Titã, a maior lua de Saturno, é uma das peculiaridades do Sistema Solar. Agora, pesquisadores desvendaram informações importantes sobre essa lua misteriosa, incluindo como ela surgiu. A resposta também pode lançar luz sobre a origem dos belos anéis de Saturno.

Envolta numa densa névoa, Titã tem cerca de metade do tamanho da Terra e é ainda maior que Mercúrio — tão massiva que sua força gravitacional faz Saturno oscilar e inclinar. Titã também está se afastando de Saturno a uma velocidade de 11 centímetros por ano, muito mais rápido do que os astrônomos pensavam anteriormente. Eventualmente, a lua poderá ser ejetada completamente de sua órbita.

Mas a órbita instável de Titã é apenas um dos muitos enigmas que os astrônomos estão tentando resolver sobre Saturno e algumas de suas 274 luas. Muitas dessas questões surgiram a partir de dados coletados pela Cassini, uma sonda espacial que explorou o sistema saturniano de 2004 a 2017.

Uma nova pesquisa combinou teorias anteriores sobre a formação de Titã, dados da sonda Cassini e simulações computacionais para sugerir uma nova história sobre a origem da maior lua de Saturno. O estudo foi publicado este mês no repositório de acesso aberto arXiv e aceito para publicação no periódico The Planetary Science Journal.

“Neste artigo, tentei reunir todas essas informações e proponho que existiu uma lua extra há cerca de meio bilhão de anos que colidiu com Titã e que, na verdade, tornou-se parte de Titã”, disse o autor principal, Matija Ćuk, cientista pesquisador do Instituto SETI em Mountain View, Califórnia. O SETI é uma organização sem fins lucrativos que explora temas como ciência planetária, a origem da vida e inteligência extraterrestre.

A colisão também poderia ter produzido Hiperião, a maior das luas não esféricas de Saturno, que é muito menor que Titã, com cerca de 5% do seu diâmetro. De acordo com essa teoria, Hiperião poderia ser um fragmento resultante da colisão entre Titã e a lua perdida, ou pode ter se formado posteriormente a partir de detritos que se acumularam ao redor da órbita de Titã.

A fusão entre Titã e a lua perdida também pode ter levado à formação dos anéis de Saturno, acrescentou Ćuk. “A partir desse evento, Titã pode ter perturbado algumas das luas internas, provocando mais colisões, o que criou os anéis algum tempo depois, talvez há 100 milhões de anos“, disse ele.

Os pesquisadores encontraram indícios reveladores de uma colisão antiga na inclinação de Saturno, que se torna evidente por seus anéis; o gigante gasoso gira em um ângulo de 26,7 graus em relação ao plano em que orbita o Sol.

Antes da missão Cassini, os astrônomos acreditavam que as perturbações gravitacionais causadas pela órbita de Netuno, nosso vizinho, eram responsáveis ​​pela inclinação de Saturno ao longo do tempo.

“A órbita de Netuno apresenta uma pequena oscilação no espaço”, disse Ćuk. “As órbitas dos planetas são enormes e possuem imensa energia. Mas a rotação dos planetas é muito, muito menor, então, se você conectar esses dois movimentos — a órbita de Netuno e a rotação de Saturno — é a rotação de Saturno que irá mudar.”

No entanto, os dados da Cassini mostraram que os dois planetas não estão exatamente sincronizados, apontando para um elemento faltante. Em 2022, astrônomos sugeriram que uma lua perdida, que batizaram de Crisálida , era uma explicação provável para a inclinação atual de Saturno. Ela orbitou o planeta por bilhões de anos, contribuindo para a ressonância de Saturno com Netuno, mas há cerca de 160 milhões de anos a lua se aproximou demais de Saturno e foi despedaçada em um evento que criou os anéis do planeta e alterou sua inclinação.

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Ćuk e seus colegas refinaram essa ideia. Eles levantam a hipótese de que o evento não foi apenas uma lua tangenciando Saturno e depois se desintegrando, mas sim uma colisão entre predecessores de Titã e Hiperião. “Eu o chamo de proto-Hiperião, mas era 1.000 vezes maior — era como uma versão menor de Titã”, disse Ćuk.

Essa lua perdida colidiu com Titã e perdeu grande parte de sua massa, um evento que explicaria a órbita instável de Titã e a rotação de Saturno. “No momento, Saturno está oscilando um pouco rápido demais”, disse Ćuk. “Mas se voltarmos algumas centenas de milhões de anos, quando vimos isso acontecer, a oscilação era um pouco menor do que o necessário para termos a ressonância com Netuno. E se você adicionar uma lua extra, a ressonância se torna exata. E isso explica tudo.”

