Saturno (planeta)

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Saturno
Saturno
Características orbitales
Distancia media del Sol 9,53707032 UA
Radio medio 1.426.725.400 km
Excentricidad 0,05415060
Período orbital (sideral) 29a 167d 6,7h
Período orbital (sinódico) 378,1 días
Velocidad orbital media 9,6724 km/s
Inclinación 2,48446°
Número de satélites 50
Características físicas
Diámetro ecuatorial 120.536 km
Área superficial 4,38×1010 km²
Masa 5,688×1026 kg
Densidad media 0,69 g/cm³
Gravedad superficial 9,05 m/s²
Período de rotación
ecuatorial
10h 13m 59s
Período de rotación
interno
10h 39m 25s
Inclinación axial 26,73°
Albedo 0,47
Velocidad de escape 35,49 km/s
Temp. media (en nubes) 93 K
Temperatura superficial Mínima: 82 K
Media: 143 K
Máxima: ?
Características atmosféricas
Presión atmosférica 140 kPa
Hidrógeno >93%
Helio >5%
Metano 0,2%
Vapor de agua 0,1%
Amoníaco 0,01%
Etano 0,0005%
Fosfina 0,0001%

Saturno es el sexto planeta del sistema solar, es el segundo en tamaño después de Júpiter y es el único con un sistema de anillos visible desde nuestro planeta. Su nombre proviene del dios romano Saturno. Forma parte de los denominados planetas exteriores o gaseosos, también llamados jovianos por su parecido a Júpiter. El aspecto más característico de Saturno son sus brillantes anillos. Antes de la invención del telescopio, Saturno era el más lejano de los planetas conocidos y, a simple vista, no parecía luminoso ni interesante. El primero en observar los anillos fue Galileo en 1610 pero la baja inclinación de los anillos y la baja resolución de su telescopio le hicieron pensar en un principio que se trataba de grandes lunas. Christiaan Huygens con mejores medios de observación pudo en 1659 observar con claridad los anillos. James Clerk Maxwell en 1859 demostró matemáticamente que los anillos no podían ser un único objeto sólido sino que debían ser la agrupación de millones de partículas de menor tamaño.

Tabla de contenidos

Origen del nombre de Saturno

Debido a su posición orbital más lejana que Júpiter los antiguos romanos le otorgaron el nombre del padre de Júpiter al planeta Saturno. En la mitología romana, Saturno era el equivalente del antiguo titán griego Cronos, dios del tiempo. Cronos era hijo de Urano y Gaia y gobernaba el mundo de los dioses y los hombres devorando a sus hijos en cuanto nacían para que no le destronaran. Zeus, uno de ellos consiguió esquivar este destino y eventualmente derrocó a su padre para convertirse en el dios supremo.

Los griegos y romanos, herederos de los sumerios en sus conocimientos del cielo, habían establecido en siete el número de astros que se movían en el firmamento: el Sol, la Luna, y los planetas Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno, las estrellas errantes que a distintas velocidades orbitaban en torno a la Tierra, centro del Universo. De los cinco planetas, Saturno es el de movimiento más lento, emplea unos treinta años (29,457 años) en completar su órbita, casi el triple que Júpiter (11,862 años). Y respecto a Mercurio, Venus y Marte la diferencia es mucho mayor. Saturno destacaba por su lentitud. Si Júpiter era Zeus, Saturno tenía que ser Cronos, el padre anciano, que paso a paso deambula entre las estrellas.

Por otra parte, se conocían siete metales: oro, plata, mercurio, estaño, hierro, cobre y plomo. Si el mercurio, fluido y moviente, era el metal de Hermes, el mensajero de los dioses, Mercurio, ¿cómo no hacer del plomo el metal de Saturno, lento y pesado?.

Características generales

Comparación de tamaños entre la Tierra y Saturno.
Comparación de tamaños entre la Tierra y Saturno.


