Saturno, el señor de los anillos

De todos los cuerpos que forman el Sistema Solar hay uno que destaca por encima de todos gracias a lo insólito que es y a la espectacularidad de alguno de los elementos que en él encontramos. Saturno no sería más que otro gigante gaseoso de no ser porque a su alrededor tenemos el mayor sistema de anillos de todo el Sistema Solar. Pero Saturno es mucho más que sus anillos, ya que orbitándolo encontramos algunos de los satélites más especiales que conocemos, sin olvidarnos de determinados elementos y estructuras que nos han sorprendido al descubrirlos. Este es el mundo de Saturno, el auténtico señor de los anillos.

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Imagen del hemisferio norte de Saturno tomada por la sonda Cassini a una distancia de unos 3 millones de kilómetros (fuente: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute).

El planeta al que se dedica el sábado

Saturno es el sexto planeta del Sistema Solar y también el más alejado de los cinco que son visibles a simple vista, las llamadas estrellas errantes. Es por eso que, al igual que les ocurre a Mercurio, a Venus, a Marte y a Júpiter, Saturno tiene su propio día de la semana, el sábado, si bien en su caso el nombre español ha perdido parte de su significado astronómico (sábado viene del sabad judío). Saturno es, en muchos aspectos, no muy diferente a Júpiter. Ambos son los principales giganes gaseosos del Sistema Solar, ambos tienen una gran cantidad de lunas orbitándolos y ambos tienen un sistema de anillos a su alrededor. Y aunque Júpiter es con diferencia el mayor planeta del Sistema Solar, lo cierto es que algunas de las características de Saturno superan con creces a las del gigante gaseoso. Por ejemplo, Saturno es el planeta con menor densidad de todo el Sistema Solar, tan baja (0.690 mg/l) que podría flotar en el agua si hubiera un océano lo suficientemente grande para contenerlo.

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Saturno es aproximadamente 740 veces más grande que la Tierra, aunque su masa es tan solo 95 veces la de nuestro planeta. Esto hace que Saturno sea un cuerpo con una densidad tan baja que podría flotar en el agua (imagen de Walter Myers, tomada de arcadiastreet.com).

La composición interna de Saturno todavía no la conocemos bien, pero creemos que el planeta podría tener un pequeño núcleo rocoso cuya rotación, por el momento, desconocemos. En torno a este hipotético núcleo habría una capa de hidrógeno líquido fruto de las extremas condiciones de presión y temperatura reinantes, una especie de océano metálico que podría ser el responsable del campo magnético de Saturno. Este campo magnético es muy similar al de Júpiter, aunque mucho más débil y con una inclinación apenas apreciable con respecto al eje de rotación del propio planeta (menos de un 1º). Este detalle es muy inusual en el Sistema Solar, pero gracias a él podemos asociar con relativa seguridad ambas partes y determinar, de una manera aproximada, cuál cuánto duran sus días. La magnetosfera de Saturno es aproximadamente un tercio la de Júpiter y, como ocurre con todos los planetas, se alarga en dirección opuesta al Sol, más cuanto más intenso sea el viento solar. En ocasiones, cuando la magnetosfera interactúa con la ionosfera del planeta, pero también cuando lo hace con las partículas eyectadas de algunos de sus satélites, se producen auroras polares muy similares a las de nuestro planeta, aunque en Saturno existe una única gran aurora de forma anillada en lugar de varios anillos de auroras, como tenemos en la Tierra o en Júpiter.

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Las auroras polares de Saturno están formadas por un único anillo, una característica que no se encuentra en planetas como la Tierra o Júpiter. En concreto, estas tres imágenes fueron tomadas por el telescopio espacial Hubble a lo largo de 5 días y muestran muy bien la evolución de una aurora polar en el planeta (fuente: NASA / ESA).

La atmósfera de Saturno es con diferencia la parte que más y mejor conocemos del planeta. Está formada en su mayoría por hidrógeno (93%) y helio (5%), junto con pequeñas cantidades de metano (0.2%), vapor de agua (0.1%) y otras sustancias (1.7%) como amoniaco, etano o fosfina. Por tanto estamos hablando de una atmósfera que, salvando las distancias, es muy parecida a la de Júpiter, pero en la que la presión es poco mayor que la de la Tierra a nivel del mar (1.4*105 Pa). Otra característica que la atmósfera de Saturno comparte con la joviana es la división en franjas latitudinales como consecuencia de una rotación diferencial entre la región ecuatorial (más rápida) y las regiones polares. En el caso de Saturno estas franjas son menos que las de Júpiter y más ténues debido a varios factores químicos y físicos. De entre ellos destaca la distinta composición de las capas altas de la atmósfera, con más metano y amoniaco que le da una coloración amarilla más homogénea, en contraposición a la atmósfera joviana, con mayor contenido en azufre y más rojiza. La parte más externa de la atmósfera de Saturno está formada por nubes de varios compuestos, amoniaco principalmente y posiblemente también agua y metano, sobre la que se dispone una neblina de metano que cubre todo el planeta. En esta capa externa es muy común el desarrollo temporal de huracanes y enormes tormentas, algunas de las cuáles además tienen un fuerte aparato eléctrico que dejaría en evidencia a los peores huracanes terrestres.

