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29/Jun/07

Nueva teoría sobre la forma de Atlas (la luna de Saturno)

Hace pocos días hemos visto como la sonda Cassini nos enviaba las imágenes de una pequeña luna de Saturno llamada Atlas que se sitúa entre el anillo A y el pequeño anillo R/2004 S 1. La curiosa forma de este satélite hizo que varios usuarios y colaboradores de la página www.sondasespaciales.com se preguntaran sobre las causas que pudieron darse para que este satélite tuviera una forma tan poco usual.

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Nimbar, un usuario frecuente de los foros de www.sondasespaciales.com planteó la siguiente cuestión "Hola a todos, ¿qué opináis de las fotos de la "luna" de Saturno Atlas?. Morfología ovalada, lisa sin cráteres... ¿cómo creéis que se ha formado?, ¿diferentes velocidades de rotación que afectan a la masa del satélite?, ¿efectos de gravedad?..."

Las respuestas no se dejaron esperar, otros usuarios y colaboradores como Mayo, Toulouse, Pedro, urheimait o tucker fueron preguntando y respondiendo las distintas cuestiones que se planteaban. Pero la chispa surgió a partir de los comentarios de Pedro, Neotrantoriano y Manu.

Tucker se planteaba de la ausencia de impactos podía deberse a que su órbita estaba en el hueco del anillo a lo que Pedro respondió "… posiblemente el hueco del anillo lo haya creado el mismo al 'barrer' toda la zona.".

"¿No estaremos viendo una duna voladora? Es que realmente me lo parece, un amontonamiento flojo de grava y "piedrecillas" sin consistencia ninguna y suavemente estirado por las mareas de Saturno... ¿No explicaría eso la falta de "rugosidad" y las formas redondeadas?" dijo Neotrantoriano.

La contestación de Manu fue "Evidentemente con sólo 32 Km. de diámetro no tiene la suficiente masa como para haber adquirido forma esférica. sin embargo su forma es bastante regular: un disco con un monte casi cónico al Norte y otro al Sur. Pero, ¿son el Norte y el Sur? ¿Cuál es el eje de rotación de Atlas? ¿Pasa por la cumbre de ambos montes y el plano de rotación es el disco o bien rota de forma diferente? Es que si el plano de rotación fuera el disco a mí me hace recordar a los "montes" que se pueden lograr, perpendiculares al plano de giro, con el barro en un torno de alfarería. Sería, en cierto modo, una forma hidrodinámica menos perfecta que la esférica aunque dotada de cierta regularidad."

Todos esto planteamientos hicieron pensar a Eor, colaborador de www.sondasespaciales.com, que todos estos datos debían estar relacionados. El resultado de buscar en varias fuentes y hacer algunos cálculos fue el siguiente:

En efecto, parece ser, tal como dice Pedro, que Atlas ha "barrido" su órbita. ¿Cómo hace esto? … Atlas orbita Saturno en el borde externo del anillo A. Según los datos de Cassini Atlas es un satélite pastor de este anillo y del débil anillo R/2004 S 1.

¿Cómo funciona un satélite pastor? (Sacado de la wikipedia):

Supongamos dos partículas representativas en órbita alrededor de un planeta una interior a un satélite pastor y otra exterior a dicho satélite. Según las leyes físicas, la partícula interior se mueve más rápidamente que el pequeño satélite, que, a su vez, lo hace más deprisa que la partícula exterior. Así, al pequeño satélite está adelantando a la partícula interior, al tiempo que él rebasa a la partícula exterior. Cada partícula es atraída hacia el satélite pastor por la acción gravitatoria de éste; de ahí que la partícula interior es frenada por el satélite pastor mientras la exterior es acelerada por el satélite pastor. El tirón gravitatorio neto que el satélite ejerce sobre la partícula exterior tiene la dirección del movimiento orbital de esta partícula, que pasa, así, a una órbita más alta. A la inversa, el tirón que el pequeño satélite ejerce sobre la partícula interior se opone a la dirección del movimiento orbital, y esta partícula cae a una órbita más baja. En definitiva, el pequeño satélite limpia una banda a uno y otro lado de su trayectoria. Cuanto mayor sea la masa del satélite, más ancha será la banda.