Saturno es un planeta visiblemente achatado en los polos con un ecuador que sobresale formando la figura de un esferoide oblatado. Los diámetros ecuatorial y polar son respectivamente 120.536 y 108.728 km. Este efecto es producido por la rápida rotación del planeta, su naturaleza fluida y su relativamente baja gravedad. Los otros planetas gigantes son también oblatados pero no en tan gran medida. Saturno posee una densidad específica de 0,69 g/cm³ siendo el único planeta del Sistema Solar con una densidad inferior a la del agua. El planeta está formado por un 90% de hidrógeno y un 5% de helio. El volumen del planeta es suficiente como para contener 740 veces la Tierra, pero su masa es sólo 95 veces la terrestre, debido a la ya mencionada densidad media relativa.

El periodo de rotación de Saturno es incierto dado que no posee superficie y su atmósfera gira con un periodo distinto en cada latitud. Desde la época de los Voyager se consideraba que el periodo de rotación de Saturno, basándose en la periodicidad de señales de radio emitidas por él, era de 10 h 39 min 22.4 s (810.8°/día). Las misiones espaciales Ulysses y Cassini han mostrado que este periodo de emisión en radio varía en el tiempo siendo en la actualidad: 10 h 45 m 45 s (± 36 s). Las causas de este cambio en el periodo de rotación de radio no se conocen y se considera que ambos periodos son una aproximación al periodo de rotación del interior.

Estructura interna

El interior del planeta es semejante al de Júpiter, con un núcleo sólido en el interior. Sobre él se extiende una extensa capa de hidrógeno líquido y metálico (debido a los efectos de las elevadas presiones y temperaturas). Los 30.000 km exteriores del planeta están formados por una extensa atmósfera de hidrógeno y helio. El interior del planeta contiene un núcleo formado por materiales helados en la formación del planeta y que se encuentran en estado líquido en las condiciones de presión y temperatura cercanas al núcleo. Éste se encuentra a temperaturas en torno a 12.000 K (unos 12.000 °C). Por otro lado, y al igual que Júpiter y Neptuno, Saturno irradia más calor al exterior del que recibe del Sol. La mayor parte de esta energía está producida por una lenta contracción del planeta que libera la energía gravitacional producida en la compresión. Este mecanismo se denomina mecanismo de Kelvin-Helmholtz. Sin embargo no parece ser el único responsable de la fuente interna de calor de Saturno. Probablemente el calor extra generado se produce en una separación de fases entre el hidrógeno y el helio atmosférico que se separan en la zona inferior de la atmósfera concentrándose en gotas que precipitan o llueven sobre el interior del planeta liberando energía gravitatoria en forma de calor.

Atmósfera

La atmósfera de Saturno observada en marzo del 2004 por la sonda Cassini.
La atmósfera de Saturno observada en marzo del 2004 por la sonda Cassini.

La atmósfera de Saturno posee un patrón de bandas oscuras y zonas claras similar al de Júpiter aunque la distinción entre ambas es mucho menos clara en el caso de Saturno. La atmósfera del planeta posee fuertes vientos en la dirección de los paralelos alternantes en latitud y altamente simétricos en ambos hemisferios a pesar del efecto estacional de la inclinación axial del planeta. El viento está dominado por una intensa y ancha corriente ecuatorial al nivel de la altura de las nubes que llegó a alcanzar velocidades de hasta 450 m/s en la época de los Voyager. A diferencia de Júpiter no son aparentes grandes vórtices estables aunque sí los hay más pequeños.

Las nubes superiores están formadas probablemente por cristales de amoníaco. Sobre ellas parece extenderse una niebla uniforme sobre todo el planeta producida por fenómenos fotoquímicos en la atmósfera superior (alrededor de 10 mbar). A niveles más profundos (cerca de 10 bar de presión) el agua de la atmósfera condensa probablemente en una capa de nubes de agua que no ha podido ser observada.

