Saturno - capítulo 6, série Planetas

Quando olhamos para Saturno e vemos aquela incrível bola de gás cercada por anéis, temos a certeza de se tratar de uma das paisagens mais belas do Sistema Solar. Mas por baixo dessa beleza e aparente serenidade, o planeta esconde seu lado sombrio. Saturno congela a -139 °C. Além de frio, ele consegue ter o clima mais conturbado de todo o Sistema Solar, com uma tempestade polar do tamanho dos EUA e raios que são 1 milhão de vezes mais fortes que os da Terra, luas que desejamos visitar pessoalmente, um complexo e gigantesco sistema de anéis que podem rotacionar a impressionantes 86 mil km/h, fazem de Saturno uma excentricidade singular entre os 8 planetas do Sistema Solar.

Mitologia

Com uma foice, Saturno mutilou seu pai, Caelus, tomando seu poder. Em seguida foi expulso do céu por seu filho, Júpiter, e buscou refúgio em Lácio, onde formou uma família e foi pai de Pico. Ainda segundo a mitologia, ele formou Roma, onde construíram um templo e um altar, no Capitólio.

Saturno na mitologia romana

O Sábado é o dia consagrado a ele, Saturno. Ele também é equivalente ao deus grego Cronos.

História

Saturno existe há 4 bilhões e meio de anos, junto com o Sistema Solar. Ele se formou enquanto partículas de carbono se agregaram até formarem um núcleo rochoso várias vezes maior do que a Terra. Com isso, ele foi capaz de atrair gases como o hélio e o hidrogênio. 

Quando o colapso teve início, a nuvem de gás que se formou ao redor do núcleo começou a se comprimir e a girar. 

Atmosfera

A exemplo dos outros planetas gasosos, a atmosfera de Saturno é composta primariamente de elementos leves, como hidrogênio (96%), hélio (3%) e metano (0.4%), além de traços de outros elementos.

Tempestade gigantesca

A região do polo norte de Saturno apresenta as suas lindas texturas e redemoinhos, que parecem um pouco com a pincelada de uma pintura aquarela.

Cada faixa latitudinal apresenta correntes de ar fluindo em diferentes velocidades e nuvens em diferentes altitudes comparadas às áreas vizinhas. Onde essas correntes se encontram e passam uma pela outra, as interações dessas áreas produzem vários tipos de redemoinhos.

A região do polo norte de Saturno é dominada pelo famoso hexágono, que por sua vez circunda o vórtice do polo norte – visto como um ponto escuro no polo norte do planeta na imagem acima – que é compreendido ser o olho de uma tempestade com furação (que chamamos de PIA14946).

A imagem foi tirada a partir de uma distância de aproximadamente 1.400.000 quilômetros de Saturno. A escala da imagem é de 86 quilômetros por pixel.

Magnetosfera

Saturno possui uma magnetosfera intermediaria à de Júpiter e da Terra. Sua magnetosfera passou a ser conhecida após o envio de sondas espaciais que puderam aferir suas propriedades. Ela se estende do centro do planeta até a uma distância de 1.8 milhões de km na direção do Sol, enquanto a  magnetocauda é muito maior.

Em Saturno, a magnetosfera existe por que há a combinação do hidrogênio metálico no interior do planeta com a rápida rotação, gerando, assim, um dínamo que a sustenta.

Este diagrama ilustra as condições observadas pela sonda Cassini da NASA durante uma passagem rasante em Dezembro de 2013, quando a magnetosfera de Saturno foi altamente comprimida, expondo Titã à força bruta do vento solar.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

Sistema de anéis

A primeira pessoa a estudar os anéis foi Galileu Galilei em 1610.

