Universo em Escala: O Sistema Saturno

Capa: Mimas e Saturno, concepção artística de James Hervat, © 2010.

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.
• Sistema Saturno em 101 Questões: Saturno.
• Sistema Saturno em 101 Questões: Observar Saturno no céu.
• Sistema Saturno em 101 Questões: As luas.
• Sistema Saturno em 101 Questões: Os Anéis.
• 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.

Visão Geral

Nesta atividade, os estudantes vão desenvolver o conceito de um sistema planetário e aplica r o conceito para aprender sobre o Sistema Saturno. O grupo vai trabalhar com um diagrama em escala criado e bastante completo do Sistema Saturno, incluindo o planeta, seus anéis e suas principais luas.

A atividade vai preparar os estudantes para completar um Diagrama de Venn que compara e contrasta os Sistemas Saturno e Terra-Lua, em termos de seus componentes e das interações existentes nos sistemas.

HABILIDADES A SEREM DESENVOLVIDAS

• Trabalhar em grupo em uma missão educativa.
• Desenhar e interpretar diagramas do sistema planetário.
• Realizar medidas (em milímetros, centímetros e metros).
• Realizar e aplicar operações aritméticas (multiplicação e divisão).
• Desenvolver o pensamento proporcional.
• Completar um Diagrama de Venn.

EQUIPAMENTOS, MATERIAIS E FERRAMENTAS

Para o professor

• Fotocopiadora (para transparências e cópias).
• Retroprojetor ou datashow.
• Lousa, quadro branco ou cavalete com papel.
• giz ou marcadores.
• Imagens ou vídeos de Saturno (opcional).
• Bola de basquete (opcional).

Para cada grupo de 3 a 4 estudantes

• Papel gráfico (18″ x 22″).
• marcadores de cores.
• Papel de caderno.
• lápis.
• fita adesiva transparente.
• tesoura.
• régua (1 metro) com divisões milimétricas.
• fita métrica longa (5 a 10 metros).

Materiais a reproduzir

FIGURA	TRANSPARÊNCIA	CÓPIAS
1	1	1 por grupo
2	1	Opcional
3		1 por grupo
4		1 por grupo
5		1 por grupo
6		1 por grupo
7		opcional
8		1 por estudante

Observação: as figuras 1-8 são fornecidas no final desta atividade.

ATENDE AOS PADRÕES NACIONAIS DE EDUCAÇÃO CIENTÍFICA (EUA)

• Conceitos e Processos Unificadores: Sistemas, ordem e organização.
• Ciência da Terra e do Espaço: Terra no Sistema Solar.

FUNDAMENTAÇÃO PARA DISCUSSÃO DAS ATIVIDADES

Comparando o sistema de Saturno com o sistema da Terra. (Ver Procedimentos e Atividades, Parte II)

• O sistema de Saturno está mais distante do Sol.
• O planeta no sistema de Saturno é maior.
• Saturno tem uma cor diferente (amarelo manteiga).
• Saturno é feito principalmente de gás, em vez de rochas.
• O Sistema Saturno tem anéis.
• O sistema de Saturno tem mais de uma lua.
• Os sistemas de Saturno e Terra são ambos subsistemas do Sistema Solar.
• Ambos os sistemas recebem e refletem a luz solar.
• Ambos os sistemas têm pelo menos uma lua.
• Em ambos os sistemas, a Gravidade age para manter a(s) lua(s) orbitando ao redor do planeta.
• Em ambos os sistemas, há forças de maré entre o planeta e a(s) lua(s).

Exemplos de interações no sistema de Saturno. (Ver Procedimentos e Atividades, Parte II)

Os elementos básicos do Sistema de Saturno são o planeta, os anéis e as luas.

As relações e interações entre eles são definidas predominantemente pela Gravidade. As luas e partículas dos anéis do Sistema de Saturno orbitam Saturno assim como os planetas e asteroides do Sistema Solar orbitam o Sol. Propriedades fundamentais de um sistema surgem da interação entre os seus elementos, e não das propriedades individuais dos elementos.

As Interações luas-anéis incluem:

• Prometeu e Pandora “pastoreando” o anel F.
• Pan “limpando” a Divisão Encke na borda externa do anel A.
• Encelado possivelmente tendo gêiseres de gelo que criam o anel E.
• As interações lua-lua incluem Epimeteu e Janus trocando de órbitas.
• As interações luas-planeta incluem forças de maré entre as luas e o planeta.

(Nota: Isso pode ser discutido mais adiante se os estudantes aprenderam algo anteriormente sobre as forças das marés entre a Terra e a Lua. Veja o Glossário.)

O que entra e o que sai: exemplos de entradas e saídas no Sistema Saturno. (Ver Procedimentos e Atividades, Parte II).

