científicos descubrieron que la magnetosfera de Saturno cerca de Rea no tenía electrones energéticos cuando utilizaron el orbitador Cassini en noviembre de 2005.
P: ¿Qué significa decir que hay "anillos o arcos más densos" alrededor de Rea?
R: Significa que hay zonas con una mayor concentración de material sólido, como partículas de muchos decímetros a cerca de un metro de diámetro, que forman anillos o arcos alrededor de Rea.
P: ¿Qué tipo de partículas componen estos anillos y arcos más densos?
R: Estos anillos y arcos más densos están formados por partículas sólidas de muchos decímetros a cerca de un metro de diámetro.
P: ¿En qué se diferenciaría de otros anillos conocidos vistos alrededor de lunas?
R: Esto sería diferente de otros anillos conocidos vistos alrededor de lunas porque sería la primera vez que se ve un sistema de anillos delgados alrededor de una luna.
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