Ele viu certas formas se projetando para fora do planeta, mas não tinha a mínima ideia do que poderiam ser. Ele tentou descrever o quê via, mas não encontrava palavras para tal imagem. Então ele fez um desenho bem grosseiro a respeito do quê estava visualizando

Desenho de Galileu a respeito de Saturno

Os aspectos que tornaram Saturno o planeta mais célebre do sistema solar são os anéis, cintilantes e majestosos. Eles são incrivelmente grandes, com 280 mil km de diâmetro. Isso equivale a mais do que 21 Terras colocadas lado a lado.

Apenas para ilustrar sua grandiosidade, demoraria cerca de 6 horas em um foguete extremamente veloz para ir de uma ponta a outra dos Anéis. Proporcionalmente inverso a grandiosidade em diâmetro dos Anéis é sua espessura: eles têm 20 m de espessura. Vistos de lado eles praticamente desaparecem. Eles têm a aparência de serem perfeitos e sólidos, mas são compostos de milhões de fragmentos de escombros espaciais. Então o que são eles exatamente? Incontáveis corpos, cuja as dimensões variam de objetos grandes como casas até a mais fina neve como as que cobrem o chão de locais onde a neve precipita, além de serem feitos de água.

O interior dos anéis é como uma colmeia: é um enxame de fragmentos, um lugar hostil, uma espaçonave não poderia passar por ali.

Anéis em close

Há uma diferenciação de velocidade de rotação entre uma parte dos anéis e outra: os anéis internos são mais velozes do que os internos e há uma razão para isso: segundo a Lei de Kepler, nas órbitas ao redor de um corpo central as próximas giram mais rápido e as distâncias mais devagar. Se uma partícula do tamanho do grão de areia girando a uma velocidade hipersônica colidisse com uma nave seria como ter sido alvejado por um tiro de espingarda à queima-roupa.  Já fora dos anéis tudo é bem mais tranquilo.

Há um debate incansável a respeito da origem dos anéis, que continuam sendo um mistério. Podem ter sido produto de luas de Saturno que se aproximaram demais e explodiram ao colidir. Os fragmentos ficaram presos pela gravidade do planeta e se transformaram nos anéis.

Também há uma outra teoria de que um objeto grande e veloz pode ter colidido com uma das muitas luas. Os escombros foram atraídos pela gravidade e entraram em órbita do planeta.

Sete regiões de anéis foram identificadas:

Há o anel A, o B e o C. São os três anéis principais. Há outro anel dentro do C, que é o anel D.

A espaçonave Voyager nos mostrou o anel F, como também os anéis exteriores, que são o E e o G. Cada um desses Anéis tem características diferentes.

Esquema de anéis

O anel A é quase transparente e por isso a luz o penetra facilmente. O anel B é denso. O anel C é ainda mais transparente do que o A, enquanto o anel D mal é visível. Assim como qualquer outro objeto celeste do Sistema Solar, os anéis refletem a luz do sol e assim podemos vê-los.

Esses anéis já estão em volta de Saturno há muito tempo, mas isso não significa que eles estarão lá para sempre.

Não é uma data exata para que os anéis desapareçam puxados para o interior de Saturno através da gravidade do planeta, mas sabe-se que isso com certeza irá acontecer, a não ser que eles sejam continuamente repostos.

Luas mais expressivas

Titã

Descoberta por Christiaan Huygens em 1655, Titã é uma das luas mais promissoras do Sistema Solar onde especula-se que possa haver um ambiente propício a um tipo de vida excêntrica, fora de nossos padrões.

Maior do que Mercúrio ou Plutão, a Lua Titã é o único mundo do Sistema Solar, com exceção da Terra e de Vênus a ter uma superfície sólida como uma atmosfera espessa.  De acordo com dados da sonda Cassini, sabemos que Titã está envolta em uma espessa fumaça alaranjada. Se Titã não estivesse em órbita de outro planeta, não haveria um motivo para não chamá-la de planeta.

Números de Titã

Diâmetro equatorial de 5.150 km

Distância média de Saturno: 1.221.870 km

Gravidade: 1,352 m/s²

Período orbital: 15.94 dias

Temperatura média: -179.5 °C

Pressão atmosférica: 1.45 atm.

