Esta imagen muestra una tormenta gigante de Saturno que fue observada en longitudes de onda del infrarrojo medio por el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral en 2011. Los gases cálidos que impulsan la tormenta la hacen brillar intensamente en comparación con el resto del planeta. Crédito:L. Fletcher (Universidad de Leicester) y ESO
Si detienes a una persona al azar en la acera y le preguntas cuál es su planeta favorito, lo más probable es que su respuesta sea Saturno. Los deslumbrantes anillos de Saturno son una vista memorable en cualquier telescopio de jardín. Pero todavía hay mucho que aprender sobre Saturno, especialmente sobre el clima y la química únicos del planeta, así como el origen de su opulento sistema de anillos. Después de su lanzamiento en 2021, El telescopio espacial James Webb de la NASA observará Saturno, sus anillos, y familia de lunas como parte de un programa integral del sistema solar.
Este estudio se realizará a través de un programa de Observaciones de Tiempo Garantizado encabezado por Heidi Hammel, astrónomo planetario y vicepresidente ejecutivo de la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en Washington, D.C. Hammel fue seleccionado por la NASA como científico interdisciplinario de Webb en 2002.
"El propósito de este programa es demostrar las capacidades de Webb para las observaciones del sistema solar, incluida la observación de objetos brillantes, seguimiento de objetos en movimiento, y detectar objetivos débiles junto a otros brillantes, "Hammel explicó." Los datos estarán disponibles para la comunidad del sistema solar tan pronto como sea posible para mostrarles que Webb puede hacer lo que les hemos prometido ".
Webb continuará donde lo dejó la nave espacial Cassini de la NASA. Cassini orbitó Saturno durante 13 años, desde 2004 hasta que la misión terminó en 2017 cuando la nave espacial se sumergió en la atmósfera de Saturno. Desde entonces, programas como el programa Legacy de Atmósferas del Planeta Exterior del Telescopio Espacial Hubble y las mediciones desde tierra han sido la única forma de monitorear Saturno.
Estaciones de Saturno
Saturno experimenta auroras, también conocidas como luces del norte y del sur, como la Tierra. Aquí, Las observaciones de luz ultravioleta del Hubble de una aurora se superponen a una imagen de luz visible del planeta. Crédito:NASA, ESA, J. Clarke (Universidad de Boston), y Z. Levay (STScI)
Saturno está inclinado sobre su eje al igual que la Tierra, y como un resultado, también experimenta estaciones mientras orbita alrededor del Sol. Sin embargo, dado que el año de Saturno tiene 30 años terrestres, cada temporada dura alrededor de 7-1 / 2 años. Cassini llegó durante el verano del hemisferio sur (invierno en el hemisferio norte). Ahora es verano en el hemisferio norte. Los astrónomos están ansiosos por buscar cambios estacionales en la atmósfera de Saturno.
"Estas observaciones nos darán un análisis completo del sistema de Saturno para ver qué ha cambiado, para ver cómo han evolucionado las estaciones desde los últimos destellos de Cassini y para aprovechar las capacidades que tiene Webb que Cassini nunca hizo, "dijo Leigh Fletcher de la Universidad de Leicester, Inglaterra, un investigador principal del programa.
A finales de 2010, una tormenta monstruosa estalló en el hemisferio norte de Saturno. Comenzó como una mancha diminuta pero creció rápidamente, hasta que a finales de enero de 2011 rodeó el planeta. Los astrónomos se sorprendieron porque tales tormentas normalmente no se forman hasta después del solsticio de verano, que ocurrió en 2017. Estarán atentos a más tormentas a medida que el hemisferio norte de Saturno se mueva del verano al otoño en el transcurso de la misión de Webb.
Capas nebulosas de hidrocarburos envuelven la luna de Saturno, Titán. En su superficie, Los ríos de metano desembocan en mares con bordes de alquitrán. Crédito:NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute
Las tormentas no son los únicos fenómenos atmosféricos que comparten Saturno y la Tierra. Saturno también experimenta auroras, o luces del norte y del sur. Esas auroras desencadenan cambios químicos en la atmósfera de Saturno, rompiendo algunas moléculas y permitiendo que se formen otras nuevas. Webb buscará firmas de esa química inusual que brilla en longitudes de onda del infrarrojo medio, particularmente en la región del polo norte.
Titán, La luna más grande de Saturno
La luna más grande de Saturno, Titán, también caerá bajo la poderosa mirada de Webb. Titán es único porque es la única luna de nuestro sistema solar con una atmósfera sustancial. De hecho, es más grande que el planeta Mercurio. La presión atmosférica en Titán es aproximadamente un 50% mayor que en la Tierra. Como la tierra esa atmósfera es principalmente nitrógeno, pero Titán también tiene hidrocarburos vaporosos como el metano. Titán también es mucho más frío que la Tierra, con una temperatura de la superficie alrededor de menos 290 ° Fahrenheit (menos 180 ° Celsius).
Dentro de la atmósfera de Titán, Las reacciones químicas están constantemente batiendo su composición. Las moléculas se descomponen en sus componentes como el carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Esos átomos forman nuevas moléculas, que se filtran por el aire y se asientan en cualquier polo que esté experimentando el invierno.
Las lunas de Júpiter Io y Europa, y las lunas de Saturno, Encelado y Titán, muestran una notable actividad geológica por su pequeño tamaño, con características que van desde volcanes y penachos de agua hasta posibles océanos subsuperficiales. Crédito:J Olmsted (STScI)
"La atmósfera de Titán es como un gran laboratorio de química, "dijo Conor Nixon del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Cinturón verde, Maryland., un investigador principal del programa. Nixon y sus colegas utilizarán el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) y el generador de imágenes de infrarrojo medio (MIRI) de Webb para estudiar estas moléculas con mucho más detalle de lo que permitían los instrumentos de Cassini.
Titán también es el único objeto de nuestro sistema solar además de la Tierra con mares líquidos y lagos en su superficie. Mientras que la Tierra tiene un ciclo del agua en el que el agua se evapora, cae como lluvia, y fluye por los ríos hasta el océano, Titán experimenta un ciclo similar con el metano. En titán La lluvia de metano talla los lechos de los ríos a través del hielo de agua dura como una roca antes de desembocar en mares con bordes de alquitrán. Cassini y su sonda Huygens de la Agencia Espacial Europea, que aterrizó en Titán en 2004, hizo descubrimientos notables sobre esta luna de Saturno. Webb estudiará los ciclos climáticos estacionales de Titán para compararlos con los modelos de los astrónomos.
"Titán tiene nubes y un clima que podemos ver cambiar en tiempo real. Su química es muy diferente a la de la Tierra, pero sigue siendo orgánico química basada en carbono, "dijo Stefanie Milam de NASA Goddard, un co-investigador en el programa.
Si bien la vida útil de la misión de Webb después del lanzamiento está diseñada para ser de al menos 5 años y medio, potencialmente podría durar 10 años o más. Como resultado, podría ver a Saturno pasar del verano del norte a través del equinoccio de otoño y de regreso a la primavera del sur. Eso casi "completaría el círculo" iniciado cuando Cassini llegó durante el verano austral.
"Realmente habremos cubierto todo un año de Saturno. Sería una experiencia muy reveladora, "dijo Fletcher.
