Tiras delgadas de material estirado, helado y brillante, a través de miles de kilómetros de los jets de hielo en el Polo Sur de Encelado, en el anillo E de Saturno. Esta imagen trasera, iluminada en la luz visible, fue tomada por la cámara de gran amgular de la nave espacial Cassini desde una distancia de 2.1 millones de kilómetros. Imagen: NASA / JPL / Space Science Institute.
Las inmersiones de la "nariz" de Cassini a través del anillo E de Saturno han dado precisas ideas acerca del toma y daca de las partículas de hielo entre Encelado y el anillo. Algunos de los jets de esta luna tienen éxito en el disparo de los granos de hielo hacia el anillo E, como para formar parte del mismo. Pero incluso los granos de hielo que alcanzan el anillo E tienden a ser recapturados por Encelado en unas pocas órbitas a medida que la luna se mueve alrededor de Saturno. Esto fue descubierto por los científicos de los Institutos Max Planck de Física Nuclear mediante un detector de polvo a bordo de la nave espacial Cassini de la NASA / ESA. Para obtener estos conocimientos, se compararon los datos del modelo con los datos medidos por la nave espacial.
El descubrimiento de Cassini de un penacho procedente de Encelado fue un hallazgo importante en la ciencia planetaria, no sólo es, esta pequeña luna, curiosamente cálida y activa, la columna de hielo de agua y las eyecciones de vapor forman el anillo E e influyen en el sistema entero de Saturno. El equipo de la Cassini ha innovado en la manera de observar la pluma y la captura de partículas, empujando la nave espacial más allá de sus propósitos originales. Y así han sido recompensados con nuevas pistas sobre esta inusual luna y sus repercusiones de gran alcance.
La táctica de la Cassini en los últimos pasos, de la parte superior a la parte inferior del anillo E, ha permitido las observaciones de la extensión vertical y de la estructura del anillo. Las mediciones del analizador de polvo de la Cassini, en particular, han facilitado obtener detalles sobre la forma inesperada en que al anillo se le suministra el material, incluida la producción de partículas y la energía puesta en marcha de los jets de los penachos individuales en Encelado, de acuerdo con Sascha Kempf, del Instituto Max Planck para Física Nuclear en Heidelberg. Kempf, es el autor principal de un artículo que informa de estos resultados en la revista científica Icarus. El trabajo se basa en nuevos modelos y simulaciones a partir de las mediciones del analizador de polvo del anillo E.
Los autores dicen que algunos jets de los penachos son más fuertes que otros, y las propiedades de los granos de hielo que producen pueden variar significativamente de chorro a chorro. La mayoría de las partículas lanzadas desde los aberturas son recogidas por Encelado en alrededor de dos órbitas. Las partículas que escapan a la captura rápida podrían permanecer en el anillo por un estimado de 50 a 400 años.
Cuando el instrumento voló casi verticalmente a través del anillo E, los científicos encontraron lo que esperaban, una suave distribución Gaussiana, una curva de campana, de partículas como las que se encuentran en el anillo gossamer de Júpiter, con las partículas que se juntan en el medio y se reducen gradualmente hacia los límites externos del anillo. Algunos picos inesperados en los datos fueron atribuidos a las fluctuaciones estadísticas normales en la distribución de las partículas.
En un examen más minucioso, sin embargo, se halló que los picos en el perfil vertical del anillo reflejan la salida de partículas individuales de los chorros de Encelado. Los científicos encontraron que la actividad de cada jet se refleja en la estructura vertical del anillo. Los picos revelan que algunas aberturas, o respiraderos, disparan más material que los demás.
Las eyecciones de cada abertura pueden ser identificadas aún lejos de Encelado, informó el equipo. Al rastrear las trayectorias de partículas de hielo de vuelta a sus fuentes, determinaron, por ejemplo, que el jet del surco Cairo lanza eficientemente granos de hielo en el anillo E, mientras que menos partículas del surco Bagdad llegan tan lejos. Las simulaciones muestran que las partículas más grandes, las de más de 0,7 micrones, sólo pueden escapar al anillo E, si sus velocidades iniciales exceden significativamente la velocidad de escape de la superficie de Encelado, de 207 metros por segundo.
El nuevo modelo también muestra esos granos de hielo de la parte de polvo helada del penacho de Encelado, pero no de toda la luna con hielo fresco, y señala la ubicación y extensión de los depósitos de material del penacho. Independientemente de su tamaño, las partículas del penacho caen como "nevada" alrededor de las aberturas en las rayas de tigre, en la región polar sur, a un ritmo de alrededor de 0,5 milímetros por año. En general, la precipitación de las partículas se limita a esta área, dijo Kempf. Las mediciones anteriores de la Cassini en visible e infrarrojo indican que el tamaño de las partículas de hielo de agua aumentó en las zonas tectónicamente alteradas más allá de las rayas de tigre. Pero el nuevo modelo de medición del analizador de polvo muestra que las partículas más grandes de agua helada en el suelo son las más cercanos a las rayas de tigre y disminuyen de tamaño más allá de esa región.
La distribución superficial de las partículas de diferentes tamaños puede deberse a una variedad de procesos que incluyen material eyectado por el penacho, los golpes en la superficie de hielo por micrometeoritos o la intemperie. Puede haber otros procesos que determinan el tamaño del grano en el terreno del polo sur. Pequeños granos de hielo podrían ser recristalizados o se compactan, posiblemente en respuesta al calentamiento local cerca de las rejillas de las aberturas.
Los científicos encontraron que el campo magnético de Saturno también juega un papel en determinar cuán lejos vuela una partícula de un penacho. Las líneas de campo magnético del planeta pasan rápidamente Encelado y pueden llevarse los pequeños granos de hielo que son más sensibles a la fuerzal electromagnética. Partículas más grandes, más masivas son más susceptibles a la gravedad y tienden a caer de nuevo en Encelado.
Las partículas más pequeñas arrebatadas por el campo magnético de Saturno pueden hacer una escapada más duradera de Encelado. Si estas partículas no son capturados en una colisión con Encelado, pasan a formar parte del grupo de iones de agua que dominan la magnetósfera de Saturno.
La investigación se dirige a un objetivo científico específico de la misión Cassini: descubrir las diversas interacciones entre la magnetosfera de Saturno, las lunas y los anillos. Futuras mediciones a realizarse durante los pases casi verticales a través del anillo pueden ayudar a determinar otras características de los jets, incluyendo las variaciones en su actividad, dijeron los científicos. Proponen que la variación en los colores de los jets, posiblemente detectables por las cámaras de radiación visible e infrarroja de la Cassini y los espectrómetros, podría ser la clave para revelar el tamaño de los granos de hielo en el jet.
Fuente:
Snowblower on Enceladus
La obra original:
S. Kempf, U. Beckmann, J. Schmidt,
How the Enceladus dust plume feeds Saturn’s E ring
Icarus 206, 446-457 (2010)
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