¿Por qué los anillos de Júpiter son tan delgados? – Cielo y Telescopio

Júpiter en infrarrojo
La imagen infrarroja del telescopio espacial James Webb revela claramente el delgado anillo de Júpiter. (Las lunas Tebe, Europa, Metis y Adrastea, de izquierda a derecha, también son visibles).
NASA/ESA/CSA/ judy smith

La naturaleza le ha dado al planeta más grande del sistema solar un conjunto anémico de anillos. Los anillos de Saturno han sido señalados como uno de los esplendores del sistema solar desde la invención del telescopio, pero nadie se dio cuenta de que Júpiter tenía su propio conjunto mucho más pequeño hasta que la nave espacial Voyager 1 pasó volando el 5 de marzo de 1979.

¿Por qué los anillos de Saturno, que tiene un tercio de la masa de Júpiter, deberían eclipsar tanto a los débiles anillos alrededor del planeta más grande y masivo?

posiciones de anillos vs lunas
Este diagrama muestra los tamaños y distancias relativas de las lunas de Júpiter y Saturno, respectivamente. Las líneas discontinuas rojas marcan los límites de Roche de los planetas, dentro de los cuales las fuerzas gravitatorias de las mareas evitan que se formen lunas o rompen las que se acercan demasiado.
Kane y Li 2022

Al menos parte de la respuesta puede ser que las tres lunas más internas de Júpiter se interpusieron en el camino. Un modelo informático de los satélites galileanos muestra que la misma resonancia gravitatoria que mantiene a Io, Europa y Ganímedes en un paso sincronizado orbital 4:2:1 también drena las órbitas ecuatoriales del polvo que podría formar anillos.

“Siempre me pregunté por qué Saturno tiene estos gloriosos anillos”, dice Stephen Kane (Universidad de California, Riverside). Para descubrir por qué los anillos de Júpiter no están a la altura, él y su estudiante Zhexing Li (también en la UCR) desarrollaron un modelo de computadora para ver qué efecto tendrían las cuatro lunas galileanas de Júpiter en un anillo de polvo grueso alrededor del planeta.

Los anillos son dinámicos y su forma y tamaño en un momento determinado depende de la masa del planeta que orbitan y de la historia de las lunas que lo orbitan. Dentro de un punto llamado límite de Roche, la gravedad del planeta domina, evitando que se formen lunas y destrozando las lunas que se acercan demasiado; en su lugar, se forman anillos allí. Los anillos más brillantes de Saturno se encuentran dentro del límite de Roche, al igual que la mayoría de los anillos de Júpiter.

Pero los anillos también pueden formarse fuera del límite de Roche, como lo hacen alrededor de Saturno y Júpiter. Aquí es donde las atracciones gravitatorias de las lunas juegan un papel, sostiene el equipo de Kane.

Las órbitas de las tres grandes lunas más internas de Júpiter, Io, Europa y Ganímedes, están bloqueadas en una fuerte resonancia periódica: Io orbita alrededor de Júpiter cuatro veces y Europa orbita dos veces cada vez que Ganímedes gira alrededor del planeta una vez. (La luna galileana más externa, Calisto, quedó atrapada en una resonancia diferente: está bloqueada por mareas, de modo que siempre mira hacia el mismo lado de Júpiter mientras orbita, al igual que el mismo lado de la Luna de la Tierra siempre mira hacia nuestro planeta).

El modelo de computadora de Kane mostró que la resonancia entre las lunas internas eliminaría cualquier polvo del límite de Roche de Júpiter hasta 28 radios de Júpiter desde las nubes del planeta dentro de un millón de años. Solo unos pocos rizos quedarían dentro de esa región, algunos entre las órbitas de Ganímedes y Calisto y otros cerca de la órbita de Calisto. Cuando Kane y Li extendieron su modelo para durar 10 millones de años, los rizos internos también desaparecieron.

Las resonancias orbitales con Ganímedes y Calisto eliminarían material más allá de los 29 radios de Júpiter, mucho más allá de la órbita de Calisto, dentro de decenas de millones de años, informa el equipo en el Revista de ciencia planetaria.

Júpiter, si tuviera anillos como los de Saturno
La concepción de este artista muestra cómo se vería Júpiter si sus anillos fueran tan extensos como los de Saturno. Si Júpiter alguna vez tuvo anillos como este, no habrían durado mucho.
Stephen Kane/UCR

Si bien Kane señala que las lunas tienen poco efecto dentro del límite de Roche, es posible que el campo magnético de Júpiter, no considerado en el modelo, pueda evitar que se acumule material allí.

Para otro punto de comparación, Kane quiere estudiar a Urano. Si bien no es tan brillante como el de Saturno, sus anillos fueron los segundos que se observaron entre los planetas gigantes y son lo suficientemente gruesos como para ocultar estrellas distantes. Los observadores pueden usar estas ocultaciones para medir los anillos.

“No entendemos [Uranus’s] historia dinámica”, señala Kane; eso se debe a que está inclinado hacia un lado, con su ecuador perpendicular a su órbita, tal vez debido a una colisión masiva hace mucho tiempo. Sin embargo, estudiar las lunas y los anillos de Urano podría ayudar a probar su teoría. La búsqueda de exoplanetas en busca de anillos podría ofrecer una prueba más definitiva, pero solo con imágenes directas, que está más allá de la tecnología actual para todos, excepto para los objetivos potenciales más cercanos.


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