Sistema Saturno em 101 Questões: As luas.

Sistema Saturno: dos Mitos à Missão Cassini-Huygens

Fonte original: este material foi traduzido e atualizado do Projeto NASA, escrito durante a ida da Cassini ao Sistema Saturno: Saturn Educator Guide. Embarque você também nessa incrível e surpreendente Missão Sistema Saturno!

• Mitologias Astronômicas: Saturno.
• Universo em Escala: O Sistema Saturno.
• Universo em Escala: Visitando as luas de Saturno.
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• Sistema Saturno em 101 Questões: A Missão Cassini-Huygens.
• Sistema Saturno em 101 Questões: A Nave Cassini e a Sonda Huygens.
• Sistema Saturno em 101 Questões: Cassini, do lançamento às descobertas!
• O que a Missão Cassini nos ensinou?
• Quem trabalhou na Missão Cassini-Huygens?
• Fazendo Arte com a Ciência da Missão Cassini.

35. Quantas luas Saturno tem?

Saturno possui 82 luas (abril de 2020): 53 luas confirmadas e nomeadas e outras 29 luas aguardando confirmação e sua nomeação oficial. 

Algumas das luas de Saturno estão listadas na tabela abaixo, juntamente com suas distâncias do centro de Saturno, períodos orbitais (tempo para dar uma volta em torno de Saturno), tamanhos e características notáveis. As menores luas (Pan, Atlas, Prometeu, Pandora, Epimeteu, Janus, Telesto, Calipso, Helene, Hiperião, Febe) têm formas irregulares. Para essas luas, um “raio” médio foi calculado pela média das medições de seus tamanhos em três dimensões. As luas maiores (Titã, Reia, Jápeto, Dione, Tétis, Encélado, Mimas) estão muito próximas de serem esferas.

Assim como a Lua da Terra, a maioria das luas de Saturno giram no mesmo ritmo que giram em torno de Saturno, e assim mantêm a mesma face em direção a Saturno.

Isso também significa que as luas sempre têm uma face contrária à direção de seu movimento em torno de Saturno, e uma face que fica de frente à sua direção de movimento. Estes são chamados de hemisférios líder (leading) e posterior (trailing).

• Hemisfério líder: hemisfério que está virado para trás, longe da direção do movimento de um satélite que mantém a mesma face em direção ao planeta.
• Hemisfério posterior: virado para a frente, na direção do movimento de um satélite que mantém a mesma face em direção ao planeta.

Luas de Saturno

Nome	Distância ao Centro de Saturno (×1.000km)	Período de órbita em torno de Saturno (h)	Raio médio (km)	Características ou comportamentos especiais
Pan	133.6	13.85	10	Orbita a Lacuna Encke, limpando-a de partículas.
Atlas	137.6	14.42	16	Mantém a borda externa do anel A bem definida.
Prometeus	139.4	14.71	53	Lua pastora; ajuda a manter o anel F estreito.
Pandora	141.7	15.07	43	Lua pastora; ajuda a manter o anel F estreito.
Epimeteus	151.4	16.68*	60	Irregular; pode ter sido companheira de Janus.
Janus	151.5	16.68*	90	Irregular; troca sua órbita com Epimeteus.
Mimas	185.5	22.61	199	Tem uma cratera gigante, Herschel; Parece a estação de batalha “Estrela da Morte” do cinema.
Encélado	238.0	32.88	249	Gelada, brilhante; tem gêiseres de gelo que alimentam o anel E.
Tétis	294.7	45.31	530	Tem uma grande trincheira, Ithaca Chasma; e uma grande cratera, Odisseu.
Telesto	294.7	45.31	12	Co-orbital com Tétis, 60º atrás.
Calipso	294.7	45.31	10	Co-orbital com Tétis, 60º à frente.
Dione	377.4	65.69	560	Face condutora craterada; hemisfério posterior com traços estreitos.
Helene	377.4	65.69	18	Co-orbital com Dione, 60º à frente.
Reia	527.0	108.42	764	Maior satélite gelado; densamente craterado.
Titã	1,221.9	382.69	2,575	Maior lua de Saturno; segunda maior lua do Sistema Solar; única lua com uma atmosfera densa.
Hiperião	1,481.1	510.64	144	Superfície irregular e escura; órbita de queda caótica.
Jápeto	3,561.3	1,903.92	718	Hemisfério condutor muito mais escuro; hemisfério posterior mais claro.
Febe	12,952	13,211	110	Órbita retrógrada; pode ser um asteroide capturado.

