Anillo planetario para niños
Un anillo planetario es un conjunto de polvo, rocas y otras partículas pequeñas que giran alrededor de un planeta. Los más famosos y fáciles de ver son los anillos de Saturno. Durante mucho tiempo, se creyó que Saturno era el único planeta con anillos en nuestro Sistema Solar.
Desde que Galileo los observó en 1610, pasaron 367 años hasta que se descubrieron los anillos de Urano en 1977. Hoy sabemos que los cuatro planetas gigantes de nuestro Sistema Solar (que son Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) tienen sus propios sistemas de anillos. Incluso un centauro llamado Cariclo también posee anillos.
Júpiter tiene un sistema de anillos, y Urano tiene al menos trece anillos separados. Cuando la nave espacial Voyager se acercó a Neptuno en 1989, se confirmó que los anillos son comunes entre los planetas gigantes gaseosos del Sistema Solar exterior. Los anillos de Neptuno parecían incompletos desde la Tierra, pero las imágenes del Voyager 2 mostraron que eran anillos completos con partes más brillantes. Se cree que la fuerza de gravedad de la luna pastora Galatea y otras lunas no descubiertas son las que causan estas diferencias de brillo en los anillos.
Las misiones espaciales, como la Voyager 2 en 1981 y la sonda Cassini en 2004, nos han permitido ver los anillos de Saturno con un detalle asombroso. Ahora sabemos que tienen muchas características, como bandas, radios y trenzados, y todavía hay cosas que los científicos están tratando de entender.
Las partículas de los anillos están hechas de diferentes materiales y tienen distintos tamaños. Pueden ser de roca (silicato) o polvo helado en los cuatro planetas gigantes, y de hielo de agua en el caso de Saturno. Sus tamaños varían desde partículas muy pequeñas (micrómetros) hasta rocas de varias decenas de metros.
A veces, los anillos tienen lunas pastoras. Estas son lunas pequeñas que orbitan en los bordes de los anillos o dentro de los espacios entre ellos. Su tamaño va desde un kilómetro hasta varias decenas de kilómetros. Estas lunas ayudan a mantener los anillos en su lugar y a crear las divisiones. La gravedad de estas lunas pastoras es clave para que los bordes de los anillos se mantengan bien definidos.
El origen de los anillos planetarios no se conoce con certeza, pero se piensa que no son permanentes y que desaparecen en unos cientos de millones de años. Por eso, los sistemas de anillos que vemos hoy deben ser relativamente recientes. Es posible que se hayan formado a partir de los restos de una luna que chocó con algo grande, o de material que estaba demasiado cerca del planeta para unirse y formar una luna.
Contenido
¿Qué características tienen los anillos planetarios?
Los anillos de Saturno, Urano, Júpiter y Neptuno comparten varias características:
- Están formados por muchísimas partículas que giran de forma independiente.
- Se encuentran mucho más cerca del planeta que sus lunas principales. La mayor parte de los anillos está a una distancia de la superficie del planeta menor que un radio planetario.
- Los anillos están en el plano del ecuador del planeta, formando una región muy delgada.
- Todos estos sistemas de anillos tienen pequeñas lunas cerca o dentro de ellos.
Cada sistema de anillos también tiene sus propias particularidades:
- Los anillos de Júpiter tienen un anillo principal que es muy débil y casi transparente. Hacia el interior, hay un disco de partículas aún más débil que podría llegar hasta la atmósfera del planeta. También tienen un "halo" de partículas que les da un grosor de unos 20.000 kilómetros. Están hechos de rocas de silicato.
- Los anillos de Saturno tienen siete partes importantes. Algunas están separadas por espacios vacíos, mientras que otras se distinguen por cambios en la cantidad de partículas. Cada parte se nombra con una letra, según el orden en que fueron descubiertas. Los anillos A y B están separados por la división de Cassini, y el anillo A incluye la división de Encke. Solo los anillos principales (A, B y C) se pueden ver fácilmente con telescopios desde la Tierra. Están hechos de hielo de agua tan frío que se comporta como roca.
- Los anillos de Urano tienen al menos nueve anillos muy delgados. Se descubrieron desde la Tierra y se nombran con números o letras griegas. Están hechos de rocas de silicato y son muy oscuros.