Al igual que en Júpiter ocasionalmente se forman tormentas en la atmósfera de Saturno algunas de las cuales han podido ser observadas desde la Tierra. En 1933 se observó una mancha blanca situada en la zona ecuatorial por el astrónomo aficionado W.T. Hay. Era lo suficientemente grande como para ser visible con un refractor de 7 cm, pero no tardó en disiparse y desvanecerse. En 1962 empezó a desarrollarse una nueva mancha, pero no llegó nunca a destacar. En 1990 se pudo observar una gigantesca nube blanca en el ecuador de Saturno que ha sido asimilada a un proceso de formación de grandes tormentas. Se han observado manchas similares en placas fotográficas tomadas durante el último siglo y medio a intervalos de aproximadamente 30 años. En 1994 se pudo observar una segunda gran tormenta de aproximadamente la mitad de tamaño que la producida en el año 1990.

Las regiones polares presentan corrientes en chorro a 78ºN y 78ºS. Utilizando observaciones en infrarrojo se ha podido ver que Saturno presenta un vórtice polar sur cálido tratándose del único planeta del sistema solar con una estructura semejante. En el polo Norte se ha podido observar una estructura ondulatoria con forma hexagonal no presente en el hemisferio Sur. La atmósfera superior en las regiones polares desarrolla fenómenos de auroras por la interacción del campo magnético planetario con el viento solar.

Órbita

Saturno gira alrededor del Sol a una distancia media de 1.418 millones de km en una órbita de excentricidad 0,056, que sitúa el afelio a 1.500 millones de km y el perihelio a 1.240 millones de km. Saturno se encontró en el perihelio en 1974. El periodo de rotación alrededor del Sol es de 29 años y 167 días, mientras que su período sinódico es de 378 días, de modo que, cada año la oposición se produce con casi dos semanas de retraso respecto al año anterior. El período de rotación sobre su eje es corto, de 10 horas, 14 minutos, con algunas variaciones entre el ecuador y los polos.

Los elementos orbitales de Saturno son modificados en una escala de 900 años por una resonancia orbital de tipo 5:2 con el planeta Júpiter, bautizado por los astrónomos franceses del siglo XVIII como la grande inégalité (Júpiter completa 5 vueltas por cada 2 de Saturno). Los planetas no se encuentran en una resonancia perfecta, pero están lo suficientemente cercanos a ella como para que las perturbaciones de sus respectivas órbitas sean apreciables.

Satélites

Mapa del sistema de lunas y anillos de Saturno.
Mapa del sistema de lunas y anillos de Saturno.

Saturno tiene un gran número de satélites, el mayor de los cuales, Titán es la única luna del sistema solar con una atmósfera importante. Los satélites más grandes, conocidos antes del inicio de la investigación espacial son: Mimas, Encélado, Tetis, Dione, Rea, Titán, Hiperión, Jápeto y Febe. Tanto Encélado como Titán son mundos especialmente interesantes para los científicos planetarios ya que en el primero se ha encontrado agua líquida a poca profundidad de su superficie a partir de la emisión de vapor de agua en géiseres y el segundo presenta una atmósfera rica en metano y similar a la de la primitiva Tierra.

Otras 30 lunas de Saturno tienen nombre pero el número exacto de satélites es incierto por existir una gran cantidad de objetos que orbitan este planeta. En el año 2000, fueron detectados 12 nuevos satélites, cuyas órbitas sugieren que son fragmentos de objetos mayores capturados por Saturno. La misión Cassini/Huygens también ha encontrado nuevas lunas.

El disco aparente de Titán (un borroso círculo anaranjado de bordes algo más oscuros) puede verse con telescopios de aficionados a partir de los 200 mm de abertura, utilizando para ello más de 300 aumentos y cielos estables: en sus mayores aproximaciones llega a medir 0.88 segundos de arco. El resto de los satélites son mucho menores y siempre parecen "estrellas" incluso a gran aumento.

Las lunas más internas pueden capturarse, sin embargo, con cualquier cámara CCD empleando focales superiores a los 2.000 mm.

Sistema de anillos

Vista panorámica de los anillos en color verdadero obtenida por la misión Cassini. Son claramente apreciables los diferentes anillos y las divisiones entre ellos.
Vista panorámica de los anillos en color verdadero obtenida por la misión Cassini. Son claramente apreciables los diferentes anillos y las divisiones entre ellos.