• A luz solar é uma entrada e uma saída do Sistema de Saturno. Como entrada, o Sol aquece o sistema, mas como Saturno está tão longe do Sol, é muito frio comparado com a Terra. Como saída, a luz solar refletida é vista quando observamos Saturno e seus anéis e luas. Da mesma forma, vemos a luz refletida da Lua da Terra.
• É possível que a gravidade de Saturno capture asteroides, cometas e meteoritos de tempos em tempos. Esses eventos são considerados entradas para o sistema.
• A lua mais distante de Saturno (Febe) pode ser um asteroide capturado. Cometas que passaram perto de Saturno podem ter colidido e rompido uma lua, e desempenhado um papel na formação dos anéis de Saturno.
• Ondas de rádio são outra saída do sistema de Saturno. Os mecanismos por trás de algumas das emissões de “ondas eletromagnéticas” de Saturno na faixa de ondas de rádio do espectro eletromagnético ainda são desconhecidos.

PLANO DA MISSÃO DE APRENDIZAGEM

PARTE I: O QUE É UM SISTEMA?

Diga aos estudantes que os diagramas são desenhos simples que podem mostrar a organização básica de um sistema. Demonstre como fazer diagramas desenhando o Sistema Solar, incluindo o Sol e planetas com seus rótulos, e os caminhos orbitais dos planetas. Para concluir, dê título ao diagrama (é claro, o diagrama não está em escala nem de tamanho nem de distância).

Faça esta questão aos estudantes:

Você já ouviu a palavra “sistema” sendo usada antes? Como?

• Liste as respostas dos estudantes no quadro. As possíveis respostas dos estudantes podem inclueir: Sistema Solar, sistema escolar, sistema de computador, sistema estéreo, sistema digestivo e, assim por diante.

De acordo com o “National Science Education Standards” (EUA), um sistema é um grupo organizado de objetos ou componentes relacionados que formam um todo. Por exemplo, os sistemas podem consistir em organismos, máquinas, partículas fundamentais, galáxias, ideias, números, transporte e educação. Os sistemas têm limites, componentes, fluxo (de entradas e saídas) e interações.

• Peça que os estudantes selecionem e diagramem em papel de caderno um sistema diferente do Sistema Solar.
• Organize os estudantes para formarem grupos com aqueles que desenharam diagramas de diferentes sistemas.
• Limite o tamanho do grupo a quatro estudantes: os quartetos, trios ou duplas aprendizes.
• Dê a cada grupo uma folha de papel gráfico, e faça-os anexar seus diagramas ao redor da borda externa. Oriente os estudantes a registrarem, no centro do papel, todas as semelhanças que eles podem encontrar em seus diagramas dos diferente sistemas. Oriente os estudantes a considerar perguntas como — O que todos os diagramas têm em comum? (Por exemplo: títulos, rótulos ou objetos.) O que todos os sistemas têm em comum? (Por exemplo: peças, interconexões e interações entre partes, limites, entradas, saídas, princípios de organização ou forças.)
• Organize os grupos a compartilhar seus diagramas com todo o grupo.
• Discuta com os estudantes sua compreensão dos sistemas. Oriente-os para reconhecerem os vários aspectos de um sistema e a natureza pervasiva dos “sistemas” em nosso mundo, no Sistema Solar e no Universo.

Parte II: FAZENDO CONTATO COM SATURNO

• Peça que os estudantes se concentrem no planeta Saturno no diagrama do Sistema Solar que você desenhou para eles. Note que Saturno é o sexto planeta do Sol e que tem anéis (assim como todos os planetas gigantes exteriores do Sistema Solar que são compostos principalmente de gases). Lembre-os de que o diagrama do Sistema Solar não está em escala, e que Saturno é realmente muito maior que a Terra. E Saturno está aproximadamente 10 vezes mais distante do Sol do que a Terra.
• Informe os estudantes que a NASA criou uma missão com uma sonda espacial chamada Cassini que estudou bastante Saturno (ela foi lançada em 1997 e chegou a Saturno em 2004).
• Exiba a transparência da imagem da Missão Voyager de Saturno (Figura 1A) para apresentar visualmente Saturno e seus anéis. Apresente também a imagem mais recente de Saturno (Figura 1B) produzida pela Missão Cassini.
• Diga aos estudantes que Saturno é uma grande bola de gás sem uma superfície sólida como a da Terra.
• Desafie os estudantes a adivinhar qual seria o tamanho da Terra se colocada ao lado de Saturno nesta imagem (eles trabalharão a resposta durante uma atividade posterior).