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Imagen de una de las tormentas de Saturno, tomada por la sonda Cassini el 25 de febrero de 2011, cuando la tormenta ya llevaba 12 semanas activas (fuente: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute).

Pero sin duda lo que más llama la atención de la atmósfera de Saturno es con diferencia el famoso hexágono del polo norte, un extraño vórtice polar con forma hexagonal que es único en todo el Sistema Solar. Este hexágono es realmente grande y ocupa casi toda la zona polar del planeta, con lados de 13 800 kilómetros de longitud (aproximadamente el diámetro terrestre). El hexágono de Saturno rota con un periodo idéntico al de la rotación planetaria, por lo que es también un elemento atmosférico estacionario que no cambia de longitud ni de estructura, como sí ocurre con otros elementos de la atmósfera de Saturno. En cuanto a su origen, todavía no lo tenemos muy claro pero creemos que podría ser causado por un régimen turbulento especial, ya que sabemos por experimentos en laboratorio que formas poligonales de 3 y 6 lados se pueden formar en determinadas condiciones de este tipo de régimen.

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El hexágono de Saturno es una supertormenta estable con forma hexagonal que permanece asentada cómodamente en polo norte del planeta desde hace mucho tiempo. Esta imagen fue tomada por la sonda Cassini el 27 de noviembre de 2012, a una distancia de unos 418.000 km (fuente: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute).

La joya del Sistema Solar: los anillos de Saturno

Sin duda el elemento más importante de Saturno es el complejo y espectacular sistema de anilos que hay a su alrededor. Esta característica es común a los cuatro gigantes gaseosos del Sistema Solar, pero los anillos de Saturno son únicos en muchos aspectos. Para empezar son los únicos visibles desde la Tierra. Galileo ya los detectó en 1610 con su rudimentario telescopio, aunque no fue capaz de identificar bien de qué se trataba y los denominó «las orejas de Saturno». Poco después, en 1612, dejaron de ser visibles al situarse paralelos a nuestra visual, por lo que poco más pudo hacer nuestro querido Galileo para estudiarlos. De hecho no fue hasta 50 años después cuando Christiaan Huygens propuso que en realidad se trataba de un disco de materia delgado y plano que orbitaba alrededor de Saturno de una manera similar a cualquier satélite. Esa idea fue la que se mantuvo durante otros 20 años, hasta que Giovanni Cassini descubrió que el disco estaba dividido en realidad en dos anillos concéntricos separados por una banda oscura que recibió su nombre: la división de Cassini. Ahora sabemos que en realidad Saturno no tiene dos sino siete anillos, nombrados con letras de la A a la G y formados por franjas de diferente opacidad y reflectividad. Estos anillos se separan unos de otros por zonas denominadas «divisiones», de entre las que destaca la antes mencionada división Cassini, la mayor de ellas.

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Saturno tiene en total siete anillos que se separan unos de otros por zonas con una menor concentración de material que reciben el nombre de divisiones (fuente: NASA / JPL / Space Science Institute).

El sistema de anillos de Saturno presenta una dinámica muy variada, con ondulaciones y constantes perturbaciones producidas por la influencia gravitatoria de Saturno y sus lunas. Estos anillos no son cuerpos sólidos como se creía al principio, sino que están constituidos por una infinidad de objetos de variado tamaño que orbitan de manera independiente aunque dentro de un mismo plano. Algunas de estas partículas, como las que forman el anillo más exterior (anillo E) están formadas por hielo procedente del cercano satélite Encélado, que con sus enormes géiseres estaría alimentando de material a este anillo. Pero este no es el único satélite de Saturno que está relacionado con los anillos, ya que parte de su estabilidad en el tiempo se debe a la existencia de pequeños satélites que orbitan en los espacios vacíos que hay dentro de los anillos, los llamados satélites pastores. Estas lunas limpian su órbita de objetos procedentes de los anillos y generan perturbaciones gravitacionales en ellos. Pero no todas las perturbaciones de los anillos son causadas por la presencia de lunas pastoras, ya que en ocasiones se aprecian zonas alargadas fruto de un agrupamiento temporal de partículas que, según se hagan alrededor de un cuerpo mayor o no, han recibido el nombre de propellers o hélices (si hay un núcleo) o straws o pajitas (si no hay núcleo).

