Universo em Escala: Visitando as luas de 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!

• 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.

Visitando as luas de Saturno

Nessa missão, vamos interpretar as informações fornecidas em um conjunto de Cartões Luas de Saturno para comparar as luas de Saturno com a Lua da Terra, e investigar propriedades lunares e relações físicas dentro de um Sistema Planeta-Luas.

Por exemplo, quanto mais distante a lua está do centro do planeta, mais lenta é a sua Velocidade Orbital, e mais longo é o seu Período Orbital. Além de investigar as luas, teremos como desafio completar e criar o seu próprio Cartão Lua de Saturno para uma “lua misteriosa” de Saturno, cujo tamanho, massa e distância do centro de Saturno são especificados.

Habilidades desenvolvidas durante a missão

A missão será realizada em grupos e precisará que você desenvolva várias habilidades importantes para o trabalho científico, tais como:

• Trabalhar em grupos, a equipe da missão.
• Leitura de informação na área de contexto da ciência.
• Familiaridade básica com conceitos de massa, superfície, gravidade, período orbital e velocidade orbital.
• Interpretar Notação Científica (unidades de medida, símbolos, etc.).
• Usar Diagramas de Venn para organizar informações.
• Coletar informações e classificar os dados.

Equipamentos, Materiais e Ferramentas

Para o professor

• Fotocopiadora (para transparências e cópias comuns).
• Retroprojetor ou datashow.
• Marcador para escrever sobre transparências.
• Quadro branco ou cavalete com papel;
• Giz ou algum marcador semelhante.

Para cada grupo de 2-3 estudantes

• Fita adesiva transparente.
• Papel comum ou caderno.
• Lápis.

Materiais para reproduzir

As figuras 1-21 são fornecidos no final desta atividade.

FIGURA	TRANSPARÊNCIAS	CÓPIAS
1	1	1 por estudante
2–19		1 conjunto por grupo
20	1	opcional
21		1 por estudante

FUNDAMENTOS PARA DISCUSSÃO DAS ATIVIDADES

Os cartões Luas de Saturno são informativos eapresentam várias grandezas físicas sobre as luas. Discuta os conceitos com sua turma, professor ou mediador da atividade e também com sua equipe para garantir que todos da missão compreenderam bem seus significados.

Raio e tamanho: Para determinar o tamanho real de uma lua ou um planeta, os cientistas fazem imagens dela e usam a distância conhecida ao objeto e a resolução da câmera para determinar uma “escala” para a imagem (por exemplo, 1 elemento de imagem ou “pixel” = 10 km). Por exemplo, se uma lua arredondada cobre 6 pixels na imagem, o diâmetro da lua será de 6 pixels × 10 km/pixel = 60 km.

Algumas luas têm formas não esféricas e, portanto, pode haver mais de um tamanho (comprimento, largura e espessura). Se uma lua é redonda, então um tamanho (Raio) é suficiente.

Distância ao centro de Saturno: Medições cuidadosas da posição de uma lua no céu são usadas para calcular uma expressão matemática para a órbita da lua, incluindo sua distância ao centro de Saturno.

Para uma estimativa rápida e menos precisa, os astrônomos fazem imagens da Lua e de Saturno juntos e usam a escala da imagem, assim como é feito para determinar o seu tamanho.

Velocidade Orbital: é a velocidade de um objeto em órbita em torno de outro objeto. Para determinar a Velocidade Orbital de uma lua ao redor de Saturno, os astrônomos podem tirar fotos da lua durante um período de tempo, e medir o quanto ela se afasta em sua órbita ao redor de Saturno durante esse tempo. Essas informações podem ser usadas para calcular uma velocidade (velocidade = distância/tempo). Se você já sabe a distância da lua do centro de Saturno, então você pode usar equações matemáticas (as Leis de Newton) para calcular a Velocidade Orbital. Velocidade Orbital é a mesma para todos os objetos orbitando o mesmo corpo central a uma mesma distância do centro. A expressão matemática para a órbita de uma lua permite uma fácil computação de sua Velocidade Orbital.

Período Orbital: é o tempo que a Lua leva para dar uma volta completa em torno de sua órbita de um planeta. O Período Orbital pode ser observado diretamente ou calculado usando a distância da lua do centro de Saturno (usando as Leis de Kepler), e faz parte da expressão matemática para sua órbita.

Massa: é uma medida da quantidade de matéria que compõe um objeto. A maneira mais direta de medir a Massa de uma lua funciona apenas para as luas maiores. Envolve uma sonda espacial voando muito perto da lua para ver como a gravidade da lua influencia a velocidade e a direção da viagem da sonda. Menos facilmente, o efeito da Massa de uma lua no movimento de outra lua pode ser usado para determinar a massa de uma lua. A partir desses métodos, a Massa pode ser calculada (usando as Leis de Newton). Esses métodos não funcionam bem para as menores luas porque elas não têm gravidade forte o suficiente para ter um efeito mensurável na velocidade de uma sonda ou na velocidade de outra lua a longas distâncias. Por isso, as massas das luas menores estão, em grande parte, ainda desconhecidas.

Gravidade na Superfície: A Gravidade na Superfície de um planeta ou lua é uma medida da aceleração da gravidade na superfície. Para a Terra, a aceleração da gravidade é cerca de 9,8 m/s². Para a Lua da Terra, é 0,17 vezes esse valor, ou cerca de 1,7 m/s². Isto determina quanto você pesaria na superfície do astro.