La característica más notable de Saturno son sus anillos, que dejaron muy perplejos a los primeros observadores, incluido Galileo. Su telescopio no era tan potente como para revelar la verdadera naturaleza de lo que observaba y, por error de perspectiva, creyó que se trataba de dos cuerpos independientes que flanqueaban el planeta. Pocos años después, Saturno presentaba los anillos de perfil, y Galileo quedó muy sorprendido por la brusca desaparición de los dos hipotéticos compañeros del planeta. Por fin, la existencia del sistema de anillos fue determinada por Christiaan Huygens en 1659, con la ayuda de un telescopio más potente.

Los anillos de Saturno se extienden en el plano ecuatorial del planeta desde los 6.630 km a los 120.700 km por encima del ecuador de Saturno y están compuestos de partículas con abundante agua helada. El tamaño de cada una de las partículas varía desde partículas microscópicas de polvo hasta rocas de unos pocos metros de tamaño. El elevado albedo de los anillos muestra que éstos son relativamente modernos en la historia del sistema solar. Se sabe que los anillos de Saturno son inestables a lo largo de periodos de tiempo de decenas de millones de años, otro indicio de su origen reciente. Los anillos de Saturno poseen una dinámica orbital muy compleja presentando ondas de densidad, e interacciones con los satélites de Saturno (especialmente con los denominados satélites pastores). Al estar en el interior del límite de Roche, los anillos no pueden evolucionar hacia la formación de un cuerpo mayor.

Imagen de los anillos de Saturno marcando los anillos principales.
Imagen de los anillos de Saturno marcando los anillos principales.

Los anillos se distribuyen en zonas de mayor y menor densidad de material existiendo claras divisiones entre estas regiones. Los anillos principales son los llamados anillos A y B, separados entre sí por la división de Cassini. En la región interior al anillo B se distinguen otro anillo más tenue aunque extenso: C y otro anillo tenue y fino: D. En el exterior se puede distinguir un anillo delgado y débil denominado anillo F. El tenue anillo E se extiende desde Mimas hasta Rea y alcanza su mayor densidad a la distancia de Encelado, el cual se piensa lo provee de partículas.

Spokes en los anillos de Saturno observados por la sonda Voyager 2 en 1981.
Spokes en los anillos de Saturno observados por la sonda Voyager 2 en 1981.

Hasta los años 1980 la estructura de los anillos se explicaba por medio de las fuerzas gravitacionales ejercidas por los satélites cercanos. Las sondas Voyager encontraron sin embargo estructuras radiales oscuras en el anillo B llamadas cuñas radiales (en inglés: spokes) que no podían ser explicadas de esta manera ya que su rotación alrededor de los anillos no era consistente con la mecánica orbital. Se considera que estas estructuras oscuras interactúan con el campo magnético del planeta, ya que su rotación sobre los anillos seguía la misma velocidad que la magnetosfera de Saturno. Sin embargo el mecanismo preciso de su formación todavía se desconoce. Es posible que las cuñas aparezcan y desaparezcan estacionalmente.

El 17 de agosto de 2005 los instrumentos a bordo de la nave Cassini desvelaron que existe algo similar a una atmósfera alrededor del sistema de anillos, compuesta principalmente de oxígeno molecular. Los datos obtenidos han demostrado que la atmósfera en el sistema de anillos de Saturno es muy parecida a la de las lunas de Júpiter, Europa y Ganímedes.

El 19 de septiembre de 2006 la NASA anunció[1] el descubrimiento de un nuevo anillo en Saturno, por la nave espacial Cassini durante una ocultación solar, cuando el Sol pasa directamente detrás de Saturno y Cassini viaja en la sombra dejada por Saturno con lo que los anillos tienen una iluminación brillante. Habitualmente una ocultación solar puede durar una hora pero el 17 de septiembre de 2006 duró 12 horas, siendo la más larga de la misión Cassini. La ocultación solar dio la oportunidad a Cassini de realizar un mapa de la presencia de partículas microscópicas que no son visibles normalmente, en el sistema de anillos.