Lua da Terra

Lua

384.5

665.73

1,738

Rochosa, craterada, montanhosa; áreas proeminentes planas e escuras chamadas maria na face de frente à Terra (provavelmente fluxos de lava após enormes eventos de crateras antigas).

* Os períodos orbitais de Epimeteus e Janus são ligeiramente diferentes, mas arredondam para o mesmo valor.

36. Quem descobriu todas essas luas?

Em 1655, Christiaan Huygens, um astrônomo holandês, observou Saturno através de um telescópio e descobriu a maior lua de Saturno, Titã, embora não fosse nomeada por mais 200 anos. O diâmetro de Titã é de cerca de 5.150 km, ou 1,5 vezes maior que o diâmetro da Lua da Terra — 3.500 km. Titã é a segunda maior lua do Sistema Solar — a Ganimedes de Júpiter é a maior.

Titã e Ganimedes são maiores que o planeta Mercúrio e o planeta anão Plutão. Titã e Ganimedes são definidas como luas porque orbitam planetas, enquanto Mercúrio e Plutão são definidos como planeta e planeta anão porque orbitam o Sol.

Mais tarde, na década de 1600, o astrônomo ítalo-francês Geovanni (Jean)-Dominique Cassini descobriu mais quatro luas de Saturno: Jápeto (1671), Reia (1672) e Tétis e Dione (1684). Não surpreendentemente, essas luas são as próximas luas maiores de Saturno, com diâmetros que variam de 1.400 km para Tétis a 1.500 km para Reia. Cassini observou que quando Jápeto estava de um lado de Saturno, ele poderia ser facilmente visto; no entanto, quando estava do outro lado de sua órbita, era invisível. Ele deduziu corretamente que Jápeto estava mantendo o mesmo lado sempre em direção a Saturno, e que um lado da lua (seu hemisfério principal) era muito mais escuro do que o outro lado (seu hemisfério em frente).

Em 1789, William Herschel na Inglaterra descobriu luas de Saturno que mais tarde se chamariam Mimas e Encélado. Essas luas têm diâmetros ainda menores: cerca de 500 km para Encélado e 400 km para Mimas.

Em 1848, os astrônomos William Bond e George Bond (pai e filho) da Universidade de Harvard descobriram Hiperião, com um diâmetro de 290 km. Na mesma noite, William Lassell da Inglaterra também descobriu com seu telescópio. Em 1898, William Pickering, também de Harvard, descobriu Febe, com um diâmetro de 220 km. Febe foi a primeira lua descoberta usando fotografia, em vez de olhar diretamente através da ocular de um telescópio.

As quatro luas mais internas (Pan, Atlas, Prometeu e Pandora), que estão entrelaçadas com os anéis A e F de Saturno, não foram descobertas até que a Voyager 1 passou por Saturno em 1980. Pan, na verdade, iludiu a descoberta até mesmo depois da Voyager. Foi só em 1991 que o astrônomo Mark Showalter pesquisou as imagens da Voyager do estreito e claro Lacuna Encke no anel A de Saturno e encontrou Pan.

O resto das luas conhecidas atualmente de Saturno foram descobertas por observadores na Terra durante as travessias de 1966 e 1980, quando os anéis de Saturno foram vistos bem finos da Terra. Com os anéis temporariamente não visíveis da Terra, objetos fracos perto do planeta são mais fáceis de ver. Durante a travessia do plano de 1966, Audoin Dollfus descobriu Janus, e John Fountain e Steve Larson descobriram sua companheira, Epimeteus. Telesto, Calipso e Helene foram descobertos por três grupos diferentes de astrônomos durante a travessia do anel de 1980.