Atmosfera: 95% Nitrogênio; 5% Metano.

Após a Pionner 11, Voyager 1 e 2 passarem por esse mundo interessante, muitos dados, antes inimagináveis, puderam ser reunidos e estudados. Carl Sagan demonstrou que Titã é um local onde poderia haver moléculas orgânicas, inclusive algumas que constituem proteínas. 

Com tantos mistérios e muitas expectativas a respeito dessa lua, a sonda Huygens foi projetada para pegar uma carona na Sonda Cassini, que explora Saturno e seu complexo todo. Cassini então mirou a sonda Huygens para Titã e a lançou para pousar e nos contemplar com imagens diretas do mundo mais distante que o Homem já pousou até então. 

Descida da sonda em Titã

Paisagem de Titã

Encelados

"As descobertas em Encelado mudaram a direção da ciência planetária" - Linda Spilker, Cientista do Projeto Cassini, espaçonave que orbita o complexo de Saturno e suas luas.

Números de Encelados

Diâmetro equatorial de 500 km

Distância média de Saturno: 237.948 km

Gravidade: 0.113 m/s²

Período orbital: 1.37 dias

Temperatura média: -198 °C

Pressão atmosférica: traços.

Atmosfera: 91% vapor d'água; 4% nitrogênio; 3.2% dióxido de carbono; 1.7% metano

Comparativo de Encelados com a Inglaterra

Chris Mckay, um astrobiólogo da NASA diz: "eu me interessei em procurar por vida no sistema solar por décadas e eu ainda estou espantado com o que estamos vendo em Encelado. É um mundo tão pequeno e tão longe da Terra, de onde jorra para o espaço uma infinidade de riquezas de matéria orgânica, inclusive água, o que indica habitabilidade. É surpreendente".

Com enormes jatos de partículas de gelo e vapor da água sendo atirados a 10 quilômetros de altura, com um vasto oceano global coberto por uma capa de gelo, Encelado é um dos mais fascinantes objetos celestes do nosso sistema solar. A diretora de operações e imageamento de voo da nave Cassini, que orbita Saturno, Carolyn Porco, descreveu as descobertas de jatos e elevadas temperaturas no polo sul de Encelado, como "a coroa principal de todas as descobertas".

Interior de Encelados

As descobertas, segundo Porco, apontam para a possibilidade de "um ambiente onde a vida possa estar presente". Moléculas orgânicas complexas, cuja composição exata permanece desconhecida, foram detectadas em gêiseres de Encelado, criando condições que parecem ser favoráveis ao surgimento de vida.

A aparente espessura fina da capa de gelo no polo sul poderia também permitir uma futura missão de exploração espacial para recolher dados, inclusive utilizando radar, o que seria muito mais confiável e fácil de se transpor do quê os 40 quilômetros de capa de gelo que foi calculado anteriormente. Parece que Encelado ainda tem muitos segredos guardados!

"Devemos descobrir uma segunda gênesis em nosso sistema solar", disse Porco."A teoria da existência pode ser comprovada se a partir dela pudermos afirmar que a vida não foi um acidente, mas sim uma característica do universo em que vivemos e que ela é um fato muito comum".

Uma equipe internacional incluindo pesquisadores propuseram recentemente um novo modelo que reconcilia diferentes dados e que nos mostra que a capa de gelo no polo sul de Encelado pode ter apenas alguns quilômetros de espessura. Isso sugere que pode haver uma forte fonte de calor no interior desta lua. Essa teoria dá suporte a possibilidade emergente de vida neste oceano.

Interpretações iniciais dos dados do sobrevoo da Cassini sobre Encelado estimaram que a capa de gelo tinha uma espessura de 30 a 40 quilômetros no polo sul e até 60 km no equador. Porém esses modelos foram incapazes de resolver a questão sobre a existência ou não de um oceano sob a capa de gelo.