Para calcular a Gravidade na Superfície de um astro, você precisa conhecer o tamanho (R) e a Massa (M) da lua. A Gravidade na Superfície é calculada com a expressão GM/R², onde R é o raio da lua, M é a massa da lua, e G é a constante gravitacional universal. Como as massas das luas menores são desconhecidas, suas gravidades superficiais também são desconhecidas.

A MISSÃO

A nossa missão será organizada em três partes.

PARTE I: O QUE SABEMOS SOBRE A LUA DA TERRA?

O educador pode apresentar o Perfil da Lua da Terra (Figura 1). Inicialmente, apresentando apenas a Imagem da Lua e fazendo aos estudantes as seguintes questões para conhecer um pouco o que o grupo sabe e também promover uma maior curiosidade:

1. O que vocês já ouviram falar sobre a Lua?
2. Por que a chamamos de Lua?
3. O que a humanidade já fez para investigar a Lua?
4. O que gostariam de saber sobre a Lua?

Registre as respostas dos estudantes em uma transparência ou quadro ou tela de projetor.

Dê a cada estudante uma cópia do Perfil da Lua da Terra. Dê aos estudantes tempo para registrarem respostas sobre os dados da Lua coletados na transparência. Compartilhe a outra metade da transparência, revise brevemente os dados fornecidos da Lua e revise a terminologia usada, incluindo termos como “Período Orbital” e “Gravidade na Superfície.” (Veja Fundamentos para Discussões, acima).

PARTE II: FAZENDO CONTATO COM O SISTEMA SATURNO

Diga aos estudantes que essa atividade vai observar e investigar mais de perto um dos elementos do Sistema Saturno – as suas Luas, também chamadas de satélites naturais.

Usaremos, aqui, a estratégia dos “OQS”: (O Que já Sabemos?) e (O Que queremos Saber?) como forma de envolver o grupo na atividade.

Desenhe uma linha vertical no centro do quadro, formando duas colunas. No topo da primeira coluna, escreva “O que já sabemos sobre as Luas de Saturno“. Pergunte aos estudantes o que eles já sabem sobre as luas de Saturno. Registre suas respostas na primeira coluna.

* A quantidade de luas conhecidas mudou bastante nas últimas décadas, graças às observações e descobertas das várias missões de sondas espaciais enviadas para os diferentes planeta. Por exemplo, até setembro de 1999, Urano era o recordista de luas – e as descobertas da época indicavam que Urano teria 21 luas, comparadas com as 18 luas de Saturno, conhecidas na época. A Missão da Sonda Cassini-Huygens descobriu novas luas.

A melhor maneira de responder esse tipo de curiosidade dos estudantes é indicar onde eles poderão sempre se atualizar sobre o assunto. Um site bastante atualizado é o site Solar System Exploration da NASA. Segundo esse site, até abril de 2020, Saturno possui 82 luas, 53 confirmadas e 29 aguardando confirmação e nomeação oficial da União Astronômica Internacional. E Urano tem 27 confirmadas. Você poderá sempre se manter atualizado.

Aproveite, quando esse tipo de questão aparecer para explicar o processo da observação, confirmação das observações, medidas e cálculos de trajetórias e períodos orbitais, nome provisório até chegar à confirmação oficial com a definição de uma nome oficial.

No topo da segunda coluna, escreva “O que queremos saber sobre as luas de Saturno?“. Pergunte aos estudantes o que eles querem aprender sobre as luas de Saturno. Registre suas questões na segunda coluna. Esta estratégia sempre nos surpreende com a qualidade das questões autênticas dos estudantes.

Faça um conjunto de Cartas Luas de Saturno (Figuras 2-19) para cada grupo de estudantes, antes da próxima parte da atividade. Para fazer um conjunto, copie os Cartões Luas de Saturno. Você pode querer usar um Diagrama de Venn para introduzir semelhanças e diferenças entre o Sistema Saturno e o Sistema Terra-Lua.

Você pode querer usar a mitologia grega para introduzir os nomes das luas de Saturno. Consulte a página sobre Mitologias Astronômicas: Saturno e outros recursos, como literatura infantil ou vídeos disponíveis.

Organize os estudantes em duplas ou trios de aprendizagem. Dê a cada grupo um conjunto completo de Cartões Luas de Saturno (Figuras 2-19). Revise o significado das propriedades listadas nos cartões (consulte Fundamentos para Discussões).

Instrua os grupos a estudarem os Cartões e a selecionar a lua de Saturno que eles acreditem ser a mais parecida com a Lua da Terra. Lembre-os de usar a informação sobre a Lua da Terra para comparação. Oriente os estudantes para considerar as diferentes propriedades de suas características superficiais e aparência física, tais como a distância ao centro do planeta, Velocidade Orbital e Período Orbital, Raio, Massa, e Gravidade na Superfície. Calcule também a Densidade quando for possível (ver dados disponíveis e faixa etária dos estudantes), e compare-a com a Densidade da Lua terrestre.

Quando os grupos encontram a lua que eles acreditem ser a mais parecida com a Lua da Terra, façam com que os estudante criem um Cartão de Comparação entra as Luas. Peça ao grupo que coloque os Cartões da Lua da Terra e da Lua de Saturno escolhida lado a lado e anote em uma folha de papel as propriedades correspondentes para a Lua da Terra e da Lua de Saturno que se assemelham. Peça a um membro do grupo para anotar a explicação de como o grupo determinou que as duas luas são semelhantes.