As travessias do plano dos aneis ocorrem a cada 15 anos. Como o Pólo Norte da Terra, o pólo norte de Saturno são inclinados em relação ao plano de sua órbita, isso faz com que nossa visão dos anéis mude à medida que Saturno viaja em sua órbita de 30 anos em torno do Sol.

Em 1995, astrônomos usando o Telescópio Espacial Hubble anunciaram que tinham descoberto duas – talvez até quatro – luas até mesmo desconhecidas. Amanda Bosh e Andrew Rivkin viram o que parecia ser luas novas de Saturno em fotografias que fizeram durante a travessia do plano dos aneis. Duas das “luas recém-descobertas” nas fotos eram as luas anteriormente conhecidas Atlas e Prometeu, mas estavam em posições diferentes do previsto pelas estimativas anteriores de suas órbitas.

Uma análise cuidadosa das duas luas restantes mostrou que elas estavam à distância do anel F, e pareciam mudar de forma enquanto orbitavam Saturno. Acredita-se que esses objetos não sejam luas, mas sim “aglomerados” de material de anel dentro do anel F. Bosh não ficou desapontado de suas “luas” acabarem não sendo luas, afinal. Os astrônomos ainda estavam animados, porque esta foi a primeira vez que os aglomerados do anel F foram vistos da Terra.

37. Como as luas conseguiram seus nomes?

Em meados de 1800, o astrônomo inglês John Herschel (filho de William Herschel, que havia descoberto duas luas de Saturno) escreveu que não seria certo nomear as luas de Saturno em homenagem aos filhos de Saturno. Na mitologia romana, Saturno comeu todos os seus filhos. Em vez disso, disse Herschel, as luas de Saturno devem ser nomeadas em homenagem aos irmãos de Saturno, os Titãs, e as irmãs de Saturno, as Titânides. Estes eram gigantes mitológicos que acreditavam governar os céus antes de Júpiter conquistá-los. Os astrônomos aceitaram a sugestão de Herschel para nomear as luas.

Como a lua descoberta por Huygens era muito maior que as outras, eles escolheram nomeá-la de Titã em homenagem a todos os gigantes Titãs. Para obter mais informações, consulte a matéria Mitologias Astronômicas: Saturno.

38. As luas de Saturno são como a Lua da Terra?

Sim e não. Muitos delas estão cobertas com crateras de impacto como a nossa Lua, mas as luas de Saturno são compostas de muito mais gelo de água do que a lua da Terra. A Lua da Terra pode ter pequenos pedaços de gelo, mas quase toda a sua massa é rocha. Por causa disso, a maioria das luas de Saturno tem cerca de um terço da densidade da nossa Lua.

A densidade de Titã é um pouco maior, mas ainda assim apenas metade da densidade da Terra. A lua mais externa de Saturno, Febe, pode ser um asteroide capturado, nesse caso provavelmente teria uma densidade muito maior.

Titã é a única das luas de Saturno que é maior e mais massiva que a nossa Lua. Todos os outros são significativamente menores e menos massivos, e muitos deles são irregularmente moldados em vez de esféricos. Além disso, ao contrário da nossa Lua, e ao contrário de todas as outras 200 luas do Sistema Solar, Titã tem uma atmosfera espessa.

39. Por que Saturno tem tantas luas, mas a Terra só tem uma?

Aqui novamente, os astrônomos podem fazer alguns palpites fundamentados. Havia mais “material” de construção de planetas na distância orbital de Saturno do que na distância orbital da Terra. Isso porque a órbita de Saturno está tão longe do Sol que o gelo se torna uma fonte substancial de material de construção de planetas. Quanto mais material de construção de planetas, mais material para formar luas ao redor do planeta. Muitas das luas e anéis de Saturno são compostos em grande parte de gelo. Saturno também pode ter luas que são asteroides capturados. Esta é a origem mais provável para a lua mais externa de Saturno, Febe, e a nave Cassini fez uma investigação sobre isso em sua missão ao Sistema de Saturno.