Nota: Se você tem outras imagens coloridas ou vídeos de Saturno, eles podem ser usados para motivar ainda mais o interesse dos estudantes por Saturno. Se você tem acesso à World Wide Web, os sites da Missão Cassini são uma excelente fonte de imagens de Saturno:

• Peça aos estudantes que considerem como o Sistema de Saturno é diferente ou semelhante ao Sistema da Terra. Por exemplo: Como as partes dos dois sistemas são diferentes ou semelhantes? Como as interações entre as partes podem ser diferentes ou semelhantes? Como as entradas e saídas são diferentes ou semelhantes? (Veja as informações em Fundamentos para Discussão da Atividade.)
• Apresente e distribua a transparência do Sistema de Anéis de Saturno  (Figura 2).
• Discuta as observações dos estudantes sobre a ilustração do anel. Por exemplo: Quantos anéis existem? Os anéis aparecem em ordem alfabética de Saturno de dentro para fora? Qual a largura dos anéis em relação ao planeta Saturno e ao Sistema Terra-Lua?

Explique que a próxima parte da atividade envolverá olhar para um close-up de uma seção menor dos anéis, e mostre aos estudantes as cinco páginas dos Diagramas do Sistema de Saturno  (Figuras 4).

Instruções detalhadas para a montagem do diagrama são mostradas na Figura 3.

Diga aos estudantes que Saturno na escala do diagrama é do tamanho de uma bola de basquete. Mostre-lhes como colar e unir as placas para formar o diagrama completo do Sistema Saturno:

• Alinhe as linhas centrais de cada seção (rotuladas A, B, C e D).
• Use o arco do anel G para estimar a conexão entre as seções A e B.
• Cole A e B juntas.
• Alinhar C e D com B e colar todas juntas.
• A última placa ficará isolada, mais afastada. Mas alinhe sua linha central com a linha central das outras placas.

Nota: Estudantes mais velhos ou mais avançados podem obter uma representação mais precisa das distâncias dimensionadas para as luas fora do anel A, seguindo as instruções em Como Montar o Diagrama do Sistema de Saturno. (Para estudantes em níveis mais baixos, esse grau de cuidados na montagem provavelmente levará demorará muito tempo e se afasta do conceito principal da atividade.)

Coloque os estudantes em um número adequado de pequenos grupos de trios (3) ou quartetos (4) aprendizes. Dê a cada grupo uma cópia do Diagrama do Sistema Saturno de 5 páginas e uma cópia das Imagens Voyager de Saturno  (Figuras 1A e 1B). Peça aos estudantes que colem cuidadosamente e alinhados os seus diagramas.

Peça aos estudantes que olhem seu diagrama do sistema Saturno montado e revisem-no brevemente. Peça-lhes para compartilhar suas observações imediatas – por exemplo, o número de anéis, lacunas ou divisões; localização de luas; tamanho da Terra em relação a Saturno e Titã; notas especiais sobre vários elementos do sistema, etc.

Opcional: Passe uma bola de basquete para cada grupo para que os estudantes possam comparar seu tamanho com Saturno em seu diagrama.

Distribua uma cópia das páginas do Caça Aos Tesouros do Sistema Saturno (Figura 5) para cada grupo. É importante que os estudantes leiam todas as informações para cada pergunta para aprenderem mais sobre o Sistema Saturno. Explique que cada seção da Caça Aos Tesouros inclui perguntas para os estudantes responderem, consultando o Diagrama do Sistema Saturno. Algumas seções incluem espaço para os estudantes gerarem perguntas adicionais que possam ser respondidas usando o diagrama. Informe os estudantes que seus colegas de classe serão desafiados a responder às perguntas que eles criarem consultando o diagrama.

Depois que os estudantes completarem a Caça ao Tesouro do Sistema Saturno, mande-os trocarem o Caça Aos Tesouros com outro grupo. Cada grupo tentará então encontrar respostas para as perguntas criadas por seu grupo parceiro.

Revise e discuta o Caça aos Tesouros. (Veja a tabela de respostas do Caça Aos Tesouros do Sistema Saturno  [Figura 6] no final desta atividade.)

Oriente os estudantes a observar ver como o Sistema de Saturno é um exemplo de sistema.

• Quais são as partes de um sistema?
• Como eles se relacionam e interagem entre si?
• Quais são as entradas e saídas do sistema?

(Veja informações em Fundamentos para Discussão da Atividade.) A Figura 7, a Tabela do Sistema Saturno, pode ser fornecida aos estudantes para obterem informações adicionais no trabalho com o  Diagrama do Sistema Saturno (ver Exercícios Adicionais).

Parte III: AVALIAÇÃO

Dê a cada estudante uma cópia do Diagrama de Venn dos Sistemas Terra/Saturno (Figura 8). Peça aos estudantes que pensem sobre como os dois sistemas são semelhantes e como eles são diferentes em termos de definição de um sistema. Explique as três áreas diferentes no Diagrama de Venn – a região onde os círculos se cruzam deve conter aspectos que ambos os sistemas têm em comum, e as regiões que não se sobrepõem devem conter aspectos exclusivos de cada sistema.

Fazer com que os estudantes registrem aspectos do sistema nas áreas apropriadas no Diagrama de Venn. Peça aos estudantes que registrem pelo menos três aspectos do sistema em cada área.