Peça aos grupos que compartilhem os seus Cartões de Comparação das luasque eles criaram e expliquem como eles determinaram que as duas luas são parecidas.

De acordo com os Padrões Nacionais de Educação em Ciências (EUA), “Habilidades necessárias para fazer investigações científicas” incluem projetar e conduzir uma investigação científica (ou seja, os estudantes devem ser capazes de formular questões, projetar e executar experimentos, interpretar dados, sintetizar evidências em explicações, propor explicações alternativas para observações e criticar explicações e procedimentos).

Reúna os estudantes em uma área ampla e diga-lhes que a próxima parte da atividade é usar os Cartões Luas de Saturno para procurar relações entre as várias propriedades (grandezas) das luas de Saturno. Oriente como organizar os cartões de acordo com uma propriedade listada em seus Cartões Luas de Saturno. Por exemplo, peça aos estudantes para ordenarem os Cartões da menor à maior distância ao centro de Saturno. Verifique se cada grupo fez isso corretamente. Para isso, pode fazer uma ordenação das luas segundo a propriedade escolhida, de modo coletivo com toda a turma e, deste modo, chegar juntos à ordem correta – após cada grupo ter proposto uma ordenação.

Explique que as relações podem ser determinadas olhando para os outros dados nos cartões quando os cartões são ordenados ou classificados de uma maneira particular. Por exemplo, pergunte ao estudantes para examinar os cartões ordenados para tentar determinar o que acontece com o Período Orbital à medida que a distância de uma lua ao centro de Saturno aumenta.

Ajude os estudantes a perceber que à medida que a distância ao centro de Saturno aumenta, o Período Orbital também aumenta. Em outras palavras, quanto mais longe uma lua [estável] estiver de Saturno, mais tempo ela leva para orbitar o planeta.

Registre essa relação (e outras descobertas) no quadro: “À medida que a distância ao centro de Saturno aumenta, o Período Orbital também aumenta.” Diga ao estudantes que existem muitas outras relações a serem descobertas a partir dos dados apresentados nos Cartões Luas de Saturno.

Indique outras propriedades listadas nos cartões para mostrar como procurar um padrão de variação (aumento ou redução) de uma grandeza (quantidade). Explique que esta é uma maneira de procurar relações entre grandezas. À medida que um conjunto de valores aumenta, outro aumenta ou diminui? Como isso muda?

Liste os seguintes pares de grandezas físicas que podem ser investigados pelos grupos:

• Massa — Tamanho.
• Tamanho — Forma.
• Data de Descoberta — Tamanho.
• Distância ao Centro de Saturno — Velocidade Orbital.
• Distância ao Centro de Saturno — Massa.
• Velocidade Orbital — Massa.
• Tamanho — Velocidade Orbital

Diga aos estudantes que eles precisam organizar os Cartões Luas de Saturno de diferentes maneiras para testar as relações entre os pares de propriedades listados acima. Mande-os registrar suas conclusões sobre as relações em uma folha separada de papel. Informe os estudantes que pode não existir uma relação clara entre alguns desses pares de propriedades.

Uma vez que todos os grupos tenham registrado suas descobertas, discuta as relações observadas por cada grupo. Veja a Tabela de Relações das Luas de Saturno(Figura 20) para uma amostra de possíveis respostas corretas. Use a figura como transparência ou faça cópias para os estudantes.

A partir do Padrões Nacionais de Educação em Ciências (EUA): “Saber que a investigação científica inclui a avaliação de resultados de investigações científicas, experimentos, observações, modelos teóricos e matemáticos, e explicações propostas por outros cientistas (por exemplo, revisar procedimentos experimentais, examinar evidências, identificar raciocínios incompletos ou inválidos, identificar declarações que vão além das evidências, sugerir explicações alternativas).”

PARTE III: AVALIAÇÃO A ATIVIDADE: O DESAFIO DA LUA MISTERIOSA

Diga aos estudantes que outras luas podem existir no Sistema Saturno. Diga-lhes que a próxima parte da atividade hipotética onde eles irão criar um Cartão Lua Misteriosa. Eles vão modelar seu cartão baseado nos Cartões Luas de Saturno.

Escreva as seguintes informações sobre a “lua misteriosa” no quadro:

1. A lua misteriosa está localizada no Sistema Saturno.
2. A distância da lua misteriosa ao centro de Saturno é a mesma que a distância entre a Terra e a Lua.
3. O Raio, Massa, e Gravidade na Superfície da lua misteriosa são os mesmos da Lua da Terra.

Dê a cada estudante uma cópia do Cartão Lua Misteriosa (Figura 21). Diga aos estudantes que eles devem usar os Cartões Luas de Saturno, Perfil da Lua da Terra, e o que eles aprenderam sobre a descoberta de relações no Sistema Saturno para estimar os dados desconhecidos no Cartão Lua Misteriosa. Uma dica útil é sugerir que o estudantes ordenem os cartões e incluam o Perfil da Lua da Terra. Cada  estudante deve preparar seu próprio Cartão Lua Misteriosa pessoal.

Dê tempo para os estudantes para trabalhar com os Cartões Luas de Saturno e Perfil Lua da Terra. E para que os estudantes completem o seu Cartão Lua Misteriosa, dando à lua misteriosa um nome único, desenhem a lua misteriosa, nomeando-se como descobridor, estimando quando a lua teria sido descoberta por astrônomos reais, estimando um Período Orbital  e  Velocidade Orbital, e escrevendo um parágrafo sobre as características de sua lua.

CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO

O desafio estabelece alguns parâmetros que determinam que valores a Lua Misteriosa poderia ter. Verifique nas luas misteriosas inventadas pelos grupos, se elas estão dentro dos limites aceitáveis.

• O desenho da Lua Misteriosa tem forma esférica? (A Lua da Terra é semelhante em tamanho às luas de Saturno que têm forma esférica.)

• Os dados do Cartão Lua Misteriosa para a Data da Descoberta, Período Orbital e Velocidade Orbital estão dentro dessas faixas:

DATA DA DESCOBERTA: Entre 1655 (Titã) e 1672 (Reia). O tamanho da Lua terrestre (1.738 km) está entre o tamanho de Titã (2.575 km) e Reia (764 km). Usando a relação entre o tamanho e a data da descoberta, o estudante pode inferir que a lua misteriosa teria sido descoberta entre 1655 e 1672.

PERÍODO ORBITAL: Entre 2,74 dias (Dione) e 4,52 dias (Reia). A distância de 384.000 km fica entre as órbitas de Dione (377.400 km) e Reia (527.040 km). Como o Período Orbital aumenta com a distância ao centro do planeta, o Período Orbital da Lua Misteriosa deve cair entre o Período Orbital de Dione (2,74 dias)e Reia (4,52 dias).

VELOCIDADE ORBITAL: Entre 8,49 km/s (Reia) e 10,03 km/s (Dione). Como a Velocidade Orbital diminui à medida que a distância ao centro do planeta aumenta, a Velocidade Orbital da lua misteriosa deve cair entre a Velocidade Orbital de Reia (8,49 km/s) e Dione (10,03 km/s).

Os dados da Lua Misteriosa para Raio, Massa e Gravidade na Superfície são:

• DISTÂNCIA ao centro de Saturno é de 384.000 km (a mesma que a distância Terra-Lua).
• RAIO: 1,738 km (mesmo que a Lua da Terra).
• MASSA: 735 × 10²⁰ kg (mesmo que a Lua da Terra).
• GRAVIDADE NA SUPERFÍCIE: 0.17 da Terra (o mesmo que a Lua da Terra).

Os estudantes escreveram um parágrafo que descreve as características da superfície de uma lua misteriosa, observe os dados acima para avaliar a capacidade dos estudantes de considerar o contexto científico da sua Lua Imaginária. Observe que esta atividade investiga a capacidade de modelagem e de previsão científica, baseado em algumas propriedades e grandezas que delimitam as possibilidades reais a serem imaginadas.

QUESTÕES PARA REFLEXÃO EM GRUPO

• As relações entre as grandezas e propriedades físicas (por exemplo, entre velocidade orbital  de uma lua e distância ao centro do planeta que orbita) seriam as mesmas para Júpiter e suas muitas luas?

• Se você enviasse uma sonda para uma das luas de Saturno, qual seria? Por quê? O que você gostaria de descobrir?

SATURNO EM 50 PERGUNTAS

Essas perguntas e suas respostas podem ser usadas para fornecer uma fundamentação para os educadores ou para explorar conhecimentos prévios e facilitar discussões com os estudantes. As respostas poderão ser encontradas aqui.

Questões sobre SATURNO

• 1. Quando Saturno foi descoberto?
• 2. Como Saturno conseguiu esse nome?
• 3. Onde está Saturno?
• 4. Qual a idade de Saturno?
• 5. Qual o tamanho de Saturno?
• 6. Se Saturno tem muito mais massa 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 é meio achatado nos pólos e 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, nós afundaríamos no meio do planeta se tentasse andar até lá?
• 12. Como é a gravidade em Saturno? Eu pesaria o mesmo em Saturno que 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?

(22 a 34): Questões sobre os ANEIS (deixaremos para outra atividade).

Questões sobre as 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 carregou uma sonda que foi até Titã, nem Saturno ou qualquer outra lua. Por que Titã foi escolhida?
• 50. Haverá uma missão que levará humanos a Titã em um futuro próximo?

OS CARTÕES

Apresentamos aqui as informações dos Cartões. Eles estarão disponíveis para impressão aqui em tamanho A4.

PERFIL DA LUA DA TERRA

Distância ao centro da Terra Período Orbital Velocidade Orbital Raio Massa Densidade Gravidade na Superfície

384.500 km 27,32 dias (655,73 h) 1,02 km/s 1.738 km 735 × 1020 kg 3,34 g/cm3 0,166 da Terra

OUTRAS CARACTERÍSTICAS

• Superfície rochosa, craterada e bem montanhosa.
• Uma face sempre fica de frente para a Terra.
• Áreas planas e escuras proeminentes conhecidas como mariana face voltada para a Terra —  fluxos de lava que encheram gigantescas crateras de meteoritos chamadas bacias de impacto.
• Os humanos desembarcaram lá pela primeira vez em 1969. Até hoje, 24 astronautas foram até a Lua e desses, 12 astronautas pisaram em solo lunar (nas missões norte-americanas e soviéticas). Mas isto pode mudar em breve!
• Mais de 105 sondas robóticas já foram enviadas à Lua.
• Os astronautas da Apollo trouxeram um total de 382 kg de rochas lunares e solo para a Terra que ainda estão sendo estudados.