Contudo a descoberta em 2015 de uma oscilação na rotação de Encelado conhecida como libração, que tem ligação com efeitos de maré, sugere que há um oceano global e uma capa de gelo mais fina que o previsto com uma espessura média de cerca de 20 quilômetros. No entanto, essa espessura parece ser incompatível com dados de topologia e gravidade.

Afim de conciliar diferentes restrições, pesquisadores do Laboratório de Paleontologia Geodinâmica de Nantes, da Universidade Charles em Praga Edu Royal Observatory da Bélgica propuseram um novo modelo onde os 200 primeiros metros da capa de gelo são de certa forma flexíveis.

De acordo com esse estudo, Encelado é feito de um núcleo rochoso com um raio de 185 km e um oceano interno de aproximadamente 45 quilômetros de profundidade, isolado da superfície por uma capa de gelo com 20 quilômetros de espessura, com exceção dos polos onde essa capa de gelo tem menos de cinco quilômetros de espessura. Neste modelo, o oceano sob o gelo tem 40% do volume total da lua e sua salinidade é semelhante aos oceanos da terra.

Uma vez que a camada de gelo fina retém menos calor, os efeitos de maré que Saturno causa em Encelados criam fraturas no gelo no polo sul. Mas isso não é suficiente para explicar o forte fluxo de calor que afeta essa região. Portanto, o modelo reforça a ideia de que a produção de calor forte no núcleo de Encelado pode alimentar fontes hidrotermais no fundo do oceano.

Missões enviadas

Programa Pioneer 11

O projeto de construção dessa sonda foi aprovado em 1969, e foi lançada no Cabo do Canaveral, Estados Unidos em 6 de abril de 1973. Ela chegou em Saturno em 1 de setembro de 1979, sobrevoando o planeta e tirando fotografias a curta distância do planeta.

Lançamento da Pioneer 11

Com seus 2.8 metros e 258 kg, ela passou há 43.000 km, passando pelos pólos da atmosfera de Júpiter, para evitar intensos cinturões de radiação no equador do gigante gasoso. Ela usou a imensa gravidade de Júpiter para impulsiona-lá em direção a Saturno.

Foto tirada pela Pioneer 11 de Saturno e sua maior lua Titã

A sonda nos permitiu tirar belíssimas fotos dos anéis de Saturno e descobrir pequenas novas luas orbitando o astro. 

Após o planejamento do encontro com Saturno, muitos outros objetivos foram acrescentados:

- Mapear o campo magnético de Saturno, sua intensidade, direção e estrutura. 

- Determinar como muitos elétrons e prótons de várias energias são distribuídos ao longo da trajetória da nave através do sistema de Saturno.

- Mapear a interação do vento solar com o sistema de Saturno.

- Medir a temperatura da atmosfera de Saturno e Titã, a grande lua de Saturno.

- Mapear a estrutura térmica da atmosfera de Saturno através de observações no infravermelho acoplada com rádio de ocultação de dados.

- Obter e digitalizar as imagens do sistema de Saturno em duas cores e durante a sequência de medidas de polarimetria no encontro com o planeta.

- Sondar o sistema de anéis e atmosfera de Saturno com ondas de rádio.

- Determinar com maior precisão a massa de Saturno e seus satélites maiores por observações precisas dos efeitos de seus campos gravitacionais sobre o movimento da nave espacial.

-Como um precursor para a missão Marineer Júpiter/Saturno, verificar o ambiente do plano do anel para descobrir onde ele pode ser seguramente cruzado pela sonda Marineer sem graves danos.

A última transmissão da Pioneer 11 foi enviada em 1995. Ela já se encontra a mais de 13 bilhões de quilômetros do Sol, e viaja em direção a constelação de Scutum.

A sonda sendo encapsulada para o lançamento

Placa da Pioneer fixada na sonda

Placa Pioneer: A placa de ouro-alumínio, foi anexada na sonda, para caso alguma forma de vida alienígena avançada possa descobrir de onde veio essa sonda. Nela contém basicamente um ilustrações de humanos, a formação do nosso sistema solar, e os 14 pulsares mais próximos, como referência para achar o nosso Sol.

