Os anéis de Saturno são os anéis planetários mais importantes do Sistema Solar , localizados ao redor do gigante gasoso Saturno . Embora pareçam contínuos quando vistos da Terra, eles são na verdade compostos de incontáveis pedaços de gelo (95 a 99% de gelo de água pura de acordo com análises espectroscópicas ) e poeira variando em tamanho de alguns micrômetros a algumas centenas de metros; cada um deles tem uma órbita diferente. O conjunto de anéis forma um disco com uma largura de 360.000 km (os anéis principais se estendem de 7.000 a 72.000 km ) compreendendo várias divisões de várias larguras e uma espessura de 2 a 10 metros .
Invisíveis da Terra a olho nu , os anéis de Saturno, no entanto, têm brilho suficiente para serem observados com binóculos .
Eles foram vistos em 1610 pelo cientista italiano Galileo Galileo, graças a um telescópio astronômico de sua concepção. Ele interpretou o que viu como apêndices misteriosos. Beneficiando-se de um telescópio melhor do que o Galileo, o holandês Christiaan Huygens descobrirá que se trata de um anel em torno de Saturno.
A espaçonave Cassini da NASA (em seu último mês de serviço, publicou2017), mostrou que a massa dos anéis é baixa e que uma fuligem micrometeorica penetra abundantemente no sistema saturniano, o que defende uma data recente de formação desses anéis: algumas centenas de milhões de anos, talvez, embora geralmente admitamos que eles datam de formação do sistema solar .
O estudioso italiano Galileu foi o primeiro a observar os anéis de Saturno, o25 de julho de 1610, usando um telescópio de sua própria fabricação, mas não conseguiu identificar sua forma. . Ele viu esses "pontos" como "dois servos ajudando o velho e lento Saturno em seu caminho" . Ele também descreveu que Saturno parecia ter "orelhas" ou "alças". Em 1612 , o plano dos anéis foi orientado diretamente para a Terra, e os anéis pareceram desaparecer. Perplexo, Galileu se perguntou: "Como Saturno engoliu seus filhos?" » , Referindo-se ao deus da mitologia romana Saturno que devorou seus próprios filhos para evitar que eles o derrubassem. Os anéis foram visíveis novamente, em 1613 , e Galileu só pôde deduzir.
Em 1655 , Christiaan Huygens foi o primeiro a sugerir que Saturno estava rodeado por um anel. Com um telescópio de qualidade superior ao telescópio de Galileu, Huygens observou o planeta e escreveu, em 1659, que “ele [Saturno] está rodeado por um anel fino e plano que não toca o planeta em parte alguma e que está inclinado sobre a eclíptica” . Robert Hooke também observou os anéis e notou as sombras projetadas sobre eles.
Em 1675 , Giovanni Domenico Cassini descobriu que o anel de Saturno é, na verdade, composto de um grande número de anéis concêntricos distintos, e ele hipotetizou que eles são feitos de seixos que colidem. A maior das separações, com 4.800 km de largura e localizada entre os anéis A e B, será posteriormente chamada de “ divisão Cassini ”.
Em 1787 , Pierre-Simon de Laplace mostrou que os anéis não podem ser compostos por um grande número de anéis finos e sólidos. Ele concluiu que "Os diferentes anéis que circundam o globo de Saturno são, portanto, sólidos irregulares, de largura desigual [...] de forma que seus centros de gravidade não coincidem com seus centros de figura."
Em 1859 , James Clerk Maxwell recebeu o Prêmio Adams depois de demonstrar que os anéis não podem ser sólidos porque seriam instáveis e se quebrariam. Ele sugeriu que os anéis são feitos de uma infinidade de peças, todas orbitando em torno de Saturno. A hipótese de Maxwell foi validada em 1895 , seguindo análises espectroscópicas realizadas por James Edward Keeler do Lick Observatory .
Dentro Outubro de 1969, o astrônomo francês Pierre Guérin descobriu, por meios fotográficos (do Observatório do Pic du Midi ) um quarto anel , o mais interno, no sistema dos anéis de Saturno e também um espaço escuro entre este anel e aqueles que tínhamos já observado. Esta descoberta foi feita com os meios da astronomia clássica, muito antes da localização das mesmas estruturas pela sonda Voyager 1 .
Em 1980, a passagem da sonda Voyager 1 perto de Saturno revelou detalhes até então invisíveis da Terra, como " raios ".