Faça com que os estudantes escrevam um parágrafo ou dois na parte de trás de suas folhas de diagrama de Venn que explica de que modo o Sistema de Saturno é um sistema. Diga-lhes que suas explicações devem incluir exemplos específicos para ilustrar várias propriedades do sistema.

Critérios de Avaliação

O estudante deve identificar diferenças e semelhanças entre os dois sistemas e escrevê-las nas áreas corretas do diagrama de Venn. Alguns itens incluídos podem ser:

SISTEMA TERRESTRE

• Parte interna do Sistema Solar.
• Possui uma lua.
• Habitada por humanos e outras formas de vida.
• A Lua já foi visitada por seres humanos (18 homens, dos quais 12 alunissaram).
• Terra e Lua feitas principalmente de rocha.
• O planeta não tem anéis.

SISTEMA SATURNO

• Parte externa do Sistema Solar.
• Possui muitas luas.
• Desabitada.
• Planeta é uma bola de gás em vez de rocha.
• Planeta tem anéis.

SISTEMAS TERRA E SATURNO

• Tem elementos que interagem.
• São subsistemas do Sistema Solar.
• Orbitam o Sol.
• Tenha pelo menos uma lua.
• Foram explorados por sondas espaciais.
• São mantidos unidos pela força da gravidade.

No parágrafo escrito pelos estudantes, o sistema de Saturno deve ser explicado como um sistema composto por vários elementos, incluindo um planeta, anéis e luas. Deve haver dois ou três exemplos de como os componentes do sistema interagem ou se relacionam uns com os outros, e pelo menos um exemplo de entrada e saída para o sistema. (Ver informações em Fundamentos para Discussão das Atividades.)

Parte IV: QUESTÕES PARA REFLEXÕES PLANETÁRIAS

• Como o céu noturno seria diferente se você vivesse no Sistema de Saturno em vez do Sistema Terra-Lua? (É possível simular isso com softwares livres do tipo Stellarium).
• Quais são as semelhanças e diferenças entre o Sistema de Saturno e o Sistema Solar?
• Quais são as semelhanças e diferenças entre o Sistema de Saturno e o sistema que você diagramou no início da aula?

Parte V. INDO ALÉM DA MISSÃO: EXTENSÕES DA ATIVIDADE

1. Peça aos estudantes que façam medições adicionais e cálculos de distâncias no Diagrama do Sistema Saturno. Consulte a tabela do Sistema Saturno para obter medidas e fatores de escala.

2. Peça aos estudantes que façam um modelo em escala 3D de Saturno e seus anéis principais usando uma bola de isopor de 7,5 cm de diâmetro e outros materiais básicos.

SATURNO EM 55 PERGUNTAS

Essas perguntas e suas respostas podem ser usadas para fornecer fundamentos a educadores (professores e mediadores) ou ainda para explorar os conhecimentos prévios dos estudantes e facilitar discussões com os estudantes. As respostas são encontradas aqui. (fazer link).

SOBRE SATURNO

• 1. Quando descobrimos Saturno?
• 2. Como Saturno obteve seu nome?
• 3. Onde está Saturno?
• 4. Qual a idade de Saturno?
• 5. Qual o tamanho de Saturno?
• 6. Se Saturno é muito mais massivo que a Terra, por que se diz que Saturno poderia flutuar na água?
• 7. Do que Saturno é feito?
• 8. Poderíamos respirar a atmosfera de Saturno?
• 9. Imagens de Saturno mostram que ele meio que achata perto dos polos e é mais largo no equador. Por que isso ocorre?
• 10. Por que Saturno é tão maior e mais massivo que a Terra?
• 11. Como Saturno não tem uma superfície sólida, eu afundaria no meio do planeta se tentasse andar até lá?
• 12. Como é a gravidade em Saturno? Eu pesaria o mesmo em Saturno como na Terra?
• 13. Qual é a temperatura em Saturno?
• 14. Saturno tem ventos e tempestades?
• 15. Uma vez que Saturno e Júpiter são ambos feitos de hidrogênio e hélio, por que Saturno não é da mesma cor que Júpiter?
• 16. Existe vida em Saturno?
• 17. Saturno tem um campo magnético como o da Terra?
• 18. Quanto tempo é um dia em Saturno?
• 19. Quanto tempo é um mês em Saturno?
• 20. Quanto tempo é um ano em Saturno?
• 21. Saturno tem estações como a Terra?

SOBRE OS ANÉIS

• 22. Como descobrimos pela primeira vez sobre os anéis de Saturno?
• 23. De que são feitos os anéis de Saturno? Eles são sólidos?
• 24. Quantos anéis existem?
• 25. Os anéis se movem?
• 26. Na sequência de abertura do programa de TV Star Trek: Voyager, uma nave passa pelos anéis de Saturno de baixo para cima. Os anéis contêm mais espaço vazio ou mais partículas sólidas?
• 27. Qual o tamanho dos anéis?
• 28. Quantas coisas tem nos anéis?
• 29. As partículas de anel colidem?
• 30. Por que Saturno tem anéis? Como os anéis foram feitos?
• 31. Quantos anos têm os anéis? Saturno sempre teve anéis? Sempre terá anéis?
• 32. Existem outros planetas com anéis?
• 33. Por que a Terra não tem anéis?
• 34. Se a Terra tivesse anéis como os de Saturno, como eles seriam vistos do solo?

