¿Por qué estas lunas de Saturno comparten órbita?

Hay dos familias de lunas de Saturno que comparten exactamente la misma órbita: misma distancia y mismo periodo. Pero ¿por qué hay varias lunas acompañando a las grandes Tethys y Dione?

 

Hay dos grupos de lunas de Saturno que comparten sus órbitas de tres en tres. Por un lado tenemos a Tethys, acompañada por Telesto y Calypso y por otro lado tenemos a Dione, acompañada por Helene y Polydeuces. Estas lunas orbitan a exactamente a la misma distancia de Saturno y con el mismo periodo orbital (es decir, tardan el mismo tiempo en completar una órbita) pero separadas un ángulo de 60º. Esto es así porque dos lunas de cada trío orbitan en el cuarto y quinto punto de Lagrange de la otra luna. Pero conozcámoslas un poco mejor.

Tethys y Dione son dos de las lunas principales del gigante gaseoso. Dione es su cuarta luna más grande, con un diámetro de unos 1 120 kilómetros, mientras que Tethys es su quinta luna más grande, con un diámetro de unos 1060 kilómetros. Estos diámetros, aunque son considerablemente más pequeños que el de nuestra propia Luna, que alcanza más de 3 500 kilómetros de diámetro, dan a Tethys y Dione un tamaño mayor que, por ejemplo, el planeta enano Ceres.

Este tamaño es más que suficiente para que ambas lunas tengan una forma aproximadamente esférica (deformada por interacción con la gravedad de Saturno y de sus otras lunas). Tethys es considerablemente menos densa (y menos masiva) que Dione, con una densidad apenas inferior a la del agua. Esto nos indica que este satélite está formado principalmente por hielo de agua, con tal vez un diminuto núcleo rocoso en su interior. Creemos poco probable que contenga en su interior un océano de agua líquida, a diferencia de Dione, que sí podría tenerlo. Esta luna también tiene una capa exterior de hielo de agua, aunque su núcleo rocoso podría suponer un buen porcentaje de su masa.

Ambas lunas fueron descubiertas en 1684 por el matemático, astrónomo e ingeniero italiano Giovanni Domenico Cassini con el telescopio del Observatorio de París. En su honor se nombró a la sonda de la NASA Cassini que visitaría a Saturno y su sistema de lunas y que nos brindaría las mejores imágenes que tenemos en la actualidad tanto de Tethys como de Dione.

Las cuatro lunas que acompañan dos a dos a Tethys y Dione son considerablemente más pequeñas y en consecuencia sabemos mucho menos de ellas. Telesto, la primera de las compañeras de Tethys, tiene una forma irregular con un tamaño de unos 25 kilómetros y una superficie muy suave, desprovista de cráteres importantes. Calypso, por otro lado tiene una forma mucho más alargada, con su lado más largo alcanzando los 30 kilómetros mientras que su lado más corto apenas supera los 14 kilómetros. También tiene una superficie relativamente lisa, debido al polvo y regolito que la cubre aunque sí muestra varios impactos de cuerpos menores sobre su superficie.

A Dione la acompañan Helene y Polydeuces. Helene es la mayor de estos cuatro satélites, con unas dimensiones que rondan los 30 kilómetros y su superficie es la mejor estudiada del conjunto. En ella se han observados restos de varias colisiones importantes así como signos de procesos geológicos y erosión, fomentados probablemente por la gravedad de Saturno y por su magnetosfera. Polydeuces es con diferencia la más pequeña de estas lunas, con apenas 3 kilómetro de tamaño. Esto hizo que fuera la última en ser descubierta, en 2004 por parte de la sonda Cassini. Telesto, Calypso y Helene fueron descubiertas en 1980 con observaciones hechas desde la Tierra. Sus nombres provienen de la mitología griega y de sus mitos y leyendas.

Estas cuatro lunas probablemente sean asteroides atrapados por la gravedad de Saturno en algún momento tras su formación, en los inicios del sistema solar. Estos asteroides serían de los pocos que habrían sobrevivido un proceso que iniciaron cientos o miles de otros objetos. Resulta muy complicado saber exactamente cómo acabaron en su configuración actual, pero el resultado de todo ello fue que acabaron habitando el cuarto y quinto punto de Lagrange de las lunas Tethys y Dione (Telesto ocupa el L4 de Tethys y Calypso su L5, mientras que Helene ocupa el L4 de Dione y Polydeuces su L5). Estos puntos de Lagrange son regiones del espacio en las que la gravedad de dos cuerpos mayores (en este caso Saturno y Tethys y Dione por separado) se compensa para crear un cierto equilibrio.

En el caso de los tres primeros puntos de Lagrange, situados en la propia línea que une los dos cuerpos principales, este equilibrio resulta inestable, de forma que cualquier desviación lleva al tercer objeto a alejarse de dicho punto. En cambio los puntos cuarto y quinto llevan a un equilibrio estable, en el que los satélites situados ahí oscilan alrededor de dichos puntos, compartiendo su órbita con las lunas mayores.

Estos objetos tienen por supuesto el mismo comportamiento que los asteroides troyanos de Júpiter, que creemos podrían llegar a ser más de un millón y habitan las cercanías de sus puntos de L4 y L5. Es por esto que a estas cuatro lunas menores se las conoce como satélites troyanos. Son una muestra más de la complejidad y variedad de nuestro sistema solar.

José Luis Oltra de perfil

José Luis Oltra (Cuarentaydos)

Soy físico de formación y viajero de vocación. Divulgo ciencia allí donde me lo permiten, aunque principalmente en youtube y tiktok bajo el nombre de Cuarentaydos. Por aquí me verás hablando de la física del universo, desde las galaxias y estrellas más grandes hasta las partículas subatómicas que las componen.

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