¿Cómo se forman y cambian los anillos?
Choques entre las partículas de los anillos
Los choques entre las partículas de los anillos explican por qué estos se concentran en un disco delgado alrededor del ecuador del planeta y por qué las órbitas de las partículas son casi circulares.
Todas las partículas de un anillo giran alrededor del planeta en la misma dirección que este. Aunque las partículas se mueven de forma aleatoria hacia arriba, abajo o hacia los lados, los choques son inevitables. Cuando las partículas chocan, pierden energía y sus movimientos aleatorios disminuyen. Esto hace que el anillo se vuelva más delgado y que las órbitas de las partículas sean más circulares.
Los choques continúan incluso cuando las partículas han perdido la mayor parte de su movimiento aleatorio. Esto ocurre porque las partículas más alejadas del planeta giran más lento que las más cercanas. Así, una partícula interior puede alcanzar y chocar con una exterior. Estos choques, aunque suaves, pueden hacer que las partículas se muevan un poco hacia arriba o hacia abajo, lo que determina el grosor del anillo. En el caso de Saturno, los anillos principales tienen un grosor de unos pocos cientos de metros.
Los choques también hacen que los anillos se expandan hacia afuera. Un anillo aislado se expandiría hasta que las partículas estuvieran tan separadas que los choques cesaran. El anillo de Júpiter podría haber alcanzado este estado, lo que explicaría su gran anchura y su baja opacidad.
La influencia de la gravedad de las lunas pastoras
Los anillos de Saturno y Urano tienen bordes muy definidos, lo que significa que hay otros procesos que evitan que se expandan rápidamente. Aquí es donde entran en juego las pequeñas lunas que están dentro o cerca de los anillos. Estas lunas, llamadas "pastoras", ayudan a mantener los anillos en su lugar.
¿Cómo lo hacen las lunas pastoras? Imagina dos partículas girando alrededor de un planeta: una está más cerca de la luna pastora y otra más lejos. La partícula que está más cerca se mueve más rápido que la luna, y la luna se mueve más rápido que la partícula más lejana. La luna pastora atrae a ambas partículas con su gravedad. A la partícula más cercana, la frena, haciendo que caiga a una órbita más baja. A la partícula más lejana, la acelera, haciendo que suba a una órbita más alta. De esta manera, la luna pastora "limpia" una franja a cada lado de su camino, creando un espacio en el anillo. Cuanto más grande sea la luna, más ancha será la franja que limpia.
Este mismo principio explica cómo una luna pastora exterior a un anillo puede mantenerlo confinado, impidiendo que las partículas se acerquen a ella. También explica cómo un par de lunas pastoras pueden confinar un anillo, con la luna interior acelerando las partículas y la exterior frenándolas.
El paso de una luna pastora cerca del borde de un anillo también causa ondas debido a la diferente atracción gravitatoria sobre las distintas partes del anillo.
Los trenzados en el anillo F de Saturno son más difíciles de explicar. Las fuerzas de gravedad de las lunas pastoras Prometeo y Pandora no parecen ser suficientes. Se han propuesto otras ideas, como la existencia de una tercera luna no descubierta o la acción de campos magnéticos. Las fotos de la Voyager 1 en 1980 mostraron que el anillo F tenía tres bandas, y las dos exteriores parecían trenzadas. Nueve meses después, la Voyager 2 vio que la estructura había cambiado, con una banda principal sin trenzar y otras tres más débiles.
Resonancia gravitacional y anillos
La resonancia es un fenómeno importante en los anillos. Imagina un satélite natural grande que está fuera del sistema de anillos. Cerca de las distancias donde las partículas del anillo tienen un período orbital que coincide con una fracción del período del satélite (por ejemplo, 1/2, 1/3), el efecto de la gravedad del satélite se amplifica con el tiempo. Esto hace que las partículas se pierdan en una banda a esa distancia, creando un hueco en el anillo.
Esto sucede porque cada vez que el satélite completa un número exacto de órbitas, la partícula del anillo también completa un número exacto de vueltas, volviendo a encontrarse en el mismo punto. Esto causa un tirón gravitacional repetido que hace que las órbitas de las partículas dejen de ser circulares y aumente la probabilidad de que choquen con sus vecinas.