Em 2004, a sonda Cassini-Huygens foi colocada em órbita ao redor de Saturno. Ela esclareceu sobre os raios e cruzou os anéis várias vezes.
Dentro outubro de 2009, graças ao telescópio espacial Spitzer , os astrônomos descobriram um novo anel sob a órbita da lua Phoebe , que só pode ser destacado no infravermelho devido à sua baixa densidade. Este anel se estende muito longe, até 20 vezes o diâmetro de Saturno: sua borda interna está a cerca de 6 milhões de quilômetros da superfície do planeta, enquanto sua borda externa está a cerca de 12 milhões de quilômetros. Este último e o anel que o rodeia estão provavelmente na origem do aspecto particular do satélite de Saturno Jápeto , que apresenta uma face negra e a outra muito branca.
Os anéis principais se estendem de 7.000 a 72.000 km na altura do equador de Saturno, com uma espessura média estimada de 10 metros.
Os anéis são 99,9% de partículas de água congelada com algumas impurezas que podem incluir tholin e silicatos . Os anéis principais são compostos basicamente por partículas que variam em tamanho de 1 centímetro a 10 metros. Cada partícula descreve uma órbita independente em torno de Saturno.
A sonda Cassini permitiu estimar a massa total dos anéis de Saturno (contidos principalmente nos anéis A , B e C ) em (1,54 ± 0,49) × 10 19 kg , o que representa 41% da massa de Mimas .
A nomenclatura dos anéis de Saturno é fixada pela União Astronômica Internacional e publicada por ela no Gazetteer of Planetary Nomenclature . A União identifica sete "chaveiros" (em inglês : anel de mão , singular) chamados simplesmente de "anéis" ( Anel , singular) e portando uma letra latina maiúscula (a letra A até a letra G ), de acordo com uma ordem alfabética correspondente à ordem cronológica de suas descobertas. Por outro lado, identifica "divisões" ( divisão , no singular), correspondentes a grandes regiões que separam dois anéis principais, como a divisão Cassini que separa os anéis B e A. Por fim, lista "lacunas" ( lacuna , singular) dentro de um anel principal.
Aqui está uma lista dos anéis de Saturno, as divisões entre eles e as "lacunas" que eles incluem, classificadas pelo aumento do raio interno.
| Sobrenome | Raio interno (km) |
Raio interno (R S ) |
Raio externo (km) |
Raio externo (R S ) |
Largura (km) |
Espessura (m) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Anel D | 66.900 | 1.110 | 74 510 | 1.236 | 7 610 | |
| Anel C | 74.658 | 1.239 | 92.000 | 1.527 | 17 342 | 5 |
| • Lacuna de Colombo | 77.800 | - | - | - | 100 | - |
| • Lacuna de Maxwell | 87.500 | - | - | - | 270 | - |
| • Lacuna de ligação | 88 690 | - | 88.720 | - | 30 | - |
| • Dawes gap | 90.200 | - | 90 220 | - | 20 | - |
| Anel B | 92.000 | 1.527 | 117.580 | 1.951 | 25.580 | 3 - 4 |
| Divisão Cassini | 117.500 | 1,95 | 122.200 | 2.03 | 4.700 | |
| • Lacuna de Huygens | 117 680 | - | - | - | 285 - 440 | - |
| • Herschel gap | 118.183 | - | 118.285 | - | 102 | - |
| • A lacuna de Russell | 118.597 | - | 118.630 | - | 33 | - |
| • gap de Jeffreys | 118.931 | - | 118.969 | - | 38 | - |
| • Lacuna de Kuiper | 119.403 | - | 119.406 | - | 3 | - |
| • Lacuna de Laplace | 119.848 | - | 120.086 | - | 238 | - |
| • Abertura de Bessel | 120 236 | - | 120.246 | - | 10 | - |
| • Barnard's Gap | 120 305 | - | 120.318 | - | 13 | - |
| Anel A | 122 170 | 2.027 | 136.775 | 2.269 | 14.605 | 20 - 40 |
| • Lacuna de Encke | 133.589 | 2.216 | - | - | 325 | |
| • Lacuna de Keeler | 136.530 | 2.265 | - | - | ~ 35 | - |
|
Divisão da Roche (ex- divisão da Pioneer ) |
136.770 | - | 139.380 | - | ~ 2.600 | - |
| • R / 2004 S 1 | 137.630 | 2.284 | - | - | ? | - |
| • R / 2004 S 2 | 138.900 | 2.305 | - | - | ? | - |
| Anel F | 140 180 | 2.326 | - | - | 30 - 500 | |
| R / 2006 S 1 (dito de Jano e Epimeteu ) | ~ 151.500 | - | - | - | - | - |
| G ring | 170.000 | 2,82 | 175.000 | 2,90 | 5.000 | 10 5 |
| Anel E | 181.000 | 3 | 483.000 | 8 | 302.000 | 10 7 |
| • R / 2006 S 5 (dito de Methone ) | ~ 194.230 | - | - | - | - | - |