Luas

• 35. Quantas luas Saturno tem?
• 36. Quem descobriu todas essas luas?
• 37. Como as luas conseguiram seus nomes?
• 38. As luas de Saturno são como a Lua da Terra?
• 39. Por que Saturno tem tantas luas, mas a Terra só tem uma?
• 40. As luas de Saturno estão nos anéis? As luas colidem com as partículas do anel?
• 41. Qual é a diferença entre uma lua e uma partícula de anel?
• 42. Como é a gravidade nas luas de Saturno? Podemos ir até lá?
• 43. Há vulcões em alguma das luas de Saturno?
• 44. Quão frias são as luas de Saturno?
• 45. Alguma das luas de Saturno tem atmosfera? Podemos respirar?
• 46. Há água em Titã?
• 47. Existe vida em Titã?
• 48. Como é o clima em Titã?
• 49. Cassini carrega uma sonda que vai para Titã, não Saturno ou qualquer outra lua? Por que Titã?
• 50. Haverá uma missão que levará humanos a Titã em um futuro próximo?

OBSERVAR SATURNO NO CÉU

• 51. Posso ver Saturno no céu à noite?
• 52. Posso ver os anéis de Saturno da Terra?
• 53. O que faço se quiser ver os anéis de Saturno, mas não tenho um telescópio poderoso o suficiente?
• 54. Se eu estivesse em Saturno ou Titã, eu poderia ver a Terra e sua Lua? Eu precisaria de um telescópio?
• 55. Se eu estivesse em Titã, como seria Saturno?

Figura 1A. IMAGEM SATURNO, SONDA VOYAGER.

Parece que três luas estão espalhadas sobre Saturno, mas na realidade, todas as luas conhecidas de Saturno, exceto as duas mais externas orbitam no mesmo plano que os anéis de Saturno. Em imagens, uma lua pode aparecer fora do plano anelar de Saturno por causa da posição da lua em sua órbita e do ângulo de onde o sistema de Saturno está sendo visto. A pequena sombra escura na superfície de Saturno é a de uma quarta lua, que não aparece na imagem.

Figura 1B. IMAGEM DE SATURNO, MISSÃO CASSINI.

SATURNO E A MISSÃO VOYAGERS: UM BELO ENCONTRO

Os encontros das Voyagers 1 e 2 com Saturno ocorreram com nove meses de diferença, em novembro de 1980 e agosto de 1981. A Voyager 1 ainda está deixando o Sistema Solar. A Voyager 2 completou seu encontro com Urano em janeiro de 1986 e com Netuno em agosto de 1989, e agora também está a caminho das bordas do Sistema Solar.

Os dois encontros com Saturno aumentaram nosso conhecimento e alteraram nossa compreensão de Saturno. As extensas observações e de longo alcance realizadas forneceram dados de alta resolução muito diferentes da imagem montada durante séculos de estudos baseados em telescópios na Terra.

Resumo das descobertas científicas das duas Voyagers ao passar pelo Sistema Saturno.

A atmosfera de Saturno é quase inteiramente de hidrogênio e hélio. A Voyager 1 descobriu que cerca de 7% do volume da atmosfera superior de Saturno é hélio (em comparação com 11% da atmosfera de Júpiter), enquanto quase todo o resto é hidrogênio. Uma vez que a abundância interna de hélio de Saturno era esperada que fosse a mesma de Júpiter e do Sol, a menor abundância de hélio na atmosfera superior pode implicar que o hélio mais pesado pode estar lentamente afundando através do hidrogênio de Saturno; o que pode explicar o excesso de calor que Saturno irradia sobre a energia que recebe do Sol. (Saturno é o único planeta menos denso que a água. No caso improvável de que um lago pudesse ser encontrado grande o suficiente, Saturno flutuaria nele.)

Contrastes e diferenças de cores em Saturno poderiam ser resultado de uma mistura mais horizontal ou menos produção de cores localizadas do que na atmosfera de Júpiter. Enquanto a Voyager 1 viu poucas marcas, as câmeras mais sensíveis da Voyager 2 viram muitas: ovais de longa duração, características inclinadas em zonas de cisalhamento Leste-Oeste, e outras semelhantes, mas geralmente menores do que, em Júpiter.