El nuevo anillo, apenas perceptible, está entre el Anillo F y el Anillo G. Esta ubicación coincide con las órbitas de las lunas de Saturno Jano y Epimeteo, dos satélites coorbitales de Saturno cuyas distancias al centro de Saturno se diferencian menos que el tamaño de dichos satélites, por lo que describen una extraña danza que les lleva a intercambiar sus órbitas. Los investigadores de la NASA aseguraron que el impacto de meteoros en esas lunas ha hecho que otras partículas se unan al anillo.

Las cámaras a bordo de la nave Cassini captaron imágenes de un material helado que se extiende decenas de miles de kilómetros desde Encélado, otra confirmación de que la luna está lanzando material que podría formar el E. El satélite Encélado pudo ser visto a través del anillo E con sus chorros saliendo de su superficie semejando "dedos", dirigidos al anillo en cuestión. Estos chorros están compuestos de partículas heladas muy delgadas, que son expulsadas por los geiser del Polo Sur de Encelado y entran en el anillo E.


"Tanto el nuevo anillo como las estructuras inesperadas del E nos dan una importante pista de cómo las lunas pueden lanzar pequeñas partículas y esculpir sus propios ambientes locales", dijo Matt Hedman, un investigador asociado a la Universidad Cornell en Ithaca, Nueva York.

La nave también tomó una fotografía en color de la Tierra, a cerca de 1.500 millones de kilómetros de distancia, en la que parece una esfera azul claro.

"Nada tiene tanto poder para alterar nuestra perspectiva de nosotros mismos y de nuestro sitio en el cosmos como esas imágenes de la Tierra que obtenemos de sitios tan lejanos como Saturno", dijo Carolyn Porco, responsable del grupo que ideó la nave Cassini en el Instituto de Ciencia Espacial de Boulder, en Colorado.

Las imágenes pueden verse en internet en http://www.nasa.gov/cassini; en http://saturn.jpl.nasa.gov o en http://ciclops.org.

Magnetosfera

Fenómenos de tipo aurora producidos en la atmósfera superior de Saturno y observados por el HST.
Fenómenos de tipo aurora producidos en la atmósfera superior de Saturno y observados por el HST.

Saturno posee un campo magnético que le dota de una destacada magnetosfera. El campo magnético se origina en el interior del planeta en las regiones en las que el hidrógeno adquiere carácter metálico. El tamaño de la magnetosfera de Saturno es aproximadamente unas cinco veces menor que en el caso de Júpiter. Su intensidad es mucho menor y su estructura más simple, siendo el campo magnético prácticamente axisimétrico. La magnetosfera es capaz de interaccionar con partículas cargadas de la atmósfera superior de Titán produciendo un flujo de partículas desde la ionosfera de Titán a los polos de Saturno. La mayoría de las partículas cargadas que impactan contra Saturno arrastradas por el campo magnético proceden del viento solar. El impacto de estas partículas con la atmósfera superior del planeta se produce en las regiones polares ocasionando fenómenos aurorales. Las auroras en Saturno son menos impresionantes que en Júpiter o en la Tierra dado que la estructura del campo magnético no permite acelerar eficazmente las partículas cargadas. Las ondas de radio producidas por la magnetosfera de Saturno no alcanzan la superficie terrestre pero han sido estudiadas por diferentes misiones espaciales.

Exploración espacial de Saturno

Concepción artística de la maniobra de inserción orbital de la misión Cassini/Huygens y su paso por los anillos del planeta.
Concepción artística de la maniobra de inserción orbital de la misión Cassini/Huygens y su paso por los anillos del planeta.

Saturno ha sido visitado por las sondas Pioneer 10 en 1979 y por las Voyager 1 y Voyager 2 durante los dos siguientes años. Actualmente es el objetivo de la misión Cassini/Huygens, una misión conjunta de las agencias NASA y ESA que consta de un orbitador y una sonda para explorar in situ la atmósfera de Titán. Los primeros resultados de la misión Cassin/Huygens son de gran calidad y esperan revolucionar nuestro conocimiento de este planeta y su sistema de lunas y anillos en los próximos años. La misión Huygens se sumergió en la atmósfera de Titán a mediados de enero del 2005 obteniendo datos de la composición atmosférica de este mundo e imágenes de su superficie.

