Sistema Saturno em 101 Questões: Saturno

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!

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• Quem trabalhou na Missão Cassini-Huygens?
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1. Quando descobrimos Saturno?

Não sabemos exatamente quando observadores antigos reconheceram pela primeira vez o que agora chamamos de planeta Saturno. Muitas civilizações antigas estavam cientes de cinco pontos de luz “errantes” no céu noturno (que não ficam fixos em constelações), que mais tarde foram nomeados como deuses da mitologia romana – Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter e Saturno. Estes planetas eram facilmente observados a olho nu.

Mas foi apenas na época de Galileu Galileu (1610), quem primeiro olhou para o céu por meio de um telescópio, que passamos a observar essas “estrelas (astros) errantes” como “outros mundos”.

Os planetas além da órbita de Saturno – Urano, Netuno e o atual planeta anão Plutão – foram descobertos usando telescópios mais modernos, começando com a descoberta de Urano por William Herschel em 1781.

A descoberta de cada um desses planetas mais distantes gerou grande interesse público na época e tornou seus descobridores famosos.

Saturno, o temível deus romano.

2. Como Saturno conseguiu seu nome?

Quase todas as culturas humanas antigas criaram nomes e histórias sobre o Sol, a Lua, os planetas e as estrelas. Como tantas coisas na história, a nomeação dos planetas aconteceu por acidente. Por exemplo, os antigos babilônios reconheceram cinco partículas de luz movendo-se através dos céus noturnos e acreditavam que essas manchas eram as imagens de seus deuses mais importantes. Não é surpresa que eles nomeassem as luzes em movimento em homenagem a esses deuses. Quando os gregos (provavelmente os pitágoricos, no século V a.C.) entraram em contato com o céu babilônico, eles atribuíram às cinco luzes os nomes de seus deuses gregos correspondentes e que se assemelhavam mais de perto às divindades babilônicas. Os nomes gregos dos cinco planetas eram: Hermes, Afrodite, Ares, Zeus e Cronos. Com o passar do tempo (talvez no século II a.C.), os romanos conheceram a astronomia grega e os nomes planetários gregos. Os romanos então substituíram os nomes gregos pelos nomes de seus próprios deuses. Esta é a origem dos nomes Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter e Saturno, e os nomes ainda em uso 2.000 anos depois.

3. Onde está localizado Saturno?

Saturno é o sexto planeta a partir do centro do nosso Sistema Solar. Ele orbita o Sol a uma distância de cerca de 1,4 bilhões de km. Saturno está cerca de 9,6 vezes mais longe do Sol do que a Terra. Saturno está quase duas vezes mais longe do Sol do que Júpiter, o quinto planeta do Sistema Solar.

O Sol em torno do qual Saturno e os outros planetas orbitam é uma das centenas de bilhões de estrelas na galáxia Via Láctea. A estrela mais próxima do Sol, chamada Alpha Centauri, está a mais de 40 trilhões de km de distância. Nosso Sistema Solar está localizado a pouco mais de meio caminho do centro da galáxia. Todo o Sistema Solar (Sol e planetas) orbita o centro da galáxia uma vez a cada 225 milhões de anos.

A galáxia Via Láctea é apenas uma das estimadas 100 bilhões de galáxias no Universo conhecido. Cada uma dessas galáxias pode ter bilhões de estrelas com planetas ao seu redor – talvez até mesmo algumas como Saturno.

4. Qual a idade de Saturno?

Os astrônomos acreditam que o Sol e os planetas do nosso sistema solar se formaram pela primeira vez a partir de uma nuvem giratória de gás e poeira cerca de 4,6 bilhões de anos atrás. A galáxia Via Láctea ainda é mais velha, e acredita-se que o próprio Universo tenha entre 10 e 20 bilhões de anos. Os astrônomos preveem que o Sol queimará constantemente por cerca de 5 bilhões de anos ou mais. Assim, em termos astronômicos, o Sol e os planetas que orbitam ao seu redor poderiam ser chamados de “meia-idade”.