A Lua da Terra é extraordinariamente grande em relação ao tamanho de seu planeta-mãe. O diâmetro da Terra é menos de 4 vezes maior que o diâmetro da Lua.

Em contraste, o diâmetro de Saturno é quase 25 vezes maior que o diâmetro de Titã. Assim, a Lua da Terra é muito grande, comparada com o tamanho da Terra, para ter sido formada como uma lua original a partir do disco giratório de gás e poeira que formou o planeta. A Lua atual foi provavelmente formada como resultado de uma tremenda colisão entre a Terra e um enorme asteroide do tamanho de Marte ou maior, que quebrou a Terra e criou a Lua. Esse impacto pode ter realmente criado várias luas ao redor da Terra, que mais tarde colidiram entre si ou com a Terra, e agora ficamos com uma grande lua.

40. As luas de Saturno estão nos anéis? As luas colidem com as partículas do anel?

Uma pequena lua foi encontrada orbitando dentro dos anéis principais (A, B, C). Esta lua, chamada Pan, orbita na Lacuna Encke, perto da borda externa do anel A. Pan varre as partículas de anel menores para longe da lacuna, mantendo assim a lacuna. Se Pan desaparecesse, o Lacuna Encke também desapareceria. Os cientistas suspeitam que outras luas estão espreitando no sistema de Saturno, criando algumas das outras lacunas nos anéis principais. Cassini pode encontrar essas luas durante sua missão.

Colisões entre partículas de anel ocorrem frequentemente nos anéis principais, e partículas de anel podem ser facilmente derrubadas para uma nova órbita por essas colisões. Se uma lua colidisse com uma partícula de anel grande o suficiente, a lua poderia ser fraturada ou perdida dentro do material de anel existente. Em ambos os casos, poderia não ser mais identificável como uma lua separada.

Os anéis E, F e G de Saturno orbitam fora dos anéis principais. O anel externo – o anel E – é o mais estendido. Encélado se move através do anel E, e pode ter vulcões de gelo que são responsáveis por produzir as minúsculas partículas de gelo do anel. O anel G é tão fino que provavelmente desapareceria rapidamente se não tivesse várias pequenas luas orbitando dentro dele e produzindo partículas. Ninguém ainda viu essas prováveis luas de anel G – talvez a espaçonave Cassini consiga!

41. Qual é a diferença entre uma lua e uma partícula de anel?

Os anéis não são nada mais do que um denso enxame de minúsculas luas interagindo. Em princípio, você poderia encontrar uma órbita para cada partícula de anel ao redor de Saturno se as partículas não interagissem entre si e mudassem ligeiramente de órbita.

Diferentes tipos de forças agem em partículas de anel de todos os tamanhos e modificam suas órbitas. Se você não pode rastrear um objeto e prever seu caminho orbital, você pode chamá-lo de partícula de anel em vez de uma lua.

As órbitas das maiores partículas dos anéis provavelmente mudam menos. No entanto, não temos muitos dados sobre essa questão, uma vez que a maior “partícula de anel” que a Voyager capturou foi a Pan, e não sabemos como a órbita de Pan pode estar mudando com o tempo. A Cassini fornecerá uma riqueza de novos dados no Pan e provavelmente descobrirá novas luas embutidas nos anéis. Você pode perguntar: Em que tamanho algo não seria mais uma lua, mas apenas uma “partícula de anel”? Não há uma distinção clara.

Suponha que as partículas do anel às vezes se unam em coleções maiores de muitas partículas, e às vezes se separem por meio de colisões.

Neste caso, algumas “luas” vêm e vão? Não há realmente um corte acentuado entre uma lua e uma partícula de anel (ou “ringberg”). Quanto menor a lua, mais difícil é para ela manter uma lacuna vazia ao redor de Saturno. Achamos que “luas” menores podem limpar pequenas áreas que são então preenchidas com partículas de anel depois que a “lua” passou. No entanto, manter uma lacuna depende em parte da densidade de partículas de anel na região em que a lua orbita.