MISSÃO ARTEMIS: ESTAMOS INDO PARA A LUA NOVAMENTE

A Missão Artemis (deusa irmã gêmea de Apolo) pretende levar a primeira mulher à Lua e ser o primeiro passo para estabelecer uma Estação Sustentável na Lua. Agências espaciais públicas e instituições privadas estão desenvolvendo o projeto que pretende voltar à Lua em 2024. Acompanhe o andamento da Missão no site da missão: https://www.nasa.gov/specials/artemis/ .

PAN

Pan foi descoberta por Mark Showalter em 1990.

Uma das menores luas do Sistema Saturno, Pan orbita na estreita Divisão Encke, (homenagem a Johann Franz Encke) perto da borda externa do anel A e realmente, sua gravidade ajuda a “limpar” as partículas do anel, formando a divisão. Se Pan desaparecesse, a Divisão Encke também desapareceria. A Voyager tirou fotos de Pan durante os sobrevoos de 1980-81, mas a lua só foi encontrada 10 anos depois, quando o astrônomo Mark Robert Showalter caçou meticulosamente as milhares de imagens da Voyager para ver se conseguia encontrar alguma lua.

A Sonda Cassini-Huygens foi investigar.

• Há mais luas desconhecidas como Pan, limpando áreas como a Divisão Encke nos anéis principais?

Distância do Centro de Saturno Período Orbital Velocidade Orbital Raio Massa Gravidade na Superfície

133.583 km 0,577 dias (13,85 h) 16,84 km/s 10 km Desconhecida. Desconhecida.

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ATLAS

Atlas foi descoberta por Richard Terrile e a equipe Voyager em 1980.

Atlas é a segunda das luas mais internas conhecidas de Saturno. Os astrônomos acreditam que ela pode estar mantendo a borda externa do anel A tão delimitada.

A Sonda Cassini-Huygens foi investigar.

• Como pode uma lua como Atlas manter a borda externa do anel A tão perfeita?

Distância ao Centro de Saturno Período Orbital Velocidade Orbital Raio Massa Gravidade na Superfície

137.640 km 0,601 dias (14,42 h) 16,63 km/s 18,5 × 17,2 × 13,2 km, média = 16 km Desconhecida. Desconhecida.

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PROMETEUS

Prometeus foi descoberta por Stewart A. Collins e a equipe Voyager em 1980.

Afastando-se de Saturno, Prometeu é a terceira lua. Junto com Pandora (a quarta lua), Prometeu age como uma lua “pastora” de partículas do anel F. Isso significa que a gravidade das luas empurra as partículas do anel F, limitando as bordas do anel, assim como cães pastores mantêm seus rebanhos de ovelhas juntos. Prometeu é extremamente alongado, muito mais do que um ovo.

A Sonda Cassini-Huygens foi investigar.

• O que poderia ter causado essa estranha forma de Prometeu?
• Como Prometeu e Pandora “pastoream” o anel F?
• Há outras luas fazendo papéis de pastoreio de partículas?

Distância ao Centro de Saturno Período Orbital Velocidade Orbital Raio Massa Gravidade na Superfície

139.350 km 0,613 dias (14,71 h) 16,53 km/s 74 × 50 × 34 km, média = 53 km Desconhecida. Desconhecida.

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PANDORA

Pandora foi descoberta por Stewart A. Collins e a equipe Voyager em 1980.

Afastando-se de Saturno, Pandora é a quarta lua. Junto com Prometeu (a terceira lua) ela age como uma “lua pastora” para o anel F. Isso significa que a gravidade das duas luas empurra as partículas do anel F controlando as bordas do anel, assim como cães pastores mantêm seus rebanhos de ovelhas juntos.

A Sonda Cassini-Huygens foi investigar.

• Como Prometeu e Pandora pastoram o anel F?
• Há outras luas fazendo papéis de pastoreio?

Distância ao Centro de Saturno Período Orbital Velocidade Orbital Raio Massa Gravidade na Superfície

141.700 km 0,628 dias (15,07 h) 16,38 km/s 55 × 44 × 31 km, média = 43 km Desconhecida. Desconhecida.

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EPIMETEUS

Epimeteus foi descoberta por Richard Walker, por observação de telescópio, em 1966. E confirmada em 1978, por Stephen M. Larson e John W. Fountain.

A lua Epimeteus compartilha sua órbita com sua vizinha, Janus. Ambas as luas estão em órbitas circulares ao redor de Saturno, com uma delas ligeiramente mais interna do que a outra. À medida que a lua interior passa pela exterior, eles trocam órbitas!

A nova lua interior – que costumava ser a externa – então começa a se afastar de seu companheiro, e todo o processo começa novamente. Na imagem, observe a sombra de um dos anéis de Saturno, como uma listra na superfície.

A Sonda Cassini-Huygens foi investigar.

• Há outras luas que trocam órbitas como essas duas luas?

Observação: Os Períodos Orbitais de Epimeteus e Janus são ligeiramente diferentes, mas aproximadamente do mesmo valor.

Distância ao Centro de Saturno Período Orbital Velocidade Orbital Raio Massa Gravidade na Superfície

151.422 km 0,695 dias (16,68 h) 15,87 km/s 69 × 55 × 55 km, média = 60 km Desconhecida. Desconhecida.

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JANUS

Janus foi descoberta por Audouin Dollfus, com observação de telescópio, em 1966.

