Por qué las lunas de Saturno son tan difíciles de encontrar y qué revelan sobre la historia del sistema solar
| Miércoles 05 julio, 2023
Stephen Dowling
BBC Future
Desde que la humanidad comenzó a mirar hacia el cielo, nuestra luna nos ha devuelto la mirada desde su órbita a una distancia relativamente corta de nuestro planeta. Es el satélite natural más visible de nuestro sistema solar, pero no es el único.
Averiguar cuántos son, sin embargo, es un reto constante.
En mayo de este año, los astrónomos anunciaron que habían encontrado 62 nuevas lunas orbitando alrededor de Saturno, uno de los gigantes gaseosos del sistema solar.
Con eso, llegó a 145 el número de lunas confirmadas en torno a este leviatán situado a unos 1.300 millones de kilómetros del Sol.
Eso también coronó a Saturno como el planeta con más lunas en órbita, arrebatándoselo a su gigantesco vecino Júpiter en lo que algunos han bautizado como la "carrera lunar".
El número de lunas de Saturno sigue creciendo con otro nuevo descubrimiento añadido a la lista por el mismo equipo tan sólo unas semanas después.
Las nuevas lunas fueron localizadas por un equipo dirigido por Edward Ashton, investigador posdoctoral del Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica de Taiwán.
El descubrimiento tomó más de dos años utilizando un telescopio situado en la cima de Mauna Kea, un volcán en Hawái.
Los astrónomos llevan más de tres siglos y medio observando Saturno y sus satélites. La humanidad incluso ha enviado cuatro naves espaciales a Saturno, y aun así estas lunas habían escapado al descubrimiento.
¿Cómo es que tantas lunas de Saturno permanecen ocultas a la vista? ¿Por qué es tan difícil encontrar lunas lejanas? ¿Y cuántas más podrían estar esperando ahí fuera, en la oscuridad del espacio?
Difíciles de detectar
La última vez que se contaron había nada menos que 290 lunas "tradicionales" en nuestro sistema solar.
Ahora bien, simplemente observar una luna no significa que ya sea oficialmente una luna. Algunos de los nuevos satélites ya se habían visto antes, pero hay un largo proceso que tiene que ocurrir antes de que la Unión Astronómica Internacional los denomine oficialmente lunas. Se trata de varios años de observaciones constantes.
Duarente siglos, muchos de nuestros vecinos celestes estaban demasiado lejos como para que pudiéramos distinguirlos.
En 1655, el astrónomo holandés Christiaan Huygens descubrió la mayor de las lunas de Saturno, Titán, más grande que el planeta Mercurio. Jean-Dominique Cassini tardó 16 años más en descubrir Jápeto y, más tarde, Rea, Dione y finalmente Tetis en 1684. No fue sino hasta 1789 cuando el astrónomo alemán William Herschel identificó Mimas y la luna helada Encélado.
Otras lunas de Saturno evadieron la observación humana por mucho más tiempo. Hiperión, que tiene forma de papa, fue descubierta en 1848. La siguió unos 50 años más tarde Febe, que se desplaza alrededor de Saturno en dirección opuesta a la mayoría de las lunas.
Con la llegada de la era espacial y los telescopios modernos, la lista de lunas de Saturno empezó a crecer considerablemente. Naves espaciales como las sondas Voyager y Cassini consiguieron ampliar los descubrimientos observando el complejo sistema de Saturno de cerca.
Aun así, la gran mayoría de las lunas de Saturno se descubrieron hace relativamente poco, desde el año 2000.
Una de las razones es que los satélites descubiertos en la etapa temprana de la astronomía seguían ciertos patrones: eran relativamente grandes y seguían órbitas predecibles, lo que los astrónomos denominan órbitas regulares.
"Todos los planetas gigantes tienen lunas regulares", dice Brett Gladman, astrónomo canadiense de la Universidad de British Columbia y uno de los colegas de Ashton que participó en los recientes descubrimientos alrededor de Saturno.
"Y sus lunas orbitan en el plano ecuatorial del planeta, al igual que los anillos del planeta. Se cree que se formaron en órbita (un disco aplanado de gas y polvo que se formó alrededor de los planetas gigantes) del mismo modo que nuestros planetas se formaron en órbita alrededor del sol".
Según Gladman, la idea aceptada era que, si las lunas se formaban a partir de los planetas cercanos, permanecerían muy cercanas y orbitarían alrededor de sus planos ecuatoriales, de forma parecida a como lo hacen los anillos planetarios.
Pero resulta que algunas lunas no siguen estas reglas.
Los planetas también tienen satélites irregulares cuyas órbitas no siguen una trayectoria predecible alrededor del plano ecuatorial de su planeta anfitrión. Sus órbitas son más elípticas e inclinadas, se alejan más del planeta y a menudo siguen una dirección distinta a la del planeta alrededor del sol. Además, muchos son mucho más pequeños.
La revolución digital
Durante décadas, los detectives de lunas tuvieron que utilizar placas fotográficas para tratar de encontrar evidencia de las lunas del sistema solar. Cuanto más pequeñas eran y cuanto más irregular era su órbita, más difícil resultaba observarlas.
Pero en las décadas de 1990 y 2000, la fotografía digital de repente cambió la manera en que personas como Gladman podían localizarlas. Los sensores CCD de las cámaras digitales eran mucho más sensibles a la luz que las placas fotográficas, lo que permitía detectar objetos mucho más tenues.
Sin embargo, surgió un nuevo problema. Los sensores CCD eran pequeños, por lo que el campo de visión que podían captar era muy limitado.
"Los planetas gigantes son bastante grandes. La región a su alrededor —en la que se podría orbitar alrededor de los planetas en lugar de orbitar alrededor del sol— es bastante grande", afirma Gladman.
"En 1997, descubrí dos lunas cerca de Urano utilizando una cámara y fue difícil, pero funcionó", dice Gladman. Añade que la distancia relativa del planeta a la Tierra suponía un campo de visión relativamente limitado para buscar.
Después llegó otro gran avance: Las cámaras CCD de mosaico, que agrupan varios sensores CCD en una red. "Así se consigue un campo de visión mucho más amplio", explica Gladman. "Cuando esto ocurrió, se produjo una explosión (de descubrimientos) a finales de los 90 y principios de los 2000".
En el 2000, el propio Gladman tuvo un día de campo utilizando esta nueva técnica. "Fueron 12 las que descubrí en 2000 con un par de telescopios", afirma. "Las cámaras de mosaico multi-CCD de gran formato empezaron a estar disponibles en telescopios de gran apertura. Y así se podía capturar suficiente cielo como para que encontrarlas no fuera pescar en la oscuridad".
Detectar lunas es un trabajo minucioso. "Antiguamente, tomábamos una imagen y, una hora más tarde, otra imagen y, una hora más tarde, otra imagen", explica Gladman. Esas tres imágenes ayudaban a saber si un objeto —quizás una luna— se estaba desplazando en una dirección definida.
"Antes, cuando las cámaras CCD no eran muy grandes, lo hacía todo a ojo. Pero ahora que los conjuntos de datos son enormes, eso no es factible de hacer. Tenemos programas informáticos que toman el fotograma, encuentran todos los objetos, eliminan todo lo que no se mueve y buscan lo que se mueve".
Las lunas que quedan por encontrar son pequeñas y sólo reflejan una ínfima cantidad de luz, lo que ha obligado a los científicos a usar nuevas aproximaciones.
Para el descubrimiento de mayo se utilizó una técnica denominada "shift stack" (pila de desplazamientos), que es similar al modo de exposición múltiple en una cámara fotográfica.
Lo que las nuevas lunas pueden revelar
Los astrónomos creen que la búsqueda de lunas es un campo en el que vale la pena seguir avanzando. Y es que los recientes descubrimientos —esos tenues trozos de roca que apenas reflejan luz— dan algunas pistas seductoras sobre el pasado del sistema solar.
Mike Alexandersen, investigador posdoctoral del Centro de Planetas Menores que también participó en el descubrimiento de las nuevas lunas de Saturno, afirma que estos hallazgos ayudarán a comprender mejor cómo se formaron estas lunas.
"Se cree que la razón por la que están agrupadas y tienen órbitas similares es que antes eran un solo objeto que sufrió una colisión. Y después, a lo largo de miles de millones de años, los fragmentos siguieron chocando entre sí.”
Gladman lo denomina "cascada colisional": una serie de colisiones que dan lugar a lunetas cada vez más pequeñas.
Él y sus colegas sugirieron recientemente que una colisión relativamente reciente, en los últimos cientos de millones de años, podría haber creado algunas de las lunas irregulares más pequeñas de Saturno.
Alexandersen ha llevado a cabo mucha investigación sobre el Cinturón de Kuiper: una vasta aglomeración de restos helados 20 veces más grande que el cinturón de asteroides del sistema solar.
Él dice que el mapeo de unos 4.000 objetos del Cinturón de Kuiper ha sugerido algunas teorías sobre la formación de los planetas y por qué hay tantas lunas pequeñas dispersas por el Sistema Solar.
Un antiguo cataclismo pudo haber hecho girar estos pequeños satélites hacia la oscuridad, hasta un punto en el que la atracción gravitacional de los gigantes gaseosos (Júpiter y Saturno) era mayor que la del sol, aunque Alexandersen señala que el Sol sigue ejerciendo una influencia incluso a estas enormes distancias.
Las lunas que estos detectives astronómicos persiguen están en los límites de lo que la tecnología actual puede capturar: satélites que miden al menos un kilómetro de diámetro.
La inteligencia artificial puede significar el siguiente salto hacia adelante. “Es posible que podamos usar técnicas de aprendizaje automático de la inteligencia artificial para darle los conjuntos de datos a un computador y decirle que encuentre las lunas”, explica Gladman.
"Aún estamos trabajando en ello... es todo un reto. Pero, sólo en los últimos años, la gente ha comenzado a hacer verdaderos progresos."
En cualquier caso, los descubrimientos no dan señales de detenerse.
Pocas semanas después del anuncio de los 62 nuevos descubrimientos, los científicos tuvieron otra sorpresa: tenían una luna más que añadir a la lista.
"Se anunció una luna más que no apareció en el comunicado de prensa, porque no logramos que la órbita ajustara correctamente", dijo Alexandersen a la BBC. "Pero lo arreglamos. Así que no son 62, sino 63". Esto eleva el total de lunas de Saturno a 146.
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