5. Qual o tamanho de Saturno?

• Raio e Volume: Saturno é o segundo maior planeta do nosso sistema solar; Júpiter é o maior. Saturno mede cerca de 60.000 km do seu centro até o equador, mas apenas 54.000 km do seu centro até o pólo norte ou sul. Seu volume é quase 760 vezes o da Terra.

• A massa de Saturno é cerca de 95 vezes a massa da Terra. Sabemos disso observando os movimentos orbitais das muitas luas de Saturno. Usando a Lei da Gravidade de Newton e as Leis de Kepler, podemos calcular uma figura de massa para Saturno que criaria a força gravitacional para as luas se moverem como elas fazem.

6. Se Saturno é muito mais massivo que a Terra, por que se diz que Saturno poderia flutuar na água?

Embora Saturno seja muito mais massivo que a Terra, essa massa está espalhada por um volume muito maior que a Terra e, portanto, Saturno é menos denso que a Terra. Saturno é o menos denso de todos os planetas do Sistema Solar! A densidade média de Saturno é de apenas 0,69 g/cm³, o que é menor que o da água (1,0 g/cm³).

Isso significa que um volume de água igual ao volume de Saturno pesaria mais do que Saturno. Então, se imaginarmos uma banheira de água titânica grande o suficiente para segurar Saturno, o peso de Saturno seria suportado pela água e Saturno flutuaria! Claro, quando a tampa for removida e a água escoar, Saturno pode deixar… um ANEL!

7. Do que Saturno é feito?

Como os outros planetas jovianos (Júpiter, Urano e Netuno), Saturno é principalmente uma bola de gás sem superfície sólida. De acordo com estudos baseados no espectrômetro da Voyager, Saturno é composto por cerca de 94% de hidrogênio, 6% de hélio e pequenas quantidades de metano (CH₄) e amônia (NH₃). Os componentes primários, hidrogênio e hélio, são os mesmos gases dos quais o Sol e a maioria das estrelas são feitos.

Uma análise detalhada do campo gravitacional de Saturno leva os astrônomos a acreditar que o interior mais profundo de Saturno deve consistir de um núcleo de rocha fundido do mesmo tamanho que a Terra, mas muito mais massivo que a Terra. Este núcleo é apenas uma pequena porcentagem da massa total de Saturno.

8. Poderíamos respirar a atmosfera de Saturno?

Não. A atmosfera de Saturno é composta principalmente de hidrogênio e hélio, os mesmos gases dos quais o Sol e a maioria das estrelas são feitos. Tal atmosfera não é venenosa para os humanos, mas também não fornece o oxigênio necessário para sustentar a vida humana.

9. Imagens de Saturno mostram que ele meio que achata perto dos pólos e é mais largo no equador. Por que isso ocorre?

De fato, Saturno tem cerca de 60.000 km do centro ao equador, mas apenas 54.000 km do centro ao pólo. A diferença é de 6.000 km, que é quase o raio da Terra! Saturno é, portanto, bastante oblado: quanto maior a diferença entre as distâncias polar e equatorial, mais oblado é a forma do planeta.

Saturno gira em torno de seu eixo polar muito mais rápido do que a Terra. Embora seja muito maior que a Terra, Saturno gira uma vez a cada 10 horas e 39 minutos, mais do que a metade da velocidade que a Terra gira (cerca de 24h). Esta rápida rotação, combinada com a composição gasosa do planeta, força a matéria para fora perto do equador, assim como um carrossel girando pode empurrar seus cavaleiros para fora. A obdaidade de Saturno é na verdade menor do que seria esperado se fosse composta apenas de hidrogênio e hélio. Isso levou os astrônomos a acreditar que Saturno pode ter um núcleo rochoso maciço.