Janus compartilha sua órbita com sua vizinha, Epimeteus. Ambas as luas estão em órbitas circulares ao redor de Saturno, com uma delas ligeiramente mais interna do que a outra. À medida que a lua interior passa pela exterior, elas trocam suas órbitas! A nova lua interior – que costumava ser a externa – então começa a se afastar de sua companheira, e todo o processo começa novamente.

A Sonda Cassini-Huygens foi investigar.

• Há outras luas que trocam órbitas como essas duas luas?

Observação: Os Períodos Orbitais de Epimeteus e Janus são ligeiramente diferentes, mas aproximadamente de mesmo valor.

Distância ao Centro de Saturno Período Orbital Velocidade Orbital Raio Massa Gravidade na Superfície

151.472 km 0,695 dias (16,68 h) 15,85 km/s 97 × 95 × 77 km, média = 90 km Desconhecida. Desconhecida.

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MIMAS

Mimas foi descoberta por William Herschel, em 1789, usando seu telescópio refletor de 12 m.

Mimas lembra a chamada “Estrela da Morte” da ficção científica Star Wars. Ela pode ter sido atingida e quase quebrada por um grande asteroide ou outra lua. A enorme cratera causada pelo impacto tem 130 quilômetros de diâmetro, e no centro da cratera há uma montanha com mais de 10 quilômetros de altura — quase uma milha acima do Monte Everest!

Os astrônomos pensam que, embora Mimas não orbite na Divisão Cassini, sua gravidade é responsável por fazer essa divisão (entre os anéis A e B brilhantes) longe do material do anel.

A Sonda Cassini-Huygens foi investigar.

• Como a gravidade de Mimas limpa a Divisão Cassini?

Distância ao Centro de Saturno Distância ao Sol Período Orbital Velocidade Orbital Velocidade de Escape Raio Massa Densidade Gravidade na Superfície

185.520 km 9,5 U.A. (1h 20min – luz) 0,942 dias (22,61 h) 14,32 km/s (51.562 km/h) 0,16 km/s (576 km/h) 207 x 197 x 191 km, ovoide, média 198 km 0,4 × 1020 kg 1.150 kg/m3 0,007 da Terra.

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ENCÉLADO

Encélado foi descoberta por William Herschel, em 1789.

Muito da superfície brilhante em Encelado consiste em gelo de água. Algumas partes da superfície são lisas e têm apenas algumas crateras de impacto, sugerindo que eventos aqueceram e derreteram grandes áreas da superfície gelada, apagando muitas crateras. Pode até ser possível que o puxão gravitacional das forças marítimas de Saturno e outras luas tenham causado o aquecimento e o derretimento da superfície da superfície, provocando ocasionalmente que gêiseres de gelo e água irrompam da superfície!

A Sonda Cassini-Huygens foi investigar.

• Os gêiseres de gelo desta lua estão “vomitando” material que se tornam minúsculas partículas de gelo do anel E?

Distância ao Centro de Saturno Distância ao Sol Período Orbital Velocidade Orbital Velocidade de Escape Raio / Diâmetro Massa Densidade Gravidade na Superfície

238.020 km 9,5 U.A. (1h 20min – luz) 1,37 dias (32,88 h) 12,63 km/s (45.468 km/h) 0,24 km/s (864 km/h) 254 km / 508 km 0,8 × 1020 kg 1.600 kg/m3 0,009 da Terra.

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TÉTIS

Tétis foi descoberta por Jean-Dominique Cassini, em 1684.

Tétis está cheia de crateras de impacto, incluindo uma grande cratera com mais de 400 km de diâmetro – quase metade do diâmetro da própria lua. No lado oposto, uma rachadura gigante se estende por mais de 3/4 do caminho ao redor da lua! Este enorme cânion em Tétis é muitas vezes mais longo e mais profundo do que o Grande Cânion na Terra.

A Sonda Cassini-Huygens foi investigar.

• O que mais podemos aprender sobre a fenda gigante, Ithaca Chasma, nesta lua?
• O que mais podemos aprender sobre a cratera gigante, Odisseu, no lado oposto?
• Elas estarão ligadas?

Distância ao Centro de Saturno Distância ao Sol Período Orbital Velocidade Orbital Velocidade de Escape Raio / Diâmetro Massa Densidade Gravidade na Superfície

294.660 km 9,5 U.A. (1h 20min – luz) 1,888 dias (45,31 h) 11,34 km/s (40.824 km/h) 0,4 km/s (1.440 km/s) 530 km / 1.066 km 7,55 × 1020 kg 970 kg/m3 0,018 da Terra.

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TELESTO

Telesto foi descoberta por Brad Smith, Steve Larson, Harold Reitsema e John Fountain, em 1980.

A órbita desta lua tem uma relação especial com a da grande lua Tétis. Telesto e Calipso orbitam à mesma distância de Saturno que Tétis enquanto viajam ao redor de Saturno. Telesto sempre fica 60° atrás de Tetis no ponto L5, enquanto Calipso está sempre 60° à frente no ponto L4. Você pode desenhar um diagrama rotulado para mostrar isso?

A Sonda Cassini-Huygens foi investigar.

• Como as luas entraram nesse tipo de órbita “compartilhada”?

Distância ao Centro de Saturno Período Orbital Velocidade Orbital Raio Massa Gravidade na Superfície

294.660 km 1,888 dias (45,31 h) 11,34 km/s 15 × 12.5 × 7.5 km, média = 12 km Desconhecida. Desconhecida.