Os ventos sopram em altas velocidades em Saturno. Perto do equador, as Voyagers mediram ventos com cerca de 500 metros por segundo. O vento sopra principalmente na direção leste. Ventos mais fortes são encontrados perto do equador, e a velocidade cai uniformemente em latitudes mais altas. Em latitudes superiores a 35 graus, os ventos alternam entre leste e oeste à medida que a latitude aumenta. O domínio acentuado das correntes de jato para leste indica que os ventos não estão confinados à camada de nuvens, mas devem se estender para dentro pelo menos por 2.000 quilômetros. Além disso, medições da Voyager 2 mostram uma impressionante simetria norte-sul que leva alguns cientistas a sugerir que os ventos podem se estender de norte a sul através do interior do planeta.

Enquanto a Voyager 2 estava atrás de Saturno, seu feixe de ondas de rádio penetrou a atmosfera superior, e mediu sua temperatura e sua densidade. Temperaturas mínimas de -190 graus Celsius foram encontradas no nível de 70 milibares (a pressão da superfície na Terra é de 1.000 milibares). A temperatura aumentou para -130 graus Celsius nos níveis mais profundos sondados – com cerca de 1.200 milibares. Perto do polo norte as temperaturas eram cerca de 10 graus Celsius mais frias a 100 milibares do que em latitudes médias. A diferença pode ser sazonal.

As Voyagers encontraram emissões ultravioletas de hidrogênio semelhantes a aurora em latitudes médias na atmosfera, e auroras em latitudes polares (acima de 65 graus). A atividade auroral de alto nível pode levar à formação de moléculas complexas de hidrocarbonetos que são transportadas em direção ao equador. As auroras de latitude média, que ocorrem apenas em regiões iluminadas pelo sol, permanecem um quebra-cabeça, uma vez que o bombardeio por elétrons e íons, conhecidos por causar auroras na Terra, ocorre principalmente em altas latitudes.

Ambas as Voyagers mediram a rotação de Saturno (duração de um dia) em 10 h, 39 min e 24 seg.

Figura 2. SISTEMA DE ANÉIS DE SATURNO

Nota: Os anéis de Saturno consistem em partículas individuais. A densidade relativa das partículas é representada pelo espaçamento dos círculos dentro de cada anel. Marcadores coloridos podem ajudar a visualizar os anéis.

Figura 3. COMO MONTAR O DIAGRAMA DO SISTEMA SATURNO

1. Certifique-se de que você tem todas as 5 seções (A, B, C e D1 e D2) do Diagrama do Sistema de Saturno. Coloque a Seção B à direita da Seção A para que estejam alinhados ao longo da linha central, conforme ilustrado abaixo.

2. Coloque a régua sobre as duas seções de modo que a marca final “0” do medidor se alinhe com o Centro de Saturno, localizado perto da borda esquerda da Seção A. Agora alinhe o bastão da régua com a linha preta que vai da esquerda para a direita através do centro de cada seção do diagrama. Ajuste a posição da Seção B para a esquerda ou para a direita, conforme necessário, de modo que o anel G cruze a linha central a 34 cm na vara do medidor. Quando tiver certeza de que está em posição, cole as duas seções juntas. (Quando as páginas estão corretamente posicionadas, as bordas horizontais podem ou não se sobrepor.) Amarre-as juntas para que as linhas centrais sejam contínuas, alinhadas e retas. Não deixe a régua grudar nas seções!

3. Coloque a Seção C à direita da Seção B; em seguida, coloque D ao lado de C. Ajuste a Seção D para a esquerda ou para a direita para que a lua Dione esteja localizada a 75,5 cm do Centro de Saturno. Quando você tiver Dione em posição, cole as seções B, C e D1 juntas. Como antes, as bordas podem ou não se alinhar.

4. A última seção D2 posiciona a grande Titã. Ela ficará mais afastada e isolada. Estique uma fita métrica até Titã estiver corretamente posicionado há 2,44 m do Centro de Saturno. Agora, você já montou seu Diagrama do Sistema Saturno  e está pronto para começar sua Caça Aos Tesouros de Saturno!

Figura 4A. Diagrama do Sistema de Saturno (1 de 5)

Nota: Os anéis de Saturno consistem em partículas individuais. A densidade relativa das partículas é representada pelo espaçamento dos círculos dentro de cada anel.

Figura 4B. Diagrama do Sistema de Saturno (2 de 5)

Os anéis de Saturno consistem em partículas individuais. A densidade relativa das partículas é representada pelo espaçamento dos círculos dentro de cada anel.

Nota: para preservar a escala de distância precisa, coloque esta seção de modo que o Anel G esteja localizado a 34 cm do Centro de Saturno. Escala: 1 cm = 5.000 km. Corte primeiro, depois cole as folhas. Não deixe a régua grudar no diagrama.

Figura 4C. Diagrama do Sistema de Saturno (3 de 5)

Nota: Os anéis de Saturno consistem em partículas individuais. A densidade relativa das partículas é representada pelo espaçamento dos círculos dentro de cada anel. Corte primeiro, depois cole as folhas. Não deixe a régua grudar no diagrama.