10. Por que Saturno é tão maior e mais massivo que a Terra?

Se assumirmos que o processo de criação do Sistema Solar envolveu um disco giratório de gás e poeira que lentamente se condensava para formar o Sol e os planetas, a questão se torna: “Por que havia muito mais material de construção de planetas na órbita de Saturno em comparação com a órbita da Terra?” Uma ideia é que na órbita distante de Saturno, a nuvem de gás e poeira da qual os planetas se formaram era fria o suficiente para que o gelo se solidificasse do gás (em vez de apenas rocha).

Este gelo extra formou uma tremenda “semente” para reunir mais e mais rocha e gelo, e atrair enormemente gravitacionalmente mais dos gases leves como hidrogênio e hélio para formar o planeta e as luas.

11. Como Saturno não tem uma superfície sólida, eu afundaria no meio do planeta se tentasse andar até lá?

Saturno tem uma camada externa de nuvens que consideramos a “borda” do planeta. No topo dessas nuvens, a pressão atmosférica é a mesma do ar na Terra. Assim, caminhar lá seria como tentar andar no ar. Você de fato afundaria – ou cairia – através das camadas do interior de Saturno. À medida que você se aprofundasse na atmosfera do planeta, a pressão aumentaria e eventualmente você seria esmagado.

12. Como é a gravidade em Saturno? Eu pesaria o mesmo em Saturno como na Terra?

A aceleração gravitacional no topo das nuvens de Saturno é semelhante e próxima à superfície da Terra — 10,4 m/s² para Saturno, em comparação com 9,8 m/s² na superfície da Terra. Assim, acontece que você sentiria o mesmo peso em um avião voando através dos topos das nuvens de Saturno, como você sentiria na superfície da Terra. Se você voasse mais fundo na atmosfera de Saturno, a atração da gravidade aumentaria e você se sentiria mais pesado.

Seu peso depende de sua massa e da aceleração local da gravidade. Sua massa é a mesma, não importa onde você esteja, mas a aceleração da gravidade pode ser diferente. Portanto, seu peso depende de onde você está no Sistema Solar. Por exemplo, seu peso seria cerca de 1/6 do seu peso na Terra porque a aceleração da gravidade é seis vezes menor na Lua. Sua  massa, no entanto, é exatamente a mesma na Lua ou na Terra.

13. Qual é a temperatura em Saturno?

Os astrônomos mediram a temperatura perto das nuvens de Saturno para cerca de -143°C. Esta temperatura aumenta com a profundidade porque os gases são comprimidos para pressões dramaticamente maiores na profundidade. Modelos de computador preveem que o núcleo de Saturno é tão quente quanto 10.000 °C.

Saturno está cerca de 10 vezes mais longe do Sol do que a Terra, então Saturno recebe apenas cerca de 1/100 (1%) da luz solar por metro quadrado do que na Terra. No entanto, Saturno é mais quente do que seria esperado se houvesse um equilíbrio entre a energia solar absorvida e a energia emitida. Misteriosamente, Saturno emite 80% mais energia do que absorve da luz solar. Ao contrário da Terra rochosa e do Júpiter mais massivo, Saturno não deve ter nenhum calor que sobrou de sua formação original. Assim, deve haver uma fonte de calor dentro de Saturno produzindo o excesso de energia. Uma teoria é que a energia vem do atrito do hélio líquido chovendo no interior do planeta. Os cientistas da Cassini investigaram o equilíbrio energético de Saturno para obter respostas para este quebra-cabeça.

14. Saturno tem ventos e tempestades?

Sim, mas os ventos e tempestades em Saturno são muito diferentes dos da Terra. A sonda espacial Voyager mediu uma corrente de jatos gigante perto do equador de Saturno com uma fantástica velocidade na direção leste de cerca de 1.800 km/h. Em contraste, a corrente de jato da Terra flui para leste a cerca de 400 km/h.