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CALIPSO

Descoberta por Dan Pascu, PK Seidelmann, W. Baum e D. Currie, c/ telescópio terrestre, 1980.

A órbita desta lua tem uma relação especial com a da grande lua Tétis. Calipso e Telesto orbitam à mesma distância de Saturno que Tétis enquanto viajam ao redor de Saturno. Telesto sempre fica 60° atrás de Tétis no ponto L5, enquanto Calipso está sempre 60° à frente no ponto L4. Você pode desenhar um diagrama rotulado para mostrar isso?

A Sonda Cassini-Huygens foi investigar.

• Como as luas entraram nesse tipo de órbita compartilhada?

Distância ao Centro de Saturno Período Orbital Velocidade Orbital Raio Massa Gravidade na Superfície

294.660 km 1,888 dias (45,31 h) 11,34 km/s 15 × 8 × 8 km, média = 10 km Desconhecida. Desconhecida.

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DIONE

Dione foi descoberta por Jean-Dominique Cassini, em 1684.

Dione parece estar coberta de gelo de água e muitas crateras de impacto. Inundações podem ter enchido muitas das crateras. Listras brilhantes cobrem uma face desta lua. Veja aqui o mapa de Dione (site da APOD).

Dione também parece controlar a intensidade das ondas de rádio geradas pelo campo magnético de Saturno.

A Sonda Cassini-Huygens foi investigar.

• O que causou as inundações?
• Por que Dione pode estar afetando as emissões de rádio de Saturno?
• Dione tem um campo magnético próprio?

Distância ao Centro de Saturno Distância ao Sol Período Orbital Velocidade Orbital Velocidade de Escape Raio / Diâmetro Massa Densidade Gravidade na Superfície

377.400 km 9,5 U.A. (1h 20 min – luz) 2,737 dias (65,69 h) 10,03 km/s 0,5 km/s (1800 km/h) 560 km / 1.123 km 10,5 × 1020 kg 1.470 kg/m3 0,023 da Terra.

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HELENE

Helene foi descoberta por Pierre Laques e Jean Lecacheux, em 1980.

Helene é uma pequena lua orbitando exatamente à mesma distância de Saturno no ponto L4, 60° à frente, da grande lua Dione. Saturno parece ter uma longa história de “adotar” luas. A maioria das luas menores como Helene não são redondas, mas têm formas estranhas ou irregulares.

A Sonda Cassini-Huygens foi investigar.

• Por que tantas luas de Saturno compartilham órbitas?

Distância ao Centro de Saturno Distância ao Sol Período Orbital Velocidade Orbital Raio Massa Gravidade na Superfície

377.400 km 9,5 U.A. (1h 20min – luz) 2,737 dias (65,69 h) 10,05 km/s 36 x 32 x 30 km, média 17,5 km Desconhecida. Desconhecida.

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REIA

Reia foi descoberta por Jean-Dominique Cassini, em 1672.

Reia é a segunda maior lua de Saturno. Como Dione e Tétis, os astrônomos pensam que é composta de rocha coberta por gelo de água. Tem mais crateras de impacto do que qualquer outra lua orbitando Saturno. Nas imagens das Voyagers, também vemos listras finas e de cor clara em um lado da lua.

A Sonda Cassini-Huygens foi investigar.

• Por que Reia tem tantas crateras em comparação com as outras luas?
• Tem alguma conexão com atividades geológicas, como terremotos ou vulcões em erupção?
• As raias finas poderiam ser água liberada do interior e congelada na superfície em um passado distante?
• Por que as raias estão apenas de um lado?

Distância ao Centro de Saturno Distância ao Sol Período Orbital Velocidade Orbital Velocidade de Escape Raio / Diâmetro Massa Densidade Gravidade na Superfície

527.040 km 9,5 U.A. (1h 20min – luz) 4,517 dias (108,42 h) 8,49 km/s (30.564 km/h) 0,6 km/s (2.160 km/h) 764 km / 1.528 km 24,9 × 1020 kg 1.230 kg/m3 0,029 da Terra.

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TITÃ

Titã foi descoberta por Christiaan Huygens, em 1655.

Titã, a maior lua de Saturno, é um dos poucos corpos no Sistema Solar, além da Terra, com uma atmosfera densa. Como a Terra, sua atmosfera é feita principalmente de nitrogênio. Veja aqui um mapa mundi de Titã.

Os cientistas acreditam que a atmosfera de Titã pode ser semelhante à da Terra primitiva, antes da vida começar. A atmosfera de Titã é extremamente fria e tão nebulosa que pouca luz solar chega à superfície. As temperaturas de Titã pairam em torno de -180 °C. A sonda Huygens da missão Cassini descerá pela atmosfera de Titã, tirando as primeiras fotos de perto da superfície de Titã.

É um dos objetos do Sistema Solar que mais aparece na ficção científica de todos os tempos.

A Sonda Cassini-Huygens foi investigar.

• Titã tem montanhas de gelo ou rocha?
• Qual é a cor da superfície de Titã?

Distância ao Centro de Saturno Distância ao Sol Período Orbital Velocidade Orbital Velocidade de Escape Raio / Diâmetro Massa Densidade Gravidade na Superfície

1.221.850 km 9,5 U.A. (1h 20 min -luz) 15,945 dias (382,7 h) 5,57 km/s (20.052 km/h) 2,6 km/s (9.360 km/h) 2.575 km / 5.150 km 1.346 × 1020 kg 1.880 kg/m3 0,138 da Terra.