La misma explicación sirve para que un satélite pastor exterior a un anillo lo mantenga confinado. La partícula en este caso interior será frenada y caerá a una órbita más baja. El satélite pastor impide que las partículas del anillo se acerquen a él.

La misma explicación sirve para justificar que un par de satélites pastores confinan un anillo. El satélite pastor interior acelera las partículas del anillo y las hace subir a una órbita superior mientras el satélite pastor exterior frena las partículas del anillo y les hace bajar a un a órbita inferior.

Volvamos a Atlas: Este satélite, incluso para ser satélite Pastor es muy pequeño. Su diámetro medio es de 32 km. Por tanto es el satélite pastor más pequeño fotografiado con tanta resolución.

De los dos anteriores satélites pastores tenemos también fotografías de gran resolución. El más pequeño de los dos: Pandora tiene un radio de 83 km.

Se puede apreciar que en él los cráteres está más difuminados que en otros satélites incluso más pequeños como pueda ser Fobos de Marte.

En el caso de Deimos de Marte encontramos una cierta difuminación de los cráteres:

Pero la extrema pequeñez de este último satélite explica que tenga pocos impactos.

Sin embargo, Atlas es distinto. Su tamaño es mayor que los satélites de Marte y está en un lugar muy distinto (los anillos de Saturno) y por todo ello se requiere una explicación distinta para su forma…

Voy a lanzar al aire una teoría que me parece pausible. Pero antes contesto a Manu su suda sobre el eje de rotación. La rotación de Atlas es síncrona y ello indica que gira en el plano del anillo. Aclarado este punto, ahí va la teoría:

Atlas es un pequeño satélite pastor del anillo de Saturno. Por ser un pequeño satélite debe ser una roca, pero al moverse entre el anillo de Saturno debería tener un recubrimiento de partículas y polvo que atrapa en su viaje. En consecuencia su forma debería ser:

Las dimensiones de Atlas son 46 × 38 × 19 km y su período de rotación, al ser síncrona, tal como dice Toulouse es de 14 h 27 m. Por último la aceleración de la gravedad en su superficie ronda los 0,00083 m/s^2 (datos sacados de la inefable wikipedia)

Con estos datos, y suponiendo lo más lógico, esto es, que es que el eje de rotación coincida con el eje de simetría perpendicular al plano de las dimensiones más anchas, esto es, los diámetros de 46 y 38 km (eje de simetría "relativa"), podemos calcular con facilidad cual es la aceleración centrípeta.

La aceleración centrípeta es v^2 / r

En su diámetro mayor el perímetro de la circunferencia es: diámetro · pi = 46 · 3,1416 = 144,5143 km

El tiempo que tarda en dar una vuelta es 14 · 3600 + 27 · 60 = 52020 s

Como la velocidad de una partícula que esté en el extremo sería la división de el espacio que recorre (perímetro de la circunferencia máxima) entre el tiempo que tarda en recorrerlo: v= e / t = 144.514,3 / 52020 = 2,7781 m/s

Sustituyendo estos valores en la ecuación de la fuerza centrípeta se obtiene el valor a—c = v^2 / r = 2,7781 ^2 / 23.000 = 0,0003355 m/s^2.

Comparando este valor con el de la gravedades la superficie de Atlas, que es g = 0,00083 m/s^2 encontramos que la aceleración centrípeta es el 40,43% de la gravitatoria.

Que la gravedad sea mayor que la fuerza centrípeta indica que Atlas puede mantener partículas de polvo sobre su superficie, pero que la fuerza centrípeta sea tan alta respecto de la gravedad indica que las partículas de polvo viajarán hacia el ecuador de rotación. Siendo el satélite una roca recubierta de polvo, en los polos vemos la roca desnuda y en los polos el polvo que se acumula en forma de duna mecida por la velocidad de rotación.

Siendo la forma de Atlas, vista desde arriba:

Todo esto explica bien porqué Atlas tiene su plano más ancho en el mismo plano que el anillo de Saturno, tal como se aprecia en las imágenes.

Si todo esto es correcto, la explicación de la forma de Atlas sería una combinación de varios factores:

- Tamaño suficientemente grande como para atrapar polvo. - Tamaño suficientemente pequeño como para que su gravedad sea comparable con la velocidad de rotación. - Ser un satélite pastor de rotación síncrona.

Fuente: Sondas Espaciales . Aportado por Gustavo Courault

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