martes, 5 de abril de 2016

¿Tuvo la luna Japeto un anillo como el de Saturno?


Comencemos por tratar de comprender la geología de Japeto. Esta luna es muy extraña en muchos sentidos. Tiene una superficie en la que uno de los hemisferios es más oscuro que el otro. Es inesperadamente achatado y parece tener un número excesivo de cuencas de impacto. Además, posee una cadena montañosa, de hasta 20 kilómetros de alto, que se extiende más de tres cuartas partes de su circunferencia exactamente a lo largo del ecuador. La sonda Cassini reveló la existencia de esta cordillera a finales de 2004.

En la imagen superior podemos ver una fotografía del primer encuentro de Cassini con Japeto el 31 de diciembre de 2004, justo antes de que se produjera el descenso de la Huygens. La imagen es un mosaico obtenida en color natural y tomada aproximadamente a 173.000 kilómetros de la Luna. Japeto posee 1.470 kilómetros de diámetro y es la tercera luna más grande de Saturno tras Titán y Rhea.

Sin embargo, Cassini ha obtenido mejores imágenes de la cresta de Japeto. En la imagen inferior se puede ver esta cordillera ecuatorial maltratada por multitud de impactos.


En el siguiente vídeo del sobrevuelo del 10 de septiembre de 2007, se puede ver una animación de la cresta ecuatorial. Al final de la animación, los flancos de las montañas blancas Voyager comienzan a aparecer.


Antes de explicar el origen de esta cresta, vamos a repasar las características de Japeto:


-Japeto es una luna ecuatorialmente aplanada. Es uno 70 kilómetros más corta de polo a polo, que ancha a través del ecuador, lo que equivale a un aplanamiento del 4,5%. La Tierra, en comparación, está aplanada un 0,3%. Esta cantidad de aplanamiento tendría sentido si Japeto rotara sobre sí mismo cada 16,5 horas, pero sus días tienen una duración de 79 días terrestres.
-Su cresta ecuatorial alcanza los 20 kilómetros de altura y 200 kilómetros de ancho, y se extiende por más del 75% del ecuador de Japeto. Contiene el 0,1% de toda la masa de la luna. Toda la corteza oceánica terrestre posee el 0,1% de la masa de nuestro planeta.
-La cresta es perfectamente recta y se asienta exactamente sobre el ecuador.
-Está salpicada de cráteres lo que delata su longevidad.
-Japeto no posee otras características geomorfológicas principales distintas de la cresta y un montón de cráteres.

La isostasia es la condición de equilibrio que presenta la superficie terrestre debido a la diferencia de densidad de sus partes.

Esta última característica es muy importante. Tiene que ver con el concepto de la isostasia. Los planetas y las lunas del Sistema Solar poseen sólidas cortezas exteriores, que parecen firmes e inflexibles. Sin embargo, los mundos sólidos se flexionan y se doblan continuamente. En la Tierra es muy común ver aparecer montañas de repente (en términos de tiempo geológico). Las montañas son pesadas y su peso ejerce una fuerza muy fuerte en la roca situada por debajo de ellas. Por lo tanto, siempre que hay grandes montañas creadas de repente, como los volcanes, por lo general hay una zona donde la corteza está deprimida por el peso de la montaña. En nuestro planeta, estos fosos son rápidamente ocupados por sedimentos por lo que no aparecen en los levantamientos topográficos, pero  son muy fáciles de ver en las encuestas de gravedad.

En el caso de Japeto es muy sorprendente que una cordillera tan grande, tan alta y tan estrecha, no posea un canal de flexión. Esto significa que la cresta se formó en un momento en el que Japeto era tan frío y rígido que la corteza de la luna fue lo suficientemente fuerte como para soportar el peso de la cresta. Según han calculado los científicos la cresta se habría formado tras haberse disipado todo el calor primordial de Japeto, es decir, unos mil millones de años después de que la luna se formara. Es decir, la cresta se formó relativamente tarde en la historia de Japeto.