Regiões mais densas como os anéis A ou B exigiriam uma lua maior para manter uma lacuna do que uma região muito mais difusa, como o anel C.

Assim, definir uma lua como um objeto que mantém uma lacuna nos anéis produziria diferentes cortes em tamanhos lunares para cada região do anel.

Será interessante ver quais definições evoluem quando a Cassini começar a fazer seu exame mais aprofundado dos anéis de Saturno!

42. Como é a gravidade nas luas de Saturno? Podemos ir até lá?

A gravidade de Titã é um pouco menor que a da Lua da Terra, que tem 1/6 da gravidade da superfície da Terra. Veja um exemplo de “Pesos” equivalentes comparados:

Terra	Lua	Titã
110 kg	20 kg	15 kg

Pense como seria fácil pular uma cerca de 1,80m! Apesar de usarmos popularmente a massa da pessoa, (110 kg) como referência para a força-Peso, a massa continuaria a mesma na Terra, na Lua e em Titã.

Para calcular a gravidade da superfície para uma lua, você precisa saber o tamanho e a massa da lua. Para várias luas, só temos palpites para esses números.

Muitas luas têm uma forma estranha, então dependendo de onde você estivesse, você pesaria uma quantidade diferente.

43. Há vulcões em alguma das luas de Saturno?

A lua de Saturno, Encélado, possui “vulcões” ou “gêiseres” de gelo e água, ativos ainda hoje. A Cassini fez voos próximos de Encélado para procurar evidências diretas de tais vulcões. Alguns cientistas acreditam que esses gêiseres em Encélado são a fonte de partículas no anel E de Saturno.

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Como Titã é tão grande, é possível que tenha um núcleo quente e ativo que também possa causar vulcões em sua superfície. A sonda Huygens nos ajudou a verificar se existem vulcões em Titã.

44. Quão frias são as luas de Saturno?

As luas e anéis de Saturno são ainda mais frios que Saturno, com temperaturas de superfície variando de -145 °C a –220 °C. As luas mais brilhantes são as mais frias, porque refletem quase toda a luz do Sol, em vez de absorvê-la.

45. Alguma das luas de Saturno tem atmosfera? Podemos respirar?

Entre as luas de Saturno, apenas Titã tem uma atmosfera espessa. A atmosfera de Titã é principalmente nitrogênio, como a da Terra, mas não tem oxigênio suficiente para os humanos respirarem. Gerard Kuiper, um astrônomo holandês nascido na Holanda, descobriu pela primeira vez a atmosfera de Titã em 1944 usando um espectrômetro que detectou luz infravermelha (calor). Este instrumento foi anexado a um telescópio com um espelho de 2,0 metros. Muitos gases são difíceis de detectar usando luz visível, mas muito mais fáceis de detectar usando infravermelho. Kuiper detectou a presença de gás metano. Antes do sobrevoo da Voyager 1 em Titã em 1980, apenas metano e alguns outros produtos químicos simples chamados hidrocarbonetos haviam sido detectados em Titã.

Observações da espaçonave Voyager usando ondas de rádio e luz infravermelha indicaram que a atmosfera profunda de Titã era composta principalmente de nitrogênio – pelo menos 90%, em comparação com os 79% da Terra. A maior parte do resto da atmosfera de Titã é metano. Na Terra, o metano é encontrado borbulhando de pântanos ou pântanos. A Voyager 1 também determinou que a atmosfera de Titã é quase 10 vezes mais profunda que a da Terra. No entanto, como a gravidade de Titã é mais fraca, a pressão atmosférica em Titã é apenas cerca de 50% maior do que na Terra.

Algumas das outras luas de Saturno podem ter atmosferas extremamente finas, mas estas ainda não foram detectadas.

