Después de siglos de mirar con asombro y asombro por la belleza de Saturno y sus anillos, ahora podemos escucharlos, gracias a los esfuerzos de los astrofísicos de la Universidad de Toronto (U of T).

"Para celebrar la Gran Final de la misión Cassini de la NASA el próximo mes, convertimos las lunas y los anillos de Saturno en dos piezas musicales, "dice el astrofísico Matt Russo, investigador postdoctoral en el Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica (CITA) en la Facultad de Artes y Ciencias de la U of T.

La conversión a música es posible gracias a las resonancias orbitales, que ocurren cuando dos objetos ejecutan diferentes números de órbitas completas al mismo tiempo, para que sigan volviendo a su configuración inicial. Los tirones rítmicos gravitacionales entre ellos los mantienen bloqueados en un patrón repetitivo apretado que también se puede convertir directamente en armonía musical.

"Donde hay resonancia hay música, y ningún otro lugar del sistema solar está más lleno de resonancias que Saturno, "dice Russo.

La nave espacial Cassini ha estado recopilando datos mientras orbita alrededor de Saturno desde su llegada en 2004 y ahora se encuentra en medio de una espiral de muerte final. Se sumergirá en el propio planeta el 15 de septiembre para evitar contaminar alguna de sus lunas.

A Russo se le unió el astrofísico Dan Tamayo, investigador postdoctoral en CITA y el Centro de Ciencias Planetarias en la U of T Scarborough, y juntos pudieron tocar música con un instrumento de más de un millón de kilómetros de largo. Las notas y los ritmos musicales provienen del movimiento orbital de las lunas de Saturno junto con las órbitas de los billones de pequeñas partículas que componen el sistema de anillos.

"Los magníficos anillos de Saturno actúan como una caja de resonancia que lanza ondas en lugares que armonizan con las muchas lunas del planeta, y algunos pares de lunas están encerrados en resonancias, "dice Tamayo.

Música de lunas y anillos

Para la primera pieza que sigue a la zambullida final de Cassini, los investigadores aumentaron las frecuencias orbitales naturales de las seis grandes lunas interiores de Saturno en 27 octavas para llegar a las notas musicales. "Lo que escuchas son las frecuencias reales de las lunas, cambió al rango de audición humana ", dice Russo. Luego, el equipo utilizó una simulación numérica de última generación del sistema lunar desarrollado por Tamayo para tocar las notas resultantes cada vez que una luna completa una órbita.

El sistema lunar tiene dos resonancias orbitales que le dan una estructura rítmica y armónica a la melodía al estilo de una canción de cuna, que de otro modo sería inestable. La primera y tercera lunas Mimas y Tetis están encerradas en una resonancia de 2:1, de modo que Mimas orbita dos veces por cada órbita de Tetis. La misma relación une las órbitas de la segunda y cuarta lunas Enceledus y Dione, y la combinación de los dos ritmos simples crea patrones musicales interesantes a medida que entran y salen de la sincronicidad.

"Dado que duplicar la frecuencia de una nota produce la misma nota una octava más alta, las cuatro lunas interiores producen solo dos notas diferentes separadas por una quinta perfecta, "dice Russo, quien también es un graduado del programa de interpretación de Jazz de la U of T's. "La quinta luna Rea completa un acorde mayor que se ve perturbado por la ominosa entrada de la luna más grande de Saturno, Titán."

Russo y Tamayo se unen al proyecto con el músico de Toronto, y el compañero de banda de Matt desde hace mucho tiempo, Andrew Santaguida. "Dan comprende las resonancias orbitales tan profundamente como cualquiera y Andrew es un mago de la producción musical. Mi trabajo es conectar estos dos mundos".

Titán en realidad le da a la sonda Cassini el empujón final que la envía a toda velocidad hacia su muerte en el corazón de Saturno. La música sigue el vuelo final de Cassini sobre el sistema de anillos al convertir las frecuencias orbitales en constante aumento de los anillos en un tono ascendente dramático; el volumen del tono aumenta y disminuye junto con las bandas brillantes y oscuras observadas de los anillos. La muerte de Cassini cuando choca contra Saturno se escucha como el choque final de un acorde de piano final, que se inspiró en "A Day in the Life" de The Beatles, en el que un acorde mayor rico sigue un crescendo igualmente tenso.

Además de la banda sonora, Russo ha hecho un gran tallado en madera con los anillos de Saturno para que la gente pueda seguirlo con la punta de los dedos mientras escucha. La talla será parte de una exhibición de astronomía de audio táctil en el evento de recaudación de fondos Pasos Nocturnos del Instituto Nacional Canadiense para Ciegos para personas con discapacidad visual en Toronto el 15 de septiembre. el mismo día está previsto que finalice la misión Cassini.

Resonances of Janus traducidas a música

La segunda pieza demuestra las escalas interpretadas por Janus y Epimetheus, dos pequeñas lunas irregulares que comparten una órbita justo fuera del sistema de anillos principal de Saturno. Juntos son un ejemplo de resonancia 1:1, el único en el sistema solar. El par orbita a distancias ligeramente diferentes de Saturno, pero con una diferencia tan insignificante que intercambian lugares cada cuatro años. La composición simula los últimos meses de la misión de Cassini, mientras que Janus se acerca poco a poco a Epimeteo antes de robar su lugar en 2018. Juntos, las dos lunas tocan un zumbido al unísono pero con un ritmo en constante cambio que se repite cada ocho años.
Russo tocó una nota C # en su guitarra una vez por cada órbita, mientras que un violonchelo sostiene una nota por cada resonancia dentro de los anillos.

"Cada anillo es como una cuerda circular, siendo continuamente inclinados por Jano y Epimeteo mientras se persiguen alrededor de su órbita compartida, ", dice Russo. Cassini capturó recientemente una imagen de una de las ondas que esto crea dentro de los anillos. Para convertir esto en música, Russo y Santaguida utilizaron las variaciones de brillo en esta imagen para controlar la intensidad del violonchelo.

"Las lunas danzantes de Saturno ahora tienen una banda sonora, "dice Russo.

Russo, Tamayo y Santaguida son el mismo grupo que convirtió el sistema planetario TRAPPIST-1 recientemente descubierto en música hace unos meses. Han apodado su proyecto paralelo ASTRO-SONIC SYSTEM Sounds) y esperan continuar explorando el universo en busca de otra evidencia de resonancia armónica natural.