Un ejemplo de resonancia es cuando empujas a alguien en un columpio. Si lo empujas en el momento justo (cuando el columpio vuelve a ti), el columpio subirá más alto. Si lo empujas en momentos aleatorios, no tendrá el mismo efecto. Esta intensificación de la fuerza se llama resonancia.
- La división de Cassini en los anillos de Saturno, de 5000 kilómetros de ancho, es un ejemplo de resonancia. Las partículas en el borde exterior del anillo B (que es el borde interior de la División de Cassini) giran alrededor de Saturno en un tiempo que es aproximadamente la mitad del tiempo que tarda la luna Mimas en orbitar, o un tercio del tiempo de Encélado, o un cuarto del tiempo de Tetis. Estas resonancias son las que crean la división.
- El borde exterior del anillo B de Saturno no es circular. La resonancia con Mimas amplifica su efecto gravitatorio y crea protuberancias en lados opuestos del anillo.
- La resonancia también podría explicar los huecos estrechos en la parte exterior del anillo A, causados por las lunas Jano y Epimeteo, y las lunas pastoras del anillo F, Pandora y Prometeo.
- La resonancia de Júpiter es responsable de los huecos de Kirkwood, que son zonas del cinturón de asteroides donde no hay asteroides a ciertas distancias porque sus períodos orbitales coinciden con fracciones del período de Júpiter.
La influencia de la fuerza electromagnética
Las partículas más pequeñas de los anillos pueden verse afectadas por fuerzas diferentes a la gravedad, como las fuerzas electromagnéticas. Los anillos de Júpiter, Saturno y posiblemente Urano están dentro de un plasma, que es un gas con partículas cargadas (electrones e iones). Los electrones, al ser más ligeros, chocan más a menudo con las partículas del anillo, haciendo que estas se carguen negativamente.
Una vez cargadas, las partículas del anillo son aceleradas por el campo magnético del planeta. Si las partículas son muy pequeñas (menos de 0,1 micrómetros), la fuerza electromagnética puede ser más fuerte que la atracción gravitatoria del planeta y controlar su movimiento. Esto ayuda a explicar algunas características de los anillos:
- En Júpiter, el eje del campo magnético está inclinado unos 10 grados respecto al eje de rotación del planeta. Esto puede dar a las partículas pequeñas una velocidad vertical mucho mayor, lo que explica el halo vertical del sistema de anillos de Júpiter.
- En Saturno, las fuerzas electromagnéticas podrían ser importantes para la estructura peculiar del anillo F.
- También se han propuesto teorías que usan fuerzas electromagnéticas para explicar las "cuñas radiales" en el anillo B de Saturno, que son zonas donde las partículas se agrupan sin distorsionar la estructura general del anillo.
¿Cómo se originaron los anillos?
Existen varias ideas sobre cómo se formaron los anillos planetarios:
1.ª hipótesis: Fuerzas de marea
Una idea es que un cuerpo grande se rompió en muchos pedazos al acercarse demasiado a un planeta, y esos pedazos formaron los anillos. Este cuerpo pudo ser un meteorito o una luna pequeña. La causa de la ruptura serían las fuerzas de marea, que son fuerzas de gravedad que estiran un objeto porque la atracción del planeta es más fuerte en el lado más cercano que en el más lejano. El matemático francés Edouard Albert Roche propuso esta idea en 1848, calculando un "límite de Roche" donde un cuerpo líquido se rompería. Este límite está cerca del borde exterior de los anillos principales de Saturno.
Sin embargo, es poco probable que una luna pequeña fuera líquida. Si fuera sólida, las fuerzas de marea no podrían romperla a menos que estuviera muy, muy cerca del planeta. También es improbable que un meteorito errante se rompiera y sus partículas se quedaran en órbita.
Pero las fuerzas de marea podrían haber actuado de una forma más sutil. Se ha sugerido que la gravedad entre partículas de igual tamaño no es suficiente para mantenerlas unidas dentro del límite de Roche. Sin embargo, dos partículas de tamaños muy diferentes podrían resistir la ruptura. Los límites donde las partículas pueden o no unirse están cerca de los bordes de los sistemas de anillos de Júpiter, Saturno y Urano. Esto sugiere que dentro del límite exterior, las partículas podrían haberse acumulado muy lentamente, sin llegar a formar lunas grandes.