Em outras palavras, a gravidade e a massa da lua perdida mantinham Saturno e Netuno sincronizados, e somente seu desaparecimento explica por que eles estão agora ligeiramente desalinhados.

Se a colisão também criou Hiperião em sua forma atual — uma rocha menor, instável e disforme — isso explicaria por que sua órbita está sincronizada com a de Titã. Mas, segundo Ćuk, ainda não está claro se Hiperião é um fragmento do precursor de Titã ou da lua perdida que se fundiu com ele.

Segundo o estudo, os anéis de Saturno podem ter se formado centenas de milhões de anos após o evento. A órbita em expansão de Titã interagiu com algumas das luas internas de Saturno, perturbando-as a ponto de fazê-las colidir umas com as outras. Alguns dos detritos resultantes sobreviveram e formaram os anéis.

Um artigo publicado em fevereiro, que postula que a superfície de Titã tem apenas 300 milhões de anos com base na ausência de crateras de impacto, dá credibilidade ao cenário de colisão, de acordo com Ćuk.

Mas a melhor maneira de testar a teoria é usando a Dragonfly da Nasa — um helicóptero do tamanho de um carro, movido a energia nuclear, que sobrevoará a superfície de Titã e pousará em diferentes pontos para coletar e analisar amostras com seus instrumentos de bordo. O lançamento está previsto para 2028, com chegada a Titã no final de 2034.

A evolução das luas no sistema de Saturno e a origem dos anéis são enigmas interessantes que intrigam os cientistas, disse Linda Spilker, pesquisadora sênior e cientista planetária do Laboratório de Propulsão a Jato da Nasa, que não participou do estudo.

“Os anéis podem ter apenas algumas centenas de milhões de anos, ou podem ter se formado ao mesmo tempo que Saturno”, acrescentou Spilker em um e-mail. “Este estudo fornece evidências convincentes de que Hiperião e os anéis de Saturno se formaram muito depois da formação de Saturno.”

Como um intrincado relógio musical, Saturno e seus satélites giram e orbitam com uma variedade de ritmos e ressonâncias, de acordo com William B. Hubbard, professor emérito de ciências planetárias da Universidade do Arizona, que também não participou da pesquisa.

Saturno oscila como um pião em uma frequência suspeitosamente próxima de uma frequência fundamental do sistema solar, mas não está totalmente em sintonia, sugerindo que algum tipo de perturbação relativamente recente pode ter ocorrido, explicou Hubbard em um e-mail.

“Um estudo de 2022 propôs que existiu um satélite extinto, apelidado de Crisálida, responsável pela formação dos anéis, mas a probabilidade de tal evento era decepcionantemente baixa”, escreveu ele. “O novo estudo mostra que uma variante desse processo, envolvendo o satélite ainda existente Hiperião, é mais provável.”

O cenário proposto por Ćuk e seus colegas apresenta uma sequência de eventos complexa, porém altamente plausível, que explica o sistema saturniano como os cientistas o veem hoje, de acordo com Carl Murray, professor emérito de matemática e astronomia da Queen Mary University of London. Murray não participou do estudo, mas foi membro da equipe da Cassini.

Os astrônomos há muito suspeitavam que o sistema de Saturno havia evoluído desde sua formação, mas detalhar a extensão da mudança sempre foi um problema, observou ele em um e-mail.

“É um pouco como ‘CSI: Saturno’ — temos evidências forenses claras de que algo incomum aconteceu”, disse ele, “mas até Cassini estávamos lidando apenas com um instantâneo da cena do crime e tínhamos que tentar deduzir os possíveis culpados.”

Um dos muitos legados dos 13 anos de medições detalhadas da Cassini, combinados com dados históricos, foi a descoberta de que a órbita de Titã está se expandindo muito mais rápido do que se esperava, continuou Murray.

“O sistema de Saturno é um paraíso para os dinamistas, com inúmeras relações numéricas — chamadas ressonâncias — entre os períodos orbitais de pares de suas luas. ‘É complicado’ é uma descrição adequada de todas essas relações dinâmicas ao longo dos últimos 400 milhões de anos, mas os autores identificam o papel de Titã como fundamental para nossa compreensão do sistema de Saturno.”