Formación de Atlas, una de las pequeñas lunas interiores de Saturno. Es plano La forma parecida a un ravioli es el resultado de la fusión de dos cuerpos de tamaño similar. La imagen es una instantánea en medio de una colisión, antes de que se complete la reorientación de la luna debido a las mareas. Crédito:A. Verdier
Las pequeñas lunas interiores de Saturno parecen ravioles y spaetzle gigantes. Su forma espectacular ha sido revelada por la nave espacial Cassini. Por primera vez, Investigadores de la Universidad de Berna muestran cómo se formaron estas lunas. Las formas peculiares son el resultado natural de la fusión de colisiones entre pequeñas lunas de tamaño similar, como demuestran las simulaciones por computadora.
Cuando Martin Rubin, astrofísico de la Universidad de Berna, vio las imágenes de las lunas Pan y Atlas de Saturno en Internet, estaba perplejo. Los primeros planos tomados por la nave espacial Cassini en abril de 2017 mostraron objetos que la NASA describió en su comunicado de prensa como platillos voladores con diámetros de unos 30 km. Con sus grandes crestas y centros bulbosos, Pan y Atlas también se parecían a los ravioles gigantes. Martin Rubin se preguntó cómo se habían formado estos peculiares objetos y preguntó a su colega Martin Jutzi si podrían ser el resultado de colisiones. similar al que formó el cometa Chury, como Jutzi había demostrado anteriormente con simulaciones por computadora.
Martin Jutzi y Adrien Leleu, ambos miembros de NCCR PlanetS, tomó el desafío de calcular el proceso de formación de las pequeñas lunas interiores de Saturno. El primero, las pruebas simples funcionaron bien. "Pero entonces, tomamos en consideración las fuerzas de las mareas y los problemas se acumularon, "recuerda Adrien Leleu." Las condiciones cercanas a Saturno son muy especiales, ", confirma Martin Jutzi. Dado que Saturno tiene 95 veces más masa que la Tierra y las lunas interiores orbitan el planeta a una distancia de menos de la mitad de la distancia entre la Tierra y la Luna, las mareas son enormes y destrozan casi todo. Por lo tanto, Las lunas interiores de Saturno no podrían haberse formado con estas formas peculiares por la acumulación gradual de material alrededor de un solo núcleo. Un modelo alternativo llamado régimen piramidal sugiere que estas lunas se formaron mediante una serie de fusiones de pequeñas lunas de tamaño similar.
La fila superior muestra 3 pequeñas lunas de Saturno fotografiadas por la nave espacial Cassini. En la parte inferior se muestran los resultados del modelo. Las simulaciones no solo reproducen las formas, pero también puede explicar por qué las crestas de Pan y Atlas se ven diferentes del resto de sus cuerpos:están hechas de un material suave que fue exprimido durante el proceso de fusión. Las grietas en el cuerpo principal podrían ser el resultado de tensiones de tracción causadas por la deformación de los objetos fusionados. La luna modelada parecida a Prometeo muestra las mismas puntas en ambos extremos como se ve en las imágenes de Cassini. Crédito:NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute / Universidad de Berna
Habiendo resuelto sus problemas iniciales, los investigadores pudieron verificar el régimen piramidal, pero aún más:demostraron que las colisiones de las pequeñas lunares dieron como resultado exactamente las formas imaginadas por Cassini. Cerca de fusiones frontales conducen a objetos aplanados con grandes crestas ecuatoriales, como se observa en Atlas y Pan. Con ángulos de impacto ligeramente más oblicuos, Las colisiones dieron como resultado formas alargadas en forma de spaetzle que se parecían mucho a la luna Prometeo de 90 km de largo tal como fue fotografiada por Cassini.
La imagen superior muestra la gran luna Jápeto de Saturno observada por Cassini. Tiene una forma esferoide achatada y una cresta ecuatorial. Abajo:El resultado de la simulación de una fusión frontal de dos cuerpos de igual tamaño con la mitad de la masa de Jápeto. Crédito:NASA / JPL / Instituto de Ciencias Espaciales / Universidad de Berna
Las colisiones frontales tienen una alta probabilidad
Según la órbita actual de las lunas y su entorno orbital, los investigadores pudieron estimar que las velocidades de impacto eran del orden de unos 10 m / s. Simular colisiones en este rango para varios ángulos de impacto, obtuvieron varias formas estables similares a los raviolis y spaetzle, pero solo para ángulos de bajo impacto. "Si el ángulo de impacto es mayor de diez grados, las formas resultantes ya no son estables, "dice Adrien Leleu. Cualquier objeto con forma de pato como el cometa Chury se desmoronaría debido a las mareas de Saturno." Es por eso que las pequeñas lunas de Saturno se ven muy diferentes a los cometas que a menudo tienen formas bilobuladas, "explica Martin Jutzi.
Curiosamente, las colisiones frontales no son tan raras como podría pensarse. Se cree que las pequeñas lunas interiores se originan en los anillos de Saturno, un disco delgado ubicado en el plano ecuatorial del planeta. Dado que Saturno no es una esfera perfecta sino más bien achatada, hace que sea difícil para cualquier objeto salir de este plano estrecho. Entonces, Las colisiones cercanas de frente son frecuentes y el ángulo de impacto tiende a disminuir aún más en los encuentros posteriores. "Una fracción significativa de tales colisiones fusionadas tiene lugar en el primer encuentro o después de 1-2 eventos de choques y huidas, "resumen los autores en su artículo publicado hoy en Astronomía de la naturaleza . "En este sentido, Saturno es casi un sistema de juguete para estudiar estos procesos, "dice Martín Rubin.
Aunque los investigadores se centraron principalmente en las pequeñas lunas interiores de Saturno, también encontraron una posible explicación para un misterio de larga data sobre la tercera luna más grande de Saturno llamada Jápeto. ¿Por qué Jápeto tiene una forma achatada y una cresta ecuatorial distintiva? "Nuestros resultados de modelado sugieren que estas características pueden ser el resultado de una fusión de lunas de tamaño similar que tienen lugar con un ángulo de impacto cercano al de frente, similar a las lunas más pequeñas, "resumen los investigadores.