Saturno também tem “pontos” que são como furacões na Terra, exceto que eles são mais vividos e muito maiores. Os “pontos” de Saturno podem durar mais do que os furacões da Terra, que perdem sua fonte de energia quando se movem sobre uma superfície sólida. Você pode notar pelos relatórios meteorológicos que os furacões geralmente perdem seu poder à medida que se movem sobre continentes. A Grande Mancha Vermelha de Júpiter é o exemplo mais notável de um furacão de longa duração em outro planeta.

15. Uma vez que Saturno e Júpiter são ambos feitos de hidrogênio e hélio, por que Saturno não é da mesma cor que Júpiter?

Saturno é um mundo de camadas de nuvens brancas e amarelas pastel, talvez um pouco reminiscente das cores de uma torta de merengue de limão. Júpiter, em contraste, exibe amarelos brilhantes, laranjas e vermelhos em redemoinhos e tempestades exóticas.

As cores das camadas de nuvens de Saturno são devido à mesma química básica de nuvens que em Júpiter.

Perto do topo da atmosfera, a amônia torna-se fria o suficiente para cristalizar-se em nuvens de partículas de gelo, como nuvens cirrus (filiformes) muito altas nos céus da Terra. Mas Saturno é mais frio que Júpiter, então as camadas coloridas de nuvens de amônia em Saturno são mais profundas na atmosfera. A atmosfera nebulosa acima das nuvens é muito mais espessa em Saturno, por isso não vemos as camadas químicas mais coloridas abaixo como vemos em Júpiter. Embora bandas e tempestades (como a Grande Mancha Vermelha de Júpiter) existam em Saturno, elas são mais difíceis de ver por que as cores não contrastam tanto.

16. Existe vida em Saturno?

Provavelmente não. Temperaturas extremas e a falta de água e oxigênio adequados tornam altamente improvável que a vida como a conhecemos exista em qualquer lugar da atmosfera de Saturno.

17. Saturno tem um campo magnético como o da Terra?

Sim. No fundo de Saturno, provavelmente nas camadas mais profundas de hidrogênio e hélio líquido, algo está fazendo Saturno agir como um ímã gigante.

O mesmo tipo de coisa acontece no núcleo de ferro líquido quente da Terra. Na Terra, este magnetismo faz com que agulhas de bússola se alinhem com os pólos magnéticos da Terra. A extremidade norte de uma agulha de bússola usada na Terra apontaria para o pólo sul em Saturno! A nave Pioneer 11 e a Voyager descobriram e investigaram o substancial campo magnético de Saturno.

Alguns dos instrumentos da Cassini fizeram uma exploração mais extensa do campo magnético de Saturno.

O Telescópio Espacial Hubble observou auroras em Saturno. Auroras são causadas quando partículas que transmitem do Sol interagem com o campo magnético de Saturno.

Veja uma filmagem curta da Aurora de Saturno aqui.

As imagens ultravioletas foram tiradas em 2004, em 24, 26 e 28 de janeiro, pelo Space Telescope Imaging Spectrograph. Erich Karkoschka, da Universidade do Arizona, usou a Advanced Camera for Surveys do telescópio em 22 de março de 2004 para tirar as imagens da luz visível.

Veja a “Dança da Aurora de Saturno” em https://www.youtube.com/watch?reload=9&v=p32xzRSBXuk.

18. Quanto tempo é um dia solar em Saturno?

Um dia na Terra tem cerca de 24 horas de duração — o tempo que a Terra leva para fazer uma rotação completa em torno de seu eixo.

O dia de Saturno é de 10 horas e 39 minutos — o tempo que Saturno leva para fazer uma rotação completa em seu eixo. Embora Saturno seja muito maior que a Terra, um dia de Saturno é menos da metade do que um dia terrestre.