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HIPERIÃO

Hiperião foi descoberta por William Cranch Bond, George Phillips Bond e William Lassell, em 1848.

A pequena Hiperião é especialmente interessante. Ela orbita logo após a lua gigante de Saturno, Titã. Por que Hiperião tem a forma de um hambúrguer amassado? Poderia ser um fragmento de uma grande lua que foi dividida por colisão com um asteroide?

Ele gira imprevisivelmente em sua órbita, fazendo com que seu polo norte aponte em direções diferentes. E, às vezes, gira lentamente e, às vezes, rapidamente!

A Sonda Cassini-Huygens foi investigar.

• O puxão gravitacional de Titã pode estar causando o giro selvagem de Hiperião?

Distância do Centro de Saturno Distância ao Sol Período Orbital Velocidade Orbital Velocidade de Escape Raio Massa Densidade Gravidade na Superfície

1.481.100 km 9,5 U.A. (1h 20min – luz) 21,276 dias (510,6 h) 5,13 km/s 0,07 km/s ( entre 0,045–0,099 km/s) 180 × 140 × 112,5 km, média = 144 km 8×1017 kg. 544 kg/m3. 0,02 m/s² .

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JÁPETO

Jápeto foi descoberta por Jean-Dominique Cassini, em 1671.

Jápeto é uma lua estranha que parece branca brilhante de um lado e escura, quase preta, do outro. A área brilhante pode ser gelo de água, enquanto a área escura – chamada Cassini Regio – é um mistério!

A Sonda Cassini-Huygens foi investigar.

• Por que a superfície de Jápeto é meio brilhante e meio escura?
• Poderia vir de material escuro borbulhando de vulcões?
• Ou poderia vir da poeira no espaço sendo varrido até a lua, como uma vassoura cósmica?

Distância ao Centro de Saturno Distância ao Sol Período Orbital Velocidade Orbital Velocidade de Escape Raio / Diâmetro Massa Densidade Gravidade na Superfície

3.561.300 km 9,5 U.A. (1h 20 min -luz) 79,331 dias (1.904 h) 3,26 km/s (11.736 km/h) 0,57 km/s (2052 km/h) 718 km / 1.436 km 18,8 × 1020 kg 1.080 kg/m3 0,025 da Terra.

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FEBE

Febe foi descoberta por William Pickering, em 1898.

Febe é a lua mais distante de Saturno já descoberta. Ao contrário das outras, Febe e a lua vizinha Jápeto têm órbitas significativamente inclinadas. Isso significa que essas luas passam por cima e depois abaixo do plano dos anéis, durante sua jornada ao redor de Saturno. Febe é uma estranha lua escura que orbita Saturno em uma direção oposta à de todas as outras luas. Não sabemos por que Febe está andando “ao contrário”.

A Sonda Cassini-Huygens foi investigar.

• Febe é um asteroide capturado?
• Por que está orbitando ao contrário em comparação com o restante das luas?
• Ainda estará lá longe no futuro?

Distância ao Centro de Saturno Período Orbital Velocidade Orbital Raio Massa Gravidade na Superfície

12.952.000 km 550,46 dias (13.211 h) 1,71 km/s (sentido reverso) 115 × 110 × 105 km, média = 110 km Desconhecida. Desconhecida.

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Figura 20. Tabela de relações entre grandezas das luas.

Tabela de Relações Luas e Saturno

Propriedades comparadas	Relação
Massa-Tamanho	À medida que o Raio/tamanho da lua aumenta, a  Massa da Lua também aumenta. Isso não significa, no entanto, que coisas maiores são sempre mais massivas. Compare uma bola de praia e uma bala de canhão. Qual é maior? O que é mais massiva?
Tamanho-Forma	À medida que as luas aumentam de tamanho, a forma se torna mais esférica. As luas menores tendem a ter formas mais irregulares.
Data da descoberta – Tamanho	À medida que o tamanho da lua diminui, a data da descoberta é mais recente. Luas maiores foram descobertas antes de luas menores. Pergunte aos estudantes por que acham que isso ocorre. Melhor tecnologia?
Distância ao Centro de Saturno – Velocidade Orbital	À medida que a distância ao centro de Saturno aumenta, a Velocidade Orbital diminui. Luas mais distantes de Saturno se movem mais lentamente. Isso é uma consequência da Lei da Gravidade de Newton.
Distância ao Centro de Saturno – Massa	Não há nenhuma relação física entre a distância de uma lua ao centro de Saturno e sua massa.
Velocidade Orbital – Massa	Não há nenhuma relação entre a Velocidade Orbital das luas e as Massas das Luas. De fato, a Velocidade Orbital não é, de todo, dependente da massa.
Tamanho – Velocidade Orbital	Não há relação física entre o tamanho das luas e a Velocidade Orbital das luas.

Figura 21. Use o que você aprendeu para inventar um lua que ficaria estável no Sistema Saturno.

CARTÃO LUA MISTERIOSA

Nome da Lua

Descoberta por

Data da Descoberta

Desenho de Minha Lua Misteriosa

Descrição de Minha Lua Misteriosa

Distância ao Centro de Saturno Distância ao Sol Período Orbital Velocidade Orbital Raio / Diâmetro Massa Densidade Gravidade na Superfície