2.ª hipótesis: Choque catastrófico
Otra hipótesis importante, propuesta por Eugene Shoemaker, sugiere que una luna grande (o varias) en la región de los anillos chocó violentamente con un meteorito. Las fotos de las lunas de Júpiter y Saturno tomadas por las Voyager muestran muchos cráteres, lo que indica que han sufrido muchos impactos. Por ejemplo, Mimas, una de las lunas más pequeñas de Saturno, tiene un cráter tan grande que casi la destruye. Las lunas Jano y Epimeteo, que son lunas coorbitales de Saturno, podrían ser los fragmentos de una colisión gigante.
Hay razones por las que estos choques catastróficos podrían haber ocurrido más a menudo en la región de los anillos. Primero, las lunas más cercanas a Júpiter y Saturno suelen ser más pequeñas, y es más fácil que las lunas pequeñas se rompan. Segundo, la gravedad de un planeta atrae los meteoritos, haciendo que pasen más cerca del planeta y aumente la probabilidad de impacto.
3.ª hipótesis: Aglomeración limitada
Una tercera hipótesis es que los cuerpos más grandes de los anillos son el resultado de una aglomeración limitada de materia cerca del planeta. Cuando la nube de gas y polvo alrededor de un planeta se enfrió, se formaron pequeños granos sólidos. La gravedad y la fricción hicieron que estos granos se asentaran en el plano ecuatorial, donde siguieron creciendo al condensarse más vapor sobre ellos. Este proceso podría haber formado partículas de hasta varios metros, que son el tamaño de la mayoría de las partículas en los anillos de Saturno. Las pequeñas lunas dentro de los anillos podrían ser el resultado de que estos cuerpos de metros se unieran en choques suaves.
Según esta hipótesis, hay varias razones por las que las partículas de los anillos son pequeñas y numerosas. Primero, la formación de estas partículas cerca de los planetas gigantes tuvo menos tiempo para ocurrir. Segundo, cerca de Júpiter, las partículas solo podían formarse a partir de sustancias raras que se condensan a altas temperaturas. Finalmente, si una luna pequeña alcanzaba cierto tamaño, sus resonancias impedirían que le llegara nueva materia, deteniendo su crecimiento. En los anillos de Saturno, el límite de crecimiento calculado está entre unos pocos kilómetros y unas decenas de kilómetros. A mayores distancias de los planetas gigantes, las condiciones eran diferentes, lo que permitió la formación de lunas más grandes.
¿Cómo evolucionan los anillos?
¿Qué les pasa a las partículas pequeñas en los sistemas de anillos? Las partículas de un micrómetro o menos, por ejemplo, en el anillo de Júpiter, se mueven en espiral hacia la atmósfera de Júpiter en solo unos cientos de años debido a la fricción con el gas. Esto significa que estas partículas no pueden haber existido desde el principio del planeta; deben estar formándose continuamente. Se cree que se originan por la erosión de cuerpos más grandes dentro o cerca del anillo de Júpiter.
Las partículas de un centímetro o más no se destruyen fácilmente por los choques con micrometeoritos. En cambio, cada choque crea un pequeño cráter y expulsa mucha más materia de la que impactó. Muchas de las partículas de tamaño micrométrico en los anillos podrían ser el resultado de esta expulsión de material. Si una luna pequeña tiene menos de 10 kilómetros de diámetro, la mayoría de los materiales expulsados por un choque escaparán de su gravedad, pero no del planeta, y se quedarán en órbita en el anillo.
En resumen, las lunas pequeñas y las partículas más grandes de los anillos probablemente se formaron al principio del Sistema Solar, al mismo tiempo que las lunas de los planetas gigantes. Sin embargo, las partículas más pequeñas se están formando constantemente hoy en día. Se cree que las lunas grandes del Sistema Solar exterior y varios planetas (incluida la Tierra) se formaron por la unión de muchos cuerpos más pequeños. Es probable que procesos similares, a menor escala, estén ocurriendo hoy en día entre las partículas de los anillos. Los sistemas de anillos nos ayudan a entender cómo se formaron las lunas y los planetas sólidos.
Galería de imágenes
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Saturno con sus característicos anillos.
Véase también