Figura 4D1. Diagrama do Sistema de Saturno (4 de 5)

Nota: Os anéis de Saturno consistem em partículas individuais. A densidade relativa das partículas é representada pelo espaçamento dos círculos dentro de cada anel.

Nota: para preservar a escala de distância precisa, coloque esta seção de modo que Dione esteja localizada a 75,5 cm do Centro de Saturno. Corte primeiro, depois cole as folhas. Não deixe a régua grudar no diagrama.

Figura 4D2. Diagrama do Sistema de Saturno (5 de 5)

Nota: Os anéis de Saturno consistem em partículas individuais. A densidade relativa das partículas é representada pelo espaçamento dos círculos dentro de cada anel.

Nota: para preservar a escala de distância precisa, coloque esta seção de modo que Titã esteja localizada a 244 cm do Centro de Saturno. Esta seção ficará isolada das anteriores. Fixe-a no local onde estiver montando o diagrama do Sistema de Saturno.

Figura 5. Caça aos Tesouros do Sistema Saturno

Aos membros do grupo de estudantes: Usem as informações no modelo em escala de Diagrama do Sistema de Saturno montado para encontrar respostas para as seguintes questões. Nas seções A e B abaixo, use o espaço fornecido para criar duas ou três de suas próprias perguntas. Você deve ser capaz de responder às perguntas que criar consultando o diagrama. Seus colegas serão desafiados a responder as perguntas que o seu grupo criar.

Seção A: Anéis e Divisões

• 1. Os anéis de Saturno não são sólidos, mas são compostos de muitos pedaços de gelo e rocha que variam em tamanho de um grão de areia até uma casa. Os nomes dos anéis na ordem em que aparecem do topo das nuvens de Saturno para fora em direção à lua Titã são: _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____.

• 2. Jean-Dominique Cassini é a pessoa que descobriu uma divisão (lacuna) nos anéis de Saturno em 1659. Os anéis ________ e _______ estão em ambos os lados da Divisão Cassini.
• 3. Os anéis mais estreitos de longe são o anel ________ e o anel ________ .
• 4. Compare as imagens das Missões Voyagers e Cassini de Saturno e o Diagrama do Sistema Saturno  (e outras imagens do Sistema de Anéis de Saturno que obtiverem) e explique qual dos anéis de Saturno você acha que estamos vendo na Imagem da Voyager.
• 5. Agora, é sua vez. Quais as suas questões sobre os anéis e lacunas de Saturno.

Seção B: Luas de Saturno

• 1. Segundo esse modelo, existem _______ (um número) luas orbitando Saturno a distâncias mais próximas do planeta do que o anel G.
• 2. Segundo esse modelo, existem ________ (um número) luas orbitando Saturno a distâncias mais distantes do planeta do que o anel G. Não se esqueça de contar as luas que estão mais distantes do que Titã. Todas as luas de Saturno, exceto as duas mais distantes, orbitam Saturno no mesmo plano que os anéis.
• 3. A lua mais distante de Saturno está realmente orbitando muito lentamente na direção oposta de todas as outras luas e partículas de anel. Pode ser um asteroide capturado pela gravidade de Saturno. A nave Cassini investigou essa possibilidade. Esta lua é chamada __________________________________________________________.
• 4. Agora, é sua vez. Quais as suas questões sobre as luas de Saturno.

Seção C: Relações e Interações entre os elementos do Sistema Saturno

• 1. ___________________ é a força que mantém as luas e as partículas do anel em órbita ao redor de Saturno.
• 2. O anel mais largo de Saturno tem uma lua chamada Encelado orbitando onde o anel é mais denso. Encelado tem “vulcões” de gelo que fornecem ao anel _______ pequenas partículas de gelo. Cassini observou Encelados e seus instrumentos detectaram muitos gêiseres de gelo.
• 3. O anel ______ tem uma lacuna perto de sua borda externa causada pela pequena lua chamada Pan. Cassini tinha como missão descobrir outras luas como Pan que orbitam dentro dos anéis A e B.
• 4. O estreito anel _______ é mantido agrupado (“pastoreado”) pela gravidade das luas Prometeus e Pandora, que orbitam em ambos os lados do anel.
• 5. As minúsculas luas Janus e Epimeteu estão entre os anéis ______ e ______ . As forças gravitacionais entre essas pequenas luas de formas estranhas fazem com que troquem as órbitas entre si.