Por lo tanto, cualquier explicación sobre el origen y la formación de la cresta debe aclarar lo siguiente:
-formación tardía.
-se encuentra exactamente sobre el ecuador.
-sólo se encuentra en el ecuador, no hay más crestas en Japeto.
-sólo se encuentra esta cresta en la luna Japeto.

Para explicar la formación de Japeto se han tenido en cuenta los mecanismos de formación de las otras lunas del Sistema Solar, todas las cuales están compuestas de los mismos materiales bajo las mismas leyes físicas.

Algunas teorías sugieren que la cresta tiene su origen en un remanente de la forma esferoide que Japeto tenía en sus comienzos, cuando rotaba más rápido que en la actualidad. Considerando la altura de las montañas, este período tendría que haber sido menor que 17 horas. Pero esta teoría no explica que la cresta se encuentre sólo en el ecuador. En otras lunas como Europa y Ganímedes se han observado crestas en otros lugares y no sólo en el ecuador. También se cree que estas formaciones existen en Plutón y Caronte.

Por ello, la teoría más aceptada en la actualidad es que la cresta de Japeto tenga su origen en un anillo de escombros que se precipitó sobre la luna. Si este es el origen de la cordillera, ¿por qué no vemos una formación similar en otras lunas del Sistema Solar?

Esta teoría sugiere que mientras Japeto se formaba muy lejos de Saturno, capturó un satélite de 100 kilómetros de diámetro, o bien, sufrió un impacto gigante cuyos escombros formaron al fundirse un satélite de ese tamaño. Este proceso pudo producirse debido a la gran distancia que lo separaba del planeta.

Inicialmente la luna de Japeto habría tenido una órbita muy elíptica en las que las fuerzas de marea fueron relevantes. A continuación, esta órbita evolucionaría de tal forma que la luna se acercaría mucho y se alejaría otro tanto de Japeto. Durante todo este tiempo Saturno estuvo ejerciendo sus propias fuerzas de marea sobre Japeto, provocando que la luna frenara su rápida rotación inicial, lo que también conllevaría al frenado del pequeño satélite. Esto finalmente provocaría, que el pequeño satélite se acercara más a Japeto hasta rebasar el límite de Roche. Una vez superada esta barrera, el pequeño satélite se desgarraría hasta formar un anillo grueso de escombros. Los choques que se producirían entre estos escombros los harían más pequeños y también aplanarían el anillo hasta que se formara alrededor de Japeto un anillo similar al de Saturno. Con el tiempo, estos escombros fueron golpeando la luna a velocidades muy bajas. Esto explicaría por qué la cresta sólo se encuentra en el ecuador de Japeto pero no responde a la pregunta de por qué no hay más crestas similares en otras lunas.

En la siguiente imagen se puede ver una impresión artística de un proceso similar en Rhea.


La mayoría de las lunas no podrían capturar o mantener un satélite porque están demasiado cerca de sus planetas gigantes y no poseen una zona de influencia lo suficientemente grande. Pero Japeto, al estar separado de Saturno una distancia relativamente grande, tiene una zona de influencia gravitatoria mayor que cualquier otra luna exterior del Sistema Solar.

Oberón
Con esta teoría, parecería razonable que Calisto, Titán, Oberón y potencialmente Ganímedes y Titania pudieran haber capturado satélites que posteriormente habrían dado lugar a la formación de crestas. ¿Por qué estas lunas no presentan crestas? La respuesta tiene que ver con el tiempo. Los modelos elaborados sugieren que en estas lunas se podrían haber formado crestas. Las crestas se crean por el frenado de las lunas y éste es más rápido cuanto más cerca esté la luna del planeta. De hecho, las crestas de estas lunas, exceptuando en dos, se habrían formado en unos pocos cientos de millones de años tras la formación del Sistema Solar, por lo que todo resto de su creación ya se habría erosionado con el tiempo.
Las dos únicas lunas que aún podrían mostrar los restos de estas crestas serían Japeto y Oberón. En Japeto ya se ha observado claramente, pero Oberón es aún una luna poco estudiada por lo que habrá que esperar para poder detectar esta posible cresta y verificar así, estos modelos teóricos.


Más información en el enlace.

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