Saturno: O Senhor dos Anéis

Prof. Renato Las Casas (24/09/04)

Saturno é o sexto planeta a partir do Sol. É conhecido desde os tempos antigos.Destaca-se no céu por sua beleza e pelos anéis característicos. Galileu foi o primeiro astrônomo a contemplar o planeta através de um telescópio em 1610. O astrônomo alemão Christian Huygens em 1659 anunciou a descoberta dos anéis em torno de Saturno e em 1675 o franco-italiano Jean Dominique Cassini descobriu a separação mais marcante entre os anéis.
Saturno é também o segundo maior planeta do sistema solar, perdendo somente para Júpiter em tamanho. Faz parte dos chamados gigantes gasosos (Júpiter, Urano e Netuno) e é o de menor densidade do sistema. Se fosse possível colocá-lo em uma banheira com água veríamos o planeta flutuar, pois sua densidade é inferior à da água.
A massa do planeta é constituída basicamente por moléculas de hidrogênio (75%) e hélio (25%) com traços de metano, amônia, água e poeira (“pedras”) provenientes da nuvem primordial que formou o sistema solar. Em seu interior, onde a pressão é suficientemente alta, as moléculas de hidrogênio são convertidas em hidrogênio metálico na forma líquida. Saturno deve ter um núcleo rochoso que representa 20% de seu interior.
Observado da Terra, Saturno apresenta seu sistema de anéis em diferentes orientações, representando posições relativas nas órbitas. Os anéis são tão finos que em ocasiões especiais quase desaparecem da visão quando vistos de frente.

A seguir, uma tabela com dados físicos do planeta:

Na passagem das sondas Pioneer 11 (1979), Voyager 1 (1980) e Voyager 2 (1981) foram registrados dados que levaram à descoberta da presença de um campo magnético singular no planeta. A inclinação do eixo de rotação se aproxima a da Terra (23°) tendo o eixo magnético a mesma inclinação do eixo de rotação, enquanto na Terra a diferença é de 12°. O campo magnético no equador do planeta é cerca de 70% o da Terra na mesma posição. Sua magnetosfera se estende até 20 vezes seu raio. O campo magnético registrado é creditado à rápida rotação do interior e à condutividade do hidrogênio líquido.

As missões a Saturno renderam descobertas notáveis acerca do planeta. Desde a estrutura singular de seus anéis e componentes como o imageamento espetacular de seus satélites mais brilhantes. A figura ao lado é uma montagem de diversas imagens do planeta e essas luas, tomadas nas ocasiões de aproximação. Dione está de frente, Thetys e a seguir Mimas a direita, Encelatus e Rhea à esquerda e Titan ao topo a direita.

Saturno é bem achatado (oblato) mais até que seus similares gasosos, os diâmetros polar e equatorial variam em cerca de 10%, de 108,728 km a 120,536 km respectivamente. Isto é o resultado da velocidade de rotação e de seu estado fluido.
O planeta também apresenta camadas como Júpiter, porém não tão destacadas, sendo mais largas no equador. O sistema é similar ao parente próximo em estrutura e composição registrando entretanto, eventos peculiares como tempestades notáveis, como a observada pelo Hubble em 1994, mostrada na figura ao lado.

A imagem tomada pela Voyager 1 durante sua passagem pelo planeta a uma distância de 5 milhões de quilômetros, oferece uma visão única, impossível de ser obtida diretamente da Terra pois, devido a nossa proximidade do Sol vemos apenas a face iluminada de Saturno.

A estrutura de seu sistema de anéis começou a ser desvendada a partir das sondas que o visitaram. Parece ser formado de pequenos corpos em órbitas independentes, cuja dimensão característica varia de cerca de um centímetro a cerca de alguns metros, estando presentes também, aqueles com poucos quilômetros de tamanho. Podem ser constituídos de “gelo” com compostos “rochosos” agregados e outros. Estendem-se por mais de 250,000 km em diâmetro e tem a espessura estimada de cerca de 1 km. Não há modelo conclusivo para a origem dos anéis dos planetas gasosos. A imagem a esquerda foi feita pela Voyager 2 durante sua visita ao planeta.

Em abril de 2003 o telescópio espacial Chandra realizou observações em raios-X de Saturno e obteve através dessas “radiografias” resultados surpreendentes. Foi detectada radiação X de cerca de 90 megawatts de potência concentrada na região próxima do seu equador. Bastante diferente de Júpiter onde a radiação mais intensa está associada ao forte campo magnético presente nos pólos. Há uma indicação que essa radiação tem origem na reflexão dos raios-X solares na atmosfera do planeta. A imagem à direita representa a composição de cerca de 20 horas de observação da radiação X emanada,tomadas em filtros de intensidade. Uma máscara revela o contorno de Saturno. Os “borrões” fora dos anéis são ruídos instrumentais.
Saturno irradia 2.5 vezes mais energia que aquela que recebe do Sol. Uma interpretação para este fato é que somente 1/3 do calor do planeta se deve a energia resultante de seu processo de formação e da contração gravitacional. O restante deve ser originado pela energia gravitacional dispendida pelo “afundamento” dos átomos de Hélio através do Hidrogênio líquido de seu interior. A condensação do Hélio ocorre devido à baixa temperatura aí presente.

Dos satélites de Saturno destaca-se o maior deles, Titan, alvo da missão Cassini-Huygens. Acredita-se que Titan apresenta características similares às da Terra em seu passado distante. Tal crença é evidenciada pela presença de traços de monóxido de carbono descobertos em observações realizadas em 1983 no telescópio de 4.0m de Kitt Peack. O satélite é maior que Mercúrio e possui uma atmosfera coberta por camadas de “bruma”. Resultados das sondas Voyager indicaram existência de nitrogênio (N2) e metano (CH4) em pequena quantidade (~1%). A temperatura de sua atmosfera também foi medida através de observações destas sondas, indicando um valor médio de -180°C. As nuvens de sua atmosfera são opacas e se compõem basicamente de nitrogênio e metano líquidos registrados na baixa temperatura observada. A opacidade citada se deve à ação da radiação solar sobre os elementos de sua atmosfera, o que lhe dá a aparência de estar envolta em um nevoeiro e apresentar uma coloração alaranjada. Abaixo, a imagem de Titan obtida pela passagem da Cassini-Huygens, em agosto desse ano.

As superfícies dos outros satélites de Saturno são tão frias que o gelo pode atuar como um corpo rígido a ponto de reter crateras de impacto. As densidades médias destes corpos estão entre 1.0 e 1.5 g/cm³, o que indica que se constituem provavelmente de gelo de água com material rochoso incluído. È interessante notar que, ao contrário do que se espera, a densidade não decresce com a distância do planeta, como acontece com as densidades dos planetas, em relação às distâncias ao Sol, e com as densidades dos satélites de Júpiter, em relação às distâncias ao planeta.
A seguir uma tabela com dados dos principais satélites de Saturno: