Pelos padrões terrestres, A lua de Saturno, Titã, é um lugar estranho. Maior que o planeta Mercúrio, Titã está envolto em uma atmosfera densa (é a única lua no sistema solar a ter uma) e coberto por rios e mares de hidrocarbonetos líquidos como metano e etano. Abaixo deles está uma crosta espessa de gelo de água, e abaixo dele pode estar um oceano de água líquida que poderia potencialmente abrigar vida.

Agora, décadas de medições e cálculos revelaram que a órbita de Titã em torno de Saturno está se expandindo, ou seja, a lua está se distanciando cada vez mais do planeta - a uma taxa cerca de 100 vezes mais rápida do que o esperado. A pesquisa sugere que Titã nasceu muito mais perto de Saturno e migrou para sua distância atual de 1,2 milhão de quilômetros (cerca de 746, 000 milhas) ao longo de 4,5 bilhões de anos.

As descobertas são descritas em um artigo publicado na revista Astronomia da Natureza em 8 de junho.

"A maioria dos trabalhos anteriores previu que luas como a lua de Titã ou Calisto de Júpiter foram formadas a uma distância orbital semelhante a onde as vemos agora, "diz Jim Fuller da Caltech, professor assistente de astrofísica teórica e co-autor do novo artigo. "Isso implica que o sistema lunar de Saturno, e potencialmente seus anéis, se formaram e evoluíram mais dinamicamente do que se acreditava anteriormente. "

Para entender os fundamentos da migração orbital, podemos olhar para nossa própria lua. A lua da Terra exerce uma pequena atração gravitacional no planeta enquanto ele orbita. É isso que causa as marés:os puxões rítmicos da lua fazem os oceanos da Terra incharem de um lado para o outro. Os processos de fricção dentro da terra convertem parte dessa energia em calor, distorcendo o campo gravitacional da Terra de modo que puxa a lua para a frente em sua órbita. Isso faz com que a lua ganhe energia e se afaste gradualmente da terra, a uma taxa de cerca de 3,8 centímetros por ano. Este processo é realmente gradual, no entanto; A Terra não "perderá" a lua até que tanto a terra quanto a lua sejam engolfadas pelo sol em aproximadamente seis bilhões de anos.

Titã exerce uma atração semelhante em Saturno, mas os processos de atrito dentro de Saturno são geralmente considerados mais fracos do que aqueles dentro da Terra por causa da composição gasosa de Saturno. Teorias padrão prevêem que, por causa de sua distância de Saturno, Titã deve estar migrando a uma taxa lenta de no máximo 0,1 centímetro por ano. Mas os novos resultados contradizem essa previsão.

No trabalho detalhado no artigo da Nature Astronomy, duas equipes de pesquisadores cada uma usou uma técnica diferente para medir a órbita de Titã ao longo de um período de 10 anos. Uma técnica, chamado astrometria, produziu medições precisas da posição de Titã em relação às estrelas de fundo em imagens obtidas pela espaçonave Cassini. A outra técnica, radiometria, mediu a velocidade da Cassini ao ser afetada pela influência gravitacional de Titã.

"Usando dois conjuntos de dados completamente independentes - astrométrico e radiométrico - e dois métodos diferentes de análise, obtivemos resultados que estão totalmente de acordo, "diz o primeiro autor do estudo, Valéry Lainey ex-JPL (que Caltech gerencia para a NASA), agora do Observatório de Paris, PSL University. Lainey trabalhou com a equipe de astrometria.

Os resultados também estão de acordo com uma teoria proposta em 2016 por Fuller, que previu que a taxa de migração de Titã seria muito mais rápida do que as teorias de marés padrão estimadas. Sua teoria observa que se espera que Titã comprima Saturno gravitacionalmente com uma frequência particular que faz o planeta oscilar fortemente, da mesma forma que balançar as pernas no ritmo certo pode levá-lo cada vez mais alto. Este processo de forçamento de maré é chamado de bloqueio de ressonância. Fuller propôs que a alta amplitude da oscilação de Saturno dissiparia muita energia, o que, por sua vez, faria com que Titã migrasse para fora do planeta em um ritmo mais rápido do que se pensava anteriormente. De fato, as observações descobriram que Titã está migrando para longe de Saturno a uma taxa de 11 centímetros por ano, mais de 100 vezes mais rápido do que as teorias anteriores previam.

"A teoria do bloqueio de ressonância pode ser aplicada a muitos sistemas astrofísicos. Agora estou fazendo algum trabalho teórico para ver se a mesma física pode acontecer em sistemas estelares binários, ou sistemas de exoplanetas, "diz Fuller.

O artigo é intitulado "Bloqueio de ressonância em planetas gigantes indicados pela rápida expansão orbital de Titã."