Fechas importantes en la observación y exploración de Saturno

  • 1610 Galileo observa a través de su telescopio los anillos de Saturno.
  • 1655 Titán fue descubierto por el astrónomo holandés Christiaan Huygens.
  • 1659 Christiaan Huygens observa con mayor claridad los anillos de Saturno y describe su verdadera apariencia.
  • 1789 Las lunas Mimas y Encélado son descubiertas por William Herschel.
  • 1980 Acelerada por el campo gravitatorio de Júpiter, la sonda Voyager 1 alcanzó Saturno el 12 de noviembre a una distancia de 124.200 km. En esta ocasión descubrió estructuras complejas en el sistema de anillos del planeta y consiguió datos de la atmósfera de Saturno y de su mayor luna, Titán de la que pasó a menos de 6.500 km.
  • 1982 Voyager 2 se acerca a Saturno.
  • 2004 Cassini/Huygens alcanza Saturno. Se convirtió en el primer vehículo en orbitar el lejano mundo y acercarse a sus anillos. La misión espacial tiene programado su término a finales del año 2009.

Observación de Saturno

Oposiciones de Saturno: 2001-2029
Oposiciones de Saturno: 2001-2029

Saturno es un planeta fácil de observar, pues es visible en el cielo la mayor parte del tiempo y sus anillos pueden observarse con cualquier telescopio de aficionado. Se observa mejor cuando el planeta está cerca o en oposición, es decir, la posición de un planeta cuando está a una elongación de 180°, por lo que aparece opuesto al Sol en el cielo. En la oposición del 13 de enero de 2005, Saturno pudo verse con un máximo que no será igualado hasta 2031, debido a una orientación de sus anillos con respecto a la Tierra bastante favorable.

Saturno se observa a simple vista en el cielo nocturno como un punto luminoso (que no parpadea) brillante y amarillento cuyo brillo varía normalmente entre la magnitud +1 y la 0, toma aproximadamente 29 años y medio en realizar una traslación completa en su órbita con respecto a las estrellas de fondo pertenecientes al zodiaco. Con apoyo óptico, como con grandes binoculares o un telescopio, se necesita una magnificación de al menos 20X para que la mayoría de las personas puedan distinguir claramente los anillos de Saturno.

Referencias

  • La exploración del espacio. Lain Nicolson. Editorial Bruguera, (1980). ISBN 84020044578.
  • Historia breve del Universo. Ricardo Moreno Luquero. Ediciones Rialp (1998). ISBN 8432132020
  • Historia de los espejos. Mark Pendergrast. Ediciones B - Mexico (2003). ISBN 846661351X
  • The New Solar System, J.K. Beatty, C. Collins Petersen y A. Chaikin, Cambridge University Press y Sky Publishing Corporation (1999). ISBN 0933346867.
  • Mission to Saturn. David M Harland. Springer (2002). ISBN 1852336560.
  • Nasa's Voyager Missions. Ben Evans, David M Harland. Springer (2003). ISBN 1852337451.
  • Solar System Dynamics. Carl D. Murray, Stanley F. Dermott. Cambridge University Press (2000). ISBN 0521575974.
  • Planets Beyond. Mark Littmann. Courier Dover Publications (2004). ISBN 0486436020.

Véase también

  • Anillos de Saturno
  • Satélites de Saturno, Titán, Encélado
  • Misión Cassini/Huygens, Voyager 1, Voyager 2

Enlaces externos

  • Commons alberga contenido multimedia sobre Saturno
  • La misión Cassini/Huygens:
    http://saturn.jpl.nasa.gov/home/index.cfm (en inglés)
  • Últimas noticias sobre la misión Cassini/Huygens:
    http://www.astroenlazador.com/cassini.php3 (en español)
  • Solar Views en español:
    http://www.solarviews.com/span/saturn.htm
  • Saturno: datos de la WEB de la Asociación Larense de Astronomía (ALDA):
    http://www.tayabeixo.org/sist_solar/saturno/saturno.htm


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