19. Quanto tempo é um mês lunar em Saturno? (Mas que Lua?)

Um mês de calendário na Terra é um pouco mais longo do que o tempo que leva para a Lua orbitar completamente a Terra e passar por um conjunto cheio de fases lunares — cerca de 29,5 dias.

Saturno tem muitas luas cujos tempos para orbitar Saturno variam de meio dia terrestre a mais de um ano terrestre; portanto, nenhum mês de Saturno foi formalmente estabelecido.

Se um mês de Saturno fosse baseado em sua maior lua, Titã, que leva cerca de 16 dias terrestres para orbitar Saturno, então um mês titânico de Saturno teria 36 dias de Saturno.

20. Quanto tempo é um ano solar em Saturno?

Um ano é o tempo que um astro como a Terra leva para fazer uma viagem completa ao redor do Sol. Assim o ano solar terrestre demora cerca de 365 dias terrestres.

Saturno leva 29,5 anos terrestres para completar uma volta completa ao redor do Sol, então um ano solar de Saturno é quase de 30 anos solares terrestres.

Se você tivesse 15 anos de idade, você só teria meio ano solar de Saturno porque Saturno só teria feito metade de uma órbita ao redor do Sol desde que você nasceu!

(15/30 = 1/2 = 0,5 de um ano de Saturno)

21. Saturno tem estações do ano como a da Terra?

Sim, mais ou menos.

A Terra tem estações por causa da inclinação de seu eixo. Imagine uma linha traçada através da Terra do Pólo Norte ao Pólo Sul. Esta linha sempre aponta para a distante estrela Polaris, não importa onde a Terra esteja em sua órbita do Sol.

Isso significa que durante a viagem da Terra ao redor do Sol a cada ano, às vezes o hemisfério norte é inclinado em direção ao Sol, tornando o dia mais longo para que o hemisfério norte receba luz brilhante e direta que causa temperaturas mais quentes (verão no hemisfério norte).

Seis meses depois, quando a Terra está do outro lado do Sol, o hemisfério norte está inclinado para longe do Sol, recebendo assim menos luz solar direta, causando noites mais longas e temperaturas mais frias (inverno no hemisfério norte).

Em ambos os casos, a linha entre os pólos da Terra aponta para a estrela Polaris.

Saturno tem estações no sentido de que há épocas de seu ano em que o hemisfério norte é inclinado em direção ao Sol, e épocas de seu ano em que o hemisfério norte é inclinado para longe do Sol (com grande visão do anel da Terra). A série de fotos acima mostra como a aparência de Saturno muda conforme é visto da Terra. Mas Saturno não tem diferenças sazonais dramáticas em suas temperaturas nos hemisférios norte e sul como na Terra, nem as temperaturas esfriam durante a noite em Saturno. A fonte de calor interna de Saturno e a forma como sua espessa atmosfera retém calor tornam as temperaturas da atmosfera de Saturno menos dependentes de onde o Sol está atualmente brilhando sobre ele.

Na Terra, uma estação só dura cerca de 3 meses. Mas como Saturno leva quase 30 anos terrestres para dar a volta ao Sol, uma temporada de Saturno dura mais de 7 anos — cerca da mesma quantidade de tempo que a nave Cassini-Huygens levará para chegar a Saturno!

Algumas pessoas têm a noção errônea de que as estações são causadas devido ao planeta mudar sua distância em relação ao Sol. Embora Saturno e Terra mudem ligeiramente as distâncias ao Sol durante suas órbitas, isso tem um efeito muito pequeno em suas temperaturas. Mudar a distância ao Sol não explica por que em janeiro é inverno na América do Norte enquanto é verão na Austrália: a Terra está um pouco mais perto do Sol em janeiro do que em julho. A melhor maneira de visualizar e compreender isso é construir suas órbitas em escala para poder perceber o quanto essa pequena variação é praticamente nada comparada com a enorme distância ao Sol. É uma daquelas ideias em que é preciso CONSTRUIR para VER, e VER para COMPREENDER.