| • R / 2007 S1 (dito a Anthée ) | ~ 197.655 | - | - | - | - | - |
| Anel de phoebe | ~ 6.000.000 | 50 | ~ 12.000.000 | 100 | 6.000.000 | 2,4 × 10 9 |
O consenso científico era até 2017 de que os anéis datariam da própria formação de Saturno, porém trabalhos recentes sugerem que eles têm na verdade cerca de 100 milhões de anos. Outro estudo publicado emjaneiro de 2019revê essa idade para baixo: entre 10 e 100 milhões de anos. No mesmo ano, outro estudo afirma que a hipótese de anéis jovens não é inteiramente satisfatória e que as observações da sonda Cassini são igualmente compatíveis com uma idade próxima à do sistema solar . Existem duas teorias dominantes sobre como eles são formados.
De acordo com uma dessas duas teorias, originalmente proposto por Édouard Roche na XIX th século, os anéis eram uma lua gigante de Saturno cuja órbita diminuída até que forças de maré geradas pela gigante planeta Saturno o spray (o limite de Roche é 140.000 km para Saturno, que corresponde à borda externa dos anéis). A velha lua gigante sofre o fenômeno da migração planetária , as forças das marés deslocam este satélite diferenciado , o manto do satélite vai formar os anéis enquanto seu núcleo cai sobre Saturno. Uma variante dessa teoria, já esboçada em 1654 por Christiaan Huygens , é que a lua se desintegrou após ser atingida por um grande cometa, um asteróide (teoria análoga à da hipótese do impacto gigante ). Esta hipótese é difícil de defender Pelo fato de que a órbita síncrona de Saturno é de 10 h . De acordo com a segunda teoria, os anéis não são os restos de uma lua, mas os restos do disco de acreção da nebulosa a partir da qual Saturno se formou. A conservação do momento angular e a perda de energia devido aos choques entre os detritos faz com que essa perda seja maior no plano vertical do que no plano horizontal, daí o achatamento dos anéis pela rotação Kepleriana , achatamento que acabaria por atingir o Limite de Roche, dando origem a satélites. Alguns astrofísicos como Sébastien Charnoz ou Julien Salmon chegam a pensar que os anéis atuais não são os únicos que o gigante gasoso conheceu durante sua história, os anéis massivos originais desaparecendo em favor dos satélites que dão origem aos anéis por migração planetária.
O brilho e a pureza da água gelada que compõe os anéis de Saturno foram citados para apoiar a teoria de que eles são muito mais jovens do que Saturno, talvez 100 milhões de anos, porque, de outra forma, o acúmulo de poeira meteórica teria levado ao escurecimento dos anéis . No entanto, uma nova pesquisa indica que o anel B pode ser massivo o suficiente para diluir o material meteórico e, assim, evitar o escurecimento perceptível por um período que se estende quase até o nascimento do Sistema Solar . O material que constitui o anel é reciclado: agregados se formam e são então dispersos por colisões. Este ciclo explicaria a aparente juventude de alguns dos agregados observados dentro dos anéis. No final de 2017, dada a importância das entradas de fuligem micrometeorítica no sistema de anéis, a hipótese de anéis mais jovens do que o esperado poderia prevalecer.
A equipe Cassini UVIS, liderada por Larry Esposito, usou a ocultação estelar para descobrir 13 objetos, variando de 27 metros a 10 km de diâmetro, dentro do anel F. Eles são translúcidos, sugerindo que são agregados temporários de blocos de gelo a poucos metros em diâmetro. Esposito está convencido de que esta é a estrutura básica dos anéis de Saturno: as partículas agregam-se entre si antes de se dispersarem. Orbitando fora dos anéis, embora alguns estejam incluídos na massa, estão várias pequenas luas associadas aos anéis, que é uma configuração de anel típica de todos os planetas gigantes gasosos do Sistema Solar. No entanto, os outros três sistemas de anéis juntos representam apenas uma pequena fração do volume dos anéis de Saturno. As partículas dos anéis de Saturno também têm a particularidade de serem muito mais brilhantes do que as dos outros três sistemas.
