Imagen superior inferior izquierda:vista infrarroja de Saturno por Cassini VIMS. El azul es luz infrarroja donde el hielo de agua se refleja con relativa intensidad. El rojo es una emisión térmica de longitud de onda más larga que muestra el calor de las profundidades del planeta. El verde son las longitudes de onda infrarrojas donde las auroras emiten luz. Imagen superior derecha superior:Phoebe en luz visible. Phoebe es muy morena, como el carbón mientras que los anillos son muy brillantes a la luz visible como la nieve ligeramente sucia. Phoebe no está a escala relativa a Saturno. Crédito:NASA, JPL, Equipo VIMS, Equipo ISS, U. Arizona, D. Machacek, U. Leicester
Al desarrollar un nuevo método para medir las proporciones isotópicas de agua y dióxido de carbono de forma remota, Los científicos han descubierto que el agua en los anillos y satélites de Saturno es inesperadamente como el agua en la Tierra, excepto en la luna Phoebe de Saturno, donde el agua es más inusual que en cualquier otro objeto estudiado hasta ahora en el Sistema Solar.
Los resultados, encontrado en el artículo de Ícaro "Razones isotópicas de los anillos y satélites de Saturno:implicaciones para el origen del agua y Phoebe" por el científico senior del Instituto de Ciencias Planetarias Roger N. Clark, También significa que tenemos que cambiar los modelos de formación del Sistema Solar porque los nuevos resultados están en conflicto con los modelos existentes. Robert H. Brown (U. Arizona), Dale P. Cruikshank (NASA), y Gregg A. Swayze (USGS) son coautores.
Los isótopos son diferentes formas de elementos pero con diferente número de neutrones. Agregar un neutrón agrega masa al elemento, y eso puede cambiar los procesos de cómo un planeta, cometa, o se forma la luna. El agua está compuesta por dos átomos de hidrógeno (H) y un átomo de oxígeno, H2O. Añadiendo un neutrón a un átomo de hidrógeno, luego llamado deuterio (D), aumenta la masa de una molécula de agua (HDO) en aproximadamente un 5 por ciento, y ese pequeño cambio da como resultado diferencias isotópicas en la formación de un planeta, Luna, o cometa, y cambia la evaporación del agua después de la formación. La relación deuterio a hidrógeno (D / H) es una huella digital de las condiciones de formación, incluida la temperatura y la evolución en el tiempo. El agua evaporada enriquece el deuterio en la superficie restante.
Los modelos para la formación del Sistema Solar indican que la D / H debería ser mucho más alta en el Sistema Solar exterior más frío que en el sistema interior más caliente donde se formó la Tierra. El deuterio es más abundante en nubes moleculares frías. Algunos modelos predicen que la D / H debería ser 10 veces mayor para el sistema de Saturno que en la Tierra. Pero las nuevas mediciones muestran que este no es el caso de los anillos y satélites de Saturno, excepto la luna Phoebe de Saturno.
El descubrimiento de una relación isotópica (D / H) inusual de deuterio a hidrógeno para la luna Phoebe de Saturno significa que se formó y proviene de una parte lejana del Sistema Solar. Dijo Clark. "La relación D / H de Phoebe es el valor más alto hasta ahora medido en el Sistema Solar, lo que implica un origen en el frío Sistema Solar exterior mucho más allá de Saturno ".
El equipo también midió la relación carbono-13 a carbono-12 (13C / 12C) en la luna Jápeto y Febe de Saturno. Jápeto, que también tiene D / H similar a la Tierra, también tiene 13C / 12C cerca de los valores de la Tierra, pero Phoebe es casi cinco veces mayor en el isótopo de carbono. La presencia de dióxido de carbono limita la cantidad de Phoebe que podría haberse evaporado al espacio después de la formación. dejando la única posibilidad de que Phoebe se formó en los extremos muy fríos del Sistema Solar, mucho más lejos que Saturno, y posteriormente fue perturbado en una órbita donde fue capturado por Saturno. Se desconoce exactamente hasta qué punto se originó Phoebe. Actualmente no hay mediciones de D / H o 13C / 12C para las superficies heladas de Plutón o los objetos del Cinturón de Kuiper más allá de Plutón. pero esta nueva metodología nos permitirá realizar tales mediciones de los hielos superficiales.
Las mediciones se realizaron desde la nave espacial Cassini de la NASA utilizando el espectrómetro de mapeo visual e infrarrojo (VIMS) durante el transcurso de la misión. Una calibración mejorada del instrumento, completado a principios de 2018, permitió la precisión necesaria para estas mediciones de luz reflejada de los anillos y satélites. El nuevo método para medir las proporciones isotópicas en sólidos como el hielo de agua y el hielo de dióxido de carbono mediante espectroscopia de reflectancia de forma remota permitirá medir las proporciones isotópicas de otros objetos en todo el Sistema Solar. poniendo más restricciones a los modelos de formación del Sistema Solar.
Los valores D / H del sistema de Saturno cercanos a los valores de la Tierra implican una fuente de agua similar para el sistema solar interior y exterior, y es necesario desarrollar nuevos modelos donde el cambio del sistema solar interior al exterior sea menor.
La misión Europa Clipper de la NASA podría usarse para medir las proporciones isotópicas en los satélites galileanos helados alrededor de Júpiter. y Clark es un co-investigador de la misión y espera poder hacer tales mediciones.
