A formação de Atlas, uma das pequenas luas interiores de Saturno. A sua forma achatada, em forma de ravioli, é o resultado de uma colisão e fusão entre dois corpos de tamanho idêntico. A imagem é uma instantâneo da colisão, antes da reorientação da lua, devido às marés, ficar completa.
Crédito: A. Verdier
As pequenas luas interiores de Saturno parecem-se com ravioli e com "spaetzle" (massa alemã) gigantes. A sua forma espetacular foi revelada pela sonda Cassini. Pela primeira vez, investigadores da Universidade de Berna mostram como essas luas foram formadas. As formas peculiares são um resultado natural das colisões e fusões entre pequenas luas de tamanho semelhante, como demonstram simulações em computador.
Quando Martin Rubin, astrofísico da Universidade de Berna, viu as imagens das luas de Saturno, Pã e Atlas, na internet, ficou intrigado. As imagens obtidas pela sonda Cassini em abril de 2017 mostravam objetos que a NASA descreveu no seu comunicado de imprensa como "discos voadores" com diâmetros de aproximadamente 30 km. Com os seus grandes cumes e centros bulbosos, Pã e Atlas também se assemelham com raviolis gigantes. Martin Rubin queria saber como é que estes objetos peculiares se formaram e perguntou ao colega Martin Jutzi se poderiam ser o resultado de colisões, semelhantes àquela que formou o cometa Chury, como Jutzi havia demonstrado anteriormente com simulações em computador.
Martin Jutzi e Adrien Leleu, ambos membros do NCCR PlanetS, aceitaram o desafio de calcular o processo de formação das pequenas luas interiores de Saturno. Os primeiros testes simples funcionaram bem. "Mas depois levamos em consideração as forças de maré e os problemas acumularam-se," recorda Adrien Leleu. "As condições perto de Saturno são muito especiais," confirma Martin Jutzi. Dado que Saturno tem 95 vezes mais massa do que a Terra e as luas interiores orbitam o planeta a uma distância menos de metade da distância Terra-Lua, as marés são enormes e separam quase tudo. Portanto, as luas interiores de Saturno não poderiam ter-se formado com estas formas peculiares através da acreção gradual de material em torno de um único núcleo. Um modelo alternativo chamado regime piramidal sugere que estas luas foram formadas por uma série de fusões de pequenas luas de tamanho similar.
Tendo resolvido os seus problemas iniciais, os investigadores puderam verificar o regime piramidal, mas ainda mais: mostraram que as colisões das pequenas luas resultaram, exatamente, nas formas fotografadas pela Cassini. Fusões de frente (ou quase de frente) levaram a objetos achatados com grandes cristas equatoriais, como observado em Atlas e Pã. Com ângulos de impacto um pouco mais oblíquos, as colisões resultaram em formas mais alongadas parecidas com massa da Alemanha ("spaetzle"), como na lua Prometeu, de 90 km de comprimento, fotografada pela Cassini.
Colisões frontais têm uma alta probabilidade
Com base na órbita atual das luas e no seu ambiente orbital, os cientistas foram capazes de estimar que as velocidades de impacto foram da ordem das dezenas de metros por segundo. Simulando colisões nesta gama para vários ângulos de impacto, obtiveram várias formas estáveis parecidas com raviolis e com "spaetzle", mas apenas para ângulos de impacto baixos. "Se o ângulo de impacto for maior do que dez graus, as formas resultantes já não são estáveis," comenta Adrien Leleu. Qualquer objeto em forma de "patinho de borracha", como o Cometa Chury, desmoronaria por causa das marés de Saturno. "É por isso que as pequenas luas de Saturno parecem muito diferentes dos cometas que geralmente têm formas bilobadas," explica Martin Jutzi.
Curiosamente, as colisões frontais não são tão raras quanto se poderia achar. Pensa-se que as pequenas luas interiores tenham origem nos anéis de Saturno, um disco fino localizado no plano equatorial do planeta. Como Saturno não é uma esfera perfeita, mas sim oblata, torna difícil que qualquer objeto deixe esse plano estreito. Assim, colisões quase de frente são frequentes e o ângulo de impacto tende a diminuir ainda mais em encontros subsequentes. "Uma fração significativa de tais colisões ocorre no primeiro encontro ou após um ou dois eventos 'toca-e-foge'," concluem os autores no seu artigo publicado na revista Nature Astronomy. "A este respeito, Saturno é um local quase perfeito para estudar estes processos," realça Martin Rubin.
Embora os investigadores se tivessem concentrado principalmente nas pequenas luas interiores de Saturno, também descobriram uma possível explicação para um mistério de longa data a respeito da terceira maior lua de Saturno, Jápeto. Porque é que Jápeto tem uma forma oblata e uma crista equatorial distinta? "Os nossos resultados de modelagem sugerem que essas características podem ser o resultado de uma fusão entre luas de tamanho idêntico que ocorrem a um ângulo próximo do frontal, semelhante às luas mais pequenas," resumem os investigadores.
A linha no topo mostra 3 pequenas luas de Saturno, fotografadas pela sonda Cassini. Em baixo estão os resultados dos modelos. As simulações não só reproduzem as formas, como também explicam porque é que as cristas de Pã e Atlas são tão diferentes do restos dos seus corpos: são feitas de material mais macio que foi comprimido durante o processo de fusão. Fissuras no corpo principal podem ser o resultado de stresses provocado pela deformação dos objetos em fusão. O modelo da lua Prometeu mostra as mesmas pontas em ambas as extremidades, tal como visto nas imagens da Cassini.
Crédito: NASA/JPL-Caltech/SSI/Universidade de Berna
A imagem de cima mostra a grande lua de Saturno, Jápeto, como observado pela Cassini. Tem uma forma esferoidal oblata e uma crista equatorial. Em baixo: o resultado da simulação da colisão frontal e fusão de dois corpos do mesmo tamanho com metade da massa de Jápeto.
Crédito: NASA/JPL/SSI/Universidade de Berna
FONTE: ASTRONOMIA ONLINE
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