Cassini-Huygens

Lançamento da Cassini-Huygens

A NASA, em conjunto com a ESA (Agência Espacial Europeia) e ASI (Agência Espacial Italiana), empreenderam em conjunto essa missão. A sonda consiste em um orbitador, a sonda Cassini, e a sonda Huygens, que foi enviada a Titã. Seu lançamento ocorreu em 15 de Outubro de 1997, no centro espacial Kennedy, no Cabo Canaveral.

Ela recebeu esse nome em homenagem aos astrônomos, Giovanni Cassini e Christiaan Huygens. Ela cumpriu sua missão principal em 30 de Julho de 2008, que depois foi prolongada até Fevereiro de 2010, para estudar o sistema de Saturno durante o equinócio, denominada de Missão Cassini Equinox. Depois foi novamente prorrogada e renomeada para Missão Cassini Solstice, até 2017 para mais estudos.

Concepção artística de Saturno e a Cassini

O orbitador tem uma massa de 2.150 kg e a sonda 350 kg. Ela é alimentada por 32,7 kg de Plutônio-238, com o calor excedido do material radioativo transformado em energia elétrica. O Huygens foi transportado pela Cassini até o planeta mas usou baterias químicas para se locomover quando independente da nave.

Agora a Cassini está orbitando Saturno a cerca 8,2 e 10,2 UA da Terra. Assim, fazendo qualquer onda de rádio demorar entre 64 a 84 minutos para chegar a Terra. Ela é alimentada por três geradores termoelétricos de radioisótopos, usando o calor de cerca de 33 kg de Plutônio-238 para gerar e eletricidade. Teve como objetivos: 

- Determinar a estrutura tridimensional e comportamento dinâmico dos anéis.

- Determinar a composição das superfícies e a história geológica dos satélites.

- Determinar a natureza e origem do material escuro do hemisfério dianteiro de Jápeto.

- Medir a estrutura tridimensional e comportamento dinâmico da magnetosfera.

- Estudar o comportamento dinâmico das nuvens de Saturno.

- Estudar a vulnerabilidade temporal das nuvens e a meteorologia de Titã.

- Caracterizar a superfície de Titã a uma escala regional.

Em 25 de Dezembro de 2004, a sonda Huygens desacoplou da Cassini, em direção da Titã, para recolher dados sobre a atmosfera da lua, e enviar fotos da superfície. Realizando assim, o pouso mais distante já feito por humanos.

Fotos da descida da Huygens

Sonda Huygens

Voyager 1

A sonda foi lançada em 5 de Setembro de 1977, para estudar Júpiter e Saturno, e depois iria ser lançada através de um estilingue gravitacional para fora do nosso sistema solar. Elas tinham como Objetivo realizar um Tour em nosso sistema solar.

Sonda Voyager 

Em sua passagem pelo sistema de Saturno a sonda coletou diversos dados e tirou fotos de ótima qualidade do planeta, e de suas luas. Depois de realizar a sua missão planetária a sonda iniciou a missão Voyager Interstellar, com o intuito de estudar a Heliosfera e a Heliopausa, ou seja, estudar a influência do vento solar do nosso Sol. 

Foto da superfície de Rhea, tirada pela Voyager 1

Ela também coletou dados da atmosfera de Saturno e sua maior lua, Titã. Sua passagem por Titã custou caro, pois impossibilitou que a sonda fosse depois para Urano e Netuno, devido a uma deflexão gravitacional, fazendo a Voyager sair do plano da eclíptica. Porém a passagem pela lua tinha um valor científico maior.

Camadas de Névoa sobre Titã

Futuras missões

Encélados

Encelados Life Finder é a proposta da NASA para uma missão com a intenção  de verificar a habitabilidade do oceano aquático interno dessa lua. A nave orbitaria Saturno e realizaria vários sobrevoos pelos gêiseres de Encelados para capturar amostras do conteúdo que é expelido. Seu lançamento está planejado para ser realizado em 31 de Dezembro de 2021. 

A Missão ELF irá procurar por bio-assinaturas e bio-moléculas a quilômetros de distância da superfície da lua, em seu polo sul. 

Titan

A NASA está desenvolvendo um submarino que um dia submergirá e explorará os grandes oceanos de hidrocarbonetos da lua Titan, em Saturno, mais precisamente o oceano Kraken Mare. O projeto ainda está na fase de concepção com uma missão que se iniciará no mínimo em 2038.

Apesar de ser uma lua, o satélite natural de Saturno, Titan é notavelmente parecida com um planeta. O mais notável é que existem similaridades interessantes com a Terra, tanto pelas nuvens como pela atmosfera densa.

No entanto, Titan tem oceanos de metano líquido ao invés de serem de água, tendo em vista que a temperatura por lá é muito fria para haver água em estado líquido [água há, mas ela é dura como uma rocha]. Isto seria bem desconfortável para a maioria da vida na Terra. Ainda, cientistas tem razões para acreditar que a vida poderia emergir, mesmo sob essas circunstâncias, desde que a fina atmosfera, que é rica em metano e outros compostos orgânicos - indicassem sinais de vida, baseada em nossas perspectivas, claro.

De acordo com a NASA, o metano teria sido destruído irreversivelmente pela luz solar depois de 10 milhões de anos. Na Terra, o metano é reposto pelo metabolismo de organismos vivos. O que repõe o metano em Titan e o mantém em abundância é um dos maiores mistérios que levam os cientistas a acreditar que pode haver organismos responsáveis por isso lá.

Para se chegar ao fundo desse mistério, a NASA está embarcando no que a rede BBC chama de "a mais revolucionária missão jamais tentada". Eles estão desenvolvendo um submarino que um dia desbravaria os formidáveis Kraken Mare, o maior oceano de Titan – um oceano de hidrocarbonetos maior do que o Mar Cáspio.

O SUBMARINO TITAN

Uma breve descrição feita pela NASA diz que o submarino será não tripulado: "O Submarino Titan, ou Titan Sub, será totalmente autônomo, totalmente capaz de explorar o que existe debaixo das águas desse mundo".

E também servirá para acompanhar a missão de superfície que a precede - Titan Mare Explorer - e investigará a fundo todo o espectro dos fenômenos oceanográficos.

Ao mesmo tempo que isso é excitante, levará um tempo antes do modelo conceito do Titan Sub se tornar realidade, o que dirá de seu lançamento até essa lua misteriosa. Simulações estimam que a data mais próxima para a chegada a Titan é 2038, quando o alinhamento entre a Terra, Saturno e Titan será favorável.

Titan Mare Explorer (TiME)

Esta seria a primeira exploração direta de um ambiente marinho fora da Terra.

A sonda deverá descer e flutuar sobre um mar de metano e etano presente no círculo polar norte da lua de Saturno, Titã.

A Agência Espacial Europeia também já considerou a possibilidade de enviar uma missão para explorar os prováveis oceanos de Titã, mas a proposta atualmente não está na linha de preparação da ESA para uma futura missão.

Sonda TiME no mar de metano de Titã

Cassini Grand Finale

Durante o Grand Finale, Cassini fará as observações mais próximas de Saturno, mapeando campos magnéticos e gravitacionais do planeta com precisão requintada e enviará imagens muito perto da atmosfera. Os cientistas também esperam obter novas descobertas sobre a estrutura interior de Saturno, O tempo exato do dia de Saturno, e a massa total dos anéis, que talvez ajude a datar a sua formação. A Cassini também analisará diretamente as partículas dos anéis principais e experimentará o alcance externo da atmosfera de Saturno

Edição: @difurlan1

Participações:

Tempestade Gigantesca - @jonathantorres19

Missões Enviadas e Futuras Missões  - @gabriel.silva90222