Da Terra, três anéis são visíveis: dois anéis principais (A e B) e um anel menos visível. O espaço entre A e B é conhecido como " divisão Cassini ". O anel A é dividido por uma lacuna menos visível chamada divisão de Encke (embora seja provável que o astrônomo Encke nunca tenha observado isso). A Voyager detectou quatro outros anéis muito menos visíveis. Os astrônomos identificam nos anéis de Saturno 13 formações distintas: anéis D , C , B , A , a divisão Encke , a divisão de Keeler , R / 2004 S 1 , R / 2004 S 2 , os anéis F , G , E , o Divisão Cassini e divisão Guerin .
Os anéis de Saturno se estendem por mais de 400.000 km , mas são muito finos. Com exceção do anel mais externo, eles não ultrapassam 1 km de espessura. Se o material contido nos anéis fosse reunido para formar uma lua, não teria mais de 100 km de diâmetro.
O anel F , um dos mais externos, é uma estrutura extremamente complexa composta de vários anéis menores "atados" entre si. A origem desses nós é desconhecida, mas provavelmente é gravitacional. O anel E , o mais externo, se estende por 240.000 km e vai se adensando gradativamente até a órbita de Enceladus atingindo uma espessura de 60.000 km .
Os anéis de Saturno têm uma relação complexa com alguns dos satélites de Saturno. Está estabelecido que alguns destes, satélites pastor batizados ( Atlas , Prometeu e Pandora ), são indispensáveis para a estabilidade dos anéis, que Jano , Prometeu, Epimeteu , Pandora e Atlas formaram há 100 milhões de anos. A partir da expansão dos anéis devido à rotação Kepleriana que os faz ultrapassar o limite de Roche. Mimas parece o responsável pela divisão da Cassini, o Pan fica dentro da divisão de Encke. O sistema geral de anéis é complexo e ainda mal compreendido em 2009.
Simulações baseadas na mecânica celeste indicaram que os anéis são estruturas estáveis a longo prazo, apesar de muitas mudanças na forma. No entanto, em 2018 , um estudo mostrou, através do estudo dos íons H + na ionosfera de Saturno, que seus anéis terão desaparecido em cerca de 292 milhões de anos (com um intervalo de confiança de 942 milhões de anos). E provavelmente seriam mais majestosos em sua origem.
Sob o efeito combinado de raios ultravioleta do Sol e nuvens de plasma causados por micrometeoritos, as partículas de gelo de água nos anéis tornam-se eletricamente carregadas, então são atraídas pelo campo magnético de Saturno e eventualmente caem para sua superfície sob a forma de chuva. A perda de volume de água e matéria é estimada entre 432 e 2.870 kg por segundo; uma quantidade suficiente para encher uma piscina olímpica a cada trinta minutos.
As lacunas entre os anéis resultam das interações gravitacionais entre as muitas luas de Saturno e os próprios anéis. Os fenômenos de ressonância também desempenham um papel: ocorrem quando a proporção dos períodos orbitais entre o satélite e os anéis é um número inteiro. Assim, a divisão da Cassini resulta da influência da lua Mimas . Algumas das menores luas circulam nas brechas ou na borda dos anéis e assim estabilizam suas estruturas: por isso recebem o nome de satélites pastores . Assim, Pandora e Prometheus confinam as partículas do anel F, Prometheus mesmo arrancando periodicamente filamentos de matéria deste último. O sobrevôo próximo da sonda Cassini dos satélites pastores mostrou que eles agregam matéria proveniente dos anéis de uma forma não insignificante.
A sonda espacial Cassini realizou medições e tirou fotos que revelaram que as bordas dos anéis e a separação entre os anéis são ainda mais marcadas do que se estimava: havia a hipótese de que permanecesse nas lacunas dos pedaços de gelo, mas não é.
A espessura extremamente baixa dos anéis é devido a colisões entre as partículas. Cada partícula de gelo gira individualmente em torno de Saturno. Assim, se um pedaço de gelo estiver localizado acima da superfície do anel, ele cruzará o anel a cada órbita ao redor de Saturno: as colisões durante a travessia do anel tenderão a longo prazo a reduzir a componente perpendicular de sua velocidade e na verdade, para reduzir a espessura do anel.