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Los anillos de Saturno sufren constantes perturbaciones que les dan un aspecto mucho más dinámino del que creíamos, ya sea en forma de los famosos propellers (izquierda) o por influencia gravitacional de los satélites cercanos (derecha) (fotografías tomadas de NASA / JPL / Space Science Institute).

Los anillos de Saturno son jóvenes geológicamente hablando (menos de 100 millones de años) y están formados en su mayoría por fragmentos de cometas, asteroides e incluso de antiguos satélites que se desintegraron en su momento al acercarse demasiado al planeta. Debido a que su dinámica es muy parecida a la que pudo reinar en el Sistema Solar durante su formación, los anillos de Saturno son considerados como un verdadero laboratorio para entender la génesis de planetas rocosos. Y es que en los anillos de Saturno, al igual que ocurre en el cinturón de asteroides, tenemos los mismos procesos de acreción que los que se suponen que forman los planetas como la Tierra, hasta el punto de que es posible que hayamos visto una nueva luna en formación: Peggy. Actualmente creemos que tanto el Sistema Solar como todos los sistemas planetarios del universo se formaron a partir de discos que orbitaban alrededor de sus estrellas del mismo modo, pero a mayor escala, a como lo hacen los anillos de Saturno en torno al gigante gaseoso. Por ello es tan importante estudiar esta parte tan destacada del planeta.

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Imagen del satélite pastor Dafne dentro de la división de Keeler, en el Anillo A. Como se puede ver por la ondulación que causa, su presencia altera el material de los anillos a ambos lados de la división (fuente: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute).

Las lunas de Saturno, un viaje a mundos variados

Júpiter tiene 69 satélites conocidos, pero Saturno tampoco se queda muy atrás. Nuestro «espacial» señor de los anillos tiene orbitando a su alrededor y siguiendo órbitas estables al menos 62 satélites naturales conocidos, algunos de ellos con un gran interés científico por sus características físicas. El más grande de todos ellos es con diferencia Titán, que con sus 5150 km de diámetro es además el segundo satélite más grande del Sistema Solar, solo por detrás de Ganímedes, en Júpiter. Pero Titán es mucho más que un cuerpo rocoso grande que orbita alrededor de Saturno, ya que este satélite es el único que conocemos con una atmósfera densa, compuesta además por nitrógeno en un 94% (muy similar al 78% de la atmósfera terrestre). También Titán es el único cuerpo del Sistema Solar, sin contar con la Tierra, en el que hay precipitaciones, si bien por sus bajas temperaturas superficiales (-180º C) estas no son de agua, que permanece en la superficie en forma de hielo, sino de hidrocarburos como metano y etano. Estas precipitaciones además pueden generar en superficie ríos y lagos con una compleja dinámica no tan diferente a los de nuestro planeta.

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En Titán los hidrocarburos experimentan un ciclo muy similar al que tiene el agua en la Tierra, con rpecipitaicones, ríos e incluso lagos. Fotografía en falso color del mar de Ligeia, el segundo lago más grande de Titán, cuya superficie es mayor que la del lago Superior (fuente: NASA / JPL-Caltech / ASI / Cornell).

El otro satélite con gran importancia dentro del sistema satelital de Saturno es Encélado, un cuerpo que, con sus 500 km de diámetro, es apenas una décima parte el tamaño de Titán. Pero su reducido tamaño no le ha quitado interés, ya que en su interior podríamos tener uno de los tesoros más valiosos de todo el Sistema Solar. Porque Encélado, al igual que la luna Europa en Júpiter, posiblemente contiene bajo su superficie helada un océano global de agua líquida en el que la actividad hidrotermal podría permitir el desarrollo de una vida primitiva alejada de la luz solar, un tipo de vida que de ser cierto no sería muy diferente a la de los orígenes de la vida en nuestro propio planeta. En Encélado hay actividad en forma de enormes géiseres que expulsan parte del agua de su interior al espacio para alimentar el anillo E, agua que fue además analizada por la misión Cassini.

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Izquierda: Imagen captada por la sonda Cassini en la que se ven varios de los géiseres de Encélado (fuente: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute / Planetary Science Institute). Derecha: Esquema explicativo de cómo podría ser el interior de Encélado para explicar la posible actividad hidrotermal detrás de sus géiseres (fuente: NASA / JPL-Caltech).