Seção D: Compare o tamanho da Terra com o tamanho de Saturno

Para a seguinte caçada, faça medições em centímetro com o máximo de precisão possível. E use uma calculadora:

• 1. Meça o diâmetro em escala da Terra no Diagrama do Sistema de Saturno: __________ cm. Use sua medição para calcular o diâmetro da Terra:

__________ cm	× 5,000 km/cm	= ______________ km
(diâmetro em escala)	(fator de escala)	(diâmetro real)

• 2. Meça o raio em escala de Saturno no Diagrama do Sistema de Saturno: __________ cm. Use sua medição para calcular o raio real de Saturno:

__________ cm	× 5,000 km/cm	= ______________ km
(raio em escala)	(fator de escala)	(raio real)

• 3. Qual é o diâmetro real de Saturno? Diâmetro real de Saturno= 2 × (raio de Saturno) = __________ km

• 4. Compare o diâmetro de Saturno com o diâmetro da Terra achando a razão do diâmetro de Saturno com o diâmetro da Terra:

Diâmetro de Saturno Diâmetro da Terra

= ______________________

= ______________________

Portanto, o diâmetro de Saturno é___________ vezes maior do que o diâmetro da Terra.

Nota: Use o problema definido acima como um modelo para construir um problema que compara o tamanho de Titã (a maior lua do sistema de Saturno) com o tamanho da Lua da Terra.

Figura 6. Respostas do Caça ao Tesouro do Sistema Saturno

Seção A: Anéis e Lacunas

• 1. D, C, B, A, F, G e E.
• 2. A e B.
• 3. F e G.
• 4. Nem todos os anéis são visíveis na imagem Voyager de Saturno. Os anéis F, G e E, e a maioria dos anéis D e C, são fracos demais para serem vistos. Considerando os tamanhos das características observáveis na imagem Voyager e suas distâncias do topo das nuvens de Saturno, estamos vendo os brilhantes anéis B e A com a Divisão Cassini no meio. É possível que estejamos vendo um pouco do anel C, mas é difícil dizer por que não há uma diferença visível entre o anel B e o anel C.
• 5. Uma possível pergunta de estudante sobre anéis e lacunas:
• O anel mais brilhante e denso é o anel ______. (Resposta — Anel B).

Seção B: Luas de Saturno

• 1. Seis luas — Pan; Atlas; Prometeus e Pandora; Epimeteu e Janus.
• 2. Doze luas — Mimas; Encelado; Tétis, Telesto e Calipso; Dione e Helene; Titã; Réia; Hiperião; Jápeto e Febe.
• 3. Febe.
• 4. Possível pergunta estudantil sobre as luas: A maior lua do sistema de Saturno é ______. (Resposta — Titã).

Seção C: Relações e Interações

• 1. Gravidade.
• 2. Anel E.
• 3. Anel A.
• 4. Anel F.
• 5. Anel F e Anel G.

Seção D: Compare o tamanho da Terra com o tamanho de Saturno (opcional)

• 1. Diâmetro em escala da Terra = 2,5 cm; 2,5 cm ×  5.000 km/cm = 12.500 km (na verdade, 12.800 km)
• 2. Raio em escala de Saturno = 12,0 cm; 12,0 cm ×  5.000 km/cm = 60.000 km (na verdade, 60.300 km)
• 3. Diâmetro real de Saturno = 120.000 km (diâmetro = 2 ×  raio — na verdade, 120.600 km)
• 4. Razão do diâmetro de Saturno para o diâmetro da Terra = 9,6 (na realidade, a razão é de cerca de 9,4).

Figura 7. Tabela do Sistema Saturno

Lua / Anel	Distância ao Centro de Saturno(cm)	Fator de escala (km/cm)	Distância aproximada ao Centro de Saturno (km)
Anel D (extremo interno)	13.4	× 5,000	67,000
Anel C (extremo interno) Anel D (extremo externo)	14.9	× 5,000	74,500
Anel B (extremo interno) Anel C (extremo externo)	18.4	× 5,000	92,000
Anel B (extremo externo) Divisão Cassini (extremo interno)	23.5	× 5,000	117,500
Anel A (extremo interno) Divisão Cassini (extremo externo)	24.4	× 5,000	122,000
Divisão Encke e Pan	26.7	× 5,000	133,500
Anel A (extremo externo)	27.4	× 5,000	137,000
Atlas	27.5	× 5,000	137,500
Prometeus	27.9	× 5,000	139,500
Anel F	28.0	× 5,000	140,000
Pandora	28.3	× 5,000	141,500
Epimeteu e Janus	30.3	× 5,000	151,500
Anel G	34.0	× 5,000	170,000
Anel E (aprox. Extremo interno)	36.2	× 5,000	181,000
Mimas	37.1	× 5,000	185,500
Encelado	47.6	× 5,000	238,000
Tétis, Telesto e Calipso	58.9	× 5,000	294,500
Dione e Helene	75.5	× 5,000	377,500
Anel E (aprox. extremo externo)	96.6	× 5,000	483,000
Réia	105.0	× 5,000	525,000
Titã	244.0	× 5,000	1,220,000

Opcional: Os estudantes podem medir os itens sombreados usando o Diagrama do Sistema Saturno.

Figura 8. SISTEMA TERRA / SISTEMA DE SATURNO

Diagrama de Venn da Terra/Saturno