Agitando anéisHá agitação permanente nos anéis: ondas, colisões, acúmulos de matéria.
A vida agitada dos anéis de Saturno começou a ser estudada a partir das missões americanas “ Voyager ”. Os astrônomos puderam então observar que eles eram feitos de uma infinidade de sulcos "como um tecido de veludo cotelê".
De Julho de 2004 no setembro de 2017, a sonda Cassini , em órbita ao redor de Saturno , forneceu imagens de altíssima qualidade do planeta e seus anéis. De acordo com as teorias atuais, a efervescência nos anéis se deve aos cerca de cinquenta satélites de Saturno:
A sonda Cassini melhorou significativamente nosso conhecimento do mecanismo dos anéis, em particular no que diz respeito à sua evolução. O anel F foi objeto de um estudo aprofundado; os efeitos das marés são tão fortes que nenhum satélite sobrevive e apenas partículas finas são encontradas. O anel F está rodeado por dois satélites, Prometeu e Pandora , seus satélites pastores, que estão na origem de sua sutileza. A cada quinze horas, o satélite Prometheus se aproxima do anel e cria sangramentos reais ali, atraindo matéria para si por meio de sua massa. Ele quebra o anel e todas essas peças formam uma espiral gigante que se espalha por todo o anel. Fenômeno ainda mais curioso: a sonda Cassini permitiu evidenciar a existência de satélites efêmeros, sempre dentro do anel F, que desaparecem tão rapidamente quanto se formam.
Até 1980 , acreditava-se que a estrutura dos anéis de Saturno estava relacionada apenas à ação das forças gravitacionais . Porém, as imagens enviadas pela sonda espacial Voyager 1 confirmaram a presença de bandas escuras nos anéis perpendiculares a esses chamados raios (raios de bicicleta) que não podem ser explicados apenas por essas forças, pois sua persistência e deslocamento nos anéis não são compatíveis com as leis da mecânica celeste . Os raios aparecem ora escuros, ora brilhantes, dependendo da incidência da luz (veja as imagens na galeria), a transição ocorrendo quando o ângulo de fase é próximo a 45 °. Os raios estão se movendo quase em sincronia com a magnetosfera de Saturno, também a principal teoria é que eles são feitos de partículas microscópicas de poeira suspensas acima da superfície do anel principal mantidas separadas por forças repulsivas eletrostáticas. O mecanismo preciso para gerar raios ainda é desconhecido, embora tenha sido sugerido que distúrbios elétricos podem ser causados por raios na atmosfera de Saturno ou impactos de micrometeoritos nos anéis.
Os raios não serão mais observados de perto até a chegada da sonda espacial Cassini , vinte e cinco anos depois, nos subúrbios de Saturno. As fotos tiradas pela sonda em sua chegada no início de 2004 não mostram mais raios . Alguns cientistas então levantaram a hipótese de que o fenômeno não seria mais visível antes de 2007, contando com a teoria usada para explicar sua formação. Mas a equipe de imagem da Cassini continuou a procurar sua presença nos anéis e os raios foram detectados em5 de setembro de 2005.
Os raios parecem ser um fenômeno sazonal, que desaparece no meio do inverno e no meio saturnino do verão e reaparece quando Saturno está mais próximo do equinócio. A hipótese de que os raios constituem um fenômeno sazonal, vinculado à duração de um ano orbital de Saturno (29,7 anos), parece ser confirmada por seu reaparecimento gradual durante os últimos anos da missão Cassini.
Mosaico de fotos tiradas pela sonda Cassini da parte interna do anel B e da parte externa do anel C em um momento próximo ao equinócio de Saturno. O mosaico mostra a sombra projetada pelo satélite Mimas nos anéis. A sombra é parcialmente apagada no anel B (topo) devido à luz emitida pelo planeta. O gap de Maxwell está localizado um pouco abaixo da foto (parte preta).
Foto de raios escuros no anel B tirada pela sonda Cassini do lado apagado dos anéis. À esquerda da parte central da foto, duas lacunas são visíveis (a mais importante é a lacuna de Huighens)
Foto da divisão de Cassini tomada em 2009 a partir do lado da luz dos anéis com luz raios no anel B .
Divisão de Enke: o movimento da lua Pan gera ondas espirais nos anéis.
Close em Prometeu e o anel F.
O anel F é distorcido por pequenas luas que circulam muito perto ou dentro do anel.
A sombra de Saturno mascara o anel G retroiluminado e seu arco interno particularmente brilhante.