46. Há água em Titã?

Se há água em Titã, provavelmente é congelado sólido no fundo de lagos ou oceanos de hidrocarbonetos líquidos como etano e metano.

No entanto, como a maioria das outras luas de Saturno, grande parte do interior de Titã é provavelmente gelo de água.

47. Existe vida em Titã?

Com compostos orgânicos detectáveis como o metano na atmosfera, é muito natural imaginar se a vida existe lá agora, existiu lá no passado, ou ainda poderia existir lá no futuro. Poucas pessoas acreditam que a vida como a conhecemos atualmente existe em Titã, por causa do frio extremo e da falta de oxigênio e água líquida. No entanto, o ambiente é de certa forma semelhante ao da Terra primitiva, e é possível que Titã possa nos ensinar algo sobre como a vida começou na Terra.

48. Como é o clima em Titã?

Sabemos que é muito frio em Titã, e que a pressão atmosférica na superfície é 1,5 vezes a da Terra, mas não temos certeza sobre os movimentos (ventos e tempestades) na atmosfera de Titã. Titã gira muito lentamente, então um dia em Titã tem quase 16 dias terrestres.

São 192 horas de luz solar fraca seguidas de 192 horas de escuridão. As temperaturas provavelmente não mudam muito do dia para a noite.

Titã está quase 10 vezes mais longe do Sol que a Terra, e as temperaturas lá pairam em torno de – 180 °C! Vários dos experimentos na sonda Huygens, que descerá através da atmosfera de Titã durante a missão Cassini, foram projetados para detectar vários aspectos do clima de Titã, como temperatura, pressão e velocidade do vento.

49. Cassini carrega uma sonda que vai para Titã e não Saturno ou qualquer uma das outras luas. Por que Titã?

A atmosfera de Saturno é principalmente hidrogênio e hélio. Embora isso seja interessante por si só, Titã, com sua atmosfera de nitrogênio e misteriosas características da superfície, é extraordinariamente intrigante por várias razões. Titã e a Terra são os únicos dois corpos no Sistema Solar com espessas atmosferas de nitrogênio. Titã é o único corpo onde se acredita que existam lagos frios e exóticos de etano e metano. O etano líquido existe entre as temperaturas de -183 °C, onde congela, e -89 °C, onde ferve. Alguns cientistas acreditam que o ambiente de Titã é semelhante ao da Terra antes da vida começar em nosso planeta.

Titã é um lugar único, e uma ótima maneira de explorá-lo é visitá-lo! Em missões anteriores de voo, a Pioneer 11 visitou o sistema de Saturno em 1979, a Voyager 1 visitou em 1980, e a Voyager 2 visitou em 1981, mas nenhuma dessas naves podia ver através da neblina na atmosfera de Titã para determinar como era a superfície. Agora antecipamos o que a missão Cassini pode ser capaz de fazer com as câmeras e instrumentos a bordo da sonda Huygens. Queremos saber como será a paisagem de Titã. Terá montanhas de gelo? Lagos misteriosos? Gosma orgânica cobrindo sua superfície?

Veja o incrível vídeo com animação da aproximação da sonda Cassini-Huygens da lua Titã. https://www.jpl.nasa.gov/video/details.php?id=1352 . E também o vídeo com as cenas capturadas pelas câmeras da Huygens ao descer em Titã.

50. Haverá uma missão que levará humanos a Titã em um futuro próximo?

A ficção científica já produziu várias viagens a Titâ, verifique aqui uma extensa lista da produção literária e cinematográfica envolvendo a famosa lua Titã. Um exemplo mais recente, é o filme Titã, Evolua ou Morra (2018) onde são feitas experiências genéticas a fim de transformar um ser humano em um ser com um corpo capaz de viver nas condições ambientais de Titã.

Mas, na verdade, nenhuma missão humana foi sequer planejada no momento. Devido à grande distância de Saturno da Terra, teríamos mais chances de recomeçara a enviar seres humanos para destinos mais próximos, como a Lua, Marte ou um asteroide, antes de conseguirmos enviar seres humanos para Titã.