De todos los satélites principales que encontramos en Saturno existe una categoría muy especial de la que ya hemos hablado, las lunas pastoras. Se trata de satélites naturales que se encuentran dentro del sistema de anillos limpiando de partículas las regiones que separan unos anillos de otros. Dentro de estas lunas pastoras tenemos a Pan en la división de Encke y a Dafne en la división de Keeler, ambas en el interior del Anillo A, o a Pandora y Prometeo en el anillo F. Mimas también está dentro de una de estas divisiones, la división Cassini, pero no se suele considerar como un satélite apstor porque es una de las lunas de Saturno que fueron descubiertas en el pasado, como también son Titán, Encélado, Tetis, Rea y otro muchos. Mimas es un cuerpo helado de baja densidad que podría estar constituido en su mayoría por hielo, aunque su característica principal es sin duda el cráter Herschel, un enorme cráter de impacto de 130 km de diámetro que amenazó con destruir al satélite y que le da el aspecto de una enorme Estrella de la Muerte.

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Mimas es uno de los satélites más importantes de Saturno y es conocido como la Estrella de la Muerte del Sistema Solar por su claro parecido con la famosa nave del universo Star Wars. Fotografía tomada por la sonda Cassini el 13 de febrero de 2010 a 9500 km de distancia del satélite. En ella se puede apreciar muy bien el cráter Herschel, de 130 km de diámetro (fuente: NASA / JPL / SSI).

Cassini-Huygens, una misión que ha hecho historia

Buena parte de todo lo que sabemos ahora de Saturno, sus anillos y sus lunas lo sabemos gracias a la misión espacial Cassini-Huygens, un proyecto no tripulado que pudo ser posible gracias a la colaboración de tres agencias espaciales: la Admnistración Nacional de la  Aeronáutica y del Espacio (NASA), la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Italiana (ASI). Esta misión, que fue lanzada en 1997 y finalizó el pasado 15 de septiembre, constaba de dos elementos: la nave Cassini, encargada de llegar hasta Saturno y de orbitar durante varios años, fotografiando y reportando cualquier suceso destacable; y la sonda Huygens, que descendería a la superficie del satélite Titán para convertirse en el primer objeto fabricado por el hombre en posarse en un satélite del Sistema Solar que no fuera la Luna.

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Ilustración artística de la sonda Cassini acercándose a Saturno en la última fase de su misión, la llamada Grand Finale (fuente: NASA / JPL-Caltech).

Tras 13 años de observaciones y otros siete de viaje, la misión Cassini-Huygens se ha convertido en una de las más exitosas de todas las misiones de exploración espacial del Sistema Solar. Ambas sondas en conjunto no solo nos han mandado imágenes espectaculares de Saturno y los mundos que lo rodean, sino que también nos han desvelado muchos de sus misterios. Porque gracias a esta misión ahora sabemos que la rotación del planeta dura 10.6-10.8 días terrestres, que Encélado tiene un débil campo magnético, una ténue aunque significativa atmósfera, una intensa actividad geológica, con fumarolas y géiseres activos, y un océano global bajo la capa de hielo que cubre la superficie del planeta. También ha sido esta misión la que nos ha mostrado la compleja dinámica superficial de Titán, con todo un extraño ciclo de hidrocarburos que llueven sobre el satélite y forman efímeros ríos y lagos. Toda una sorpresa descubrirlo porque jamás habíamos imaginado que eso fuera posible. Otro punto destacado de la misión es que nos ha ayudado a ampliar el número de satélites que tiene Saturno, algunos con formas tan insólitas como Pan, el ya famoso satélite-ravioli.

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Combinación de dos imágenes tomadas con diferente ángulo del satélite Pan, con su característica forma de ravioli gigante (fuente: NASA / JPL / Space Science Institute).

Cassini-Huygens ha cambiado para siempre nuestra idea de cómo es el sistema de Saturno al hacer los increíbles descubrimientos que hizo y que han superado con creces las expectativas iniciales. Esta misión, que ha marcado un antes y un después en la exploración espacial, acabó sus días de una manera también muy espectacular e interesante. Por miedo de poder contaminar algunos de los mundos que lo rodean, sus responsables decidieron que la mejor manera de ponerle punto y final era adentrándose en Saturno en una última misión suicida con la que nos aportaría nuevos datos sobre la atmósfera del planeta. Esta última misión fue llamada la Grand Finale, a la que NASA, como cierre, le dedicó el siguiente y emotivo video.

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