Da mesma forma que terremotos fazem nosso planeta estremecer, oscilações no interior de Saturno fazem o gigante gasoso balançar levemente. Esses movimentos, por sua vez, causar ondulações nos anéis de Saturno.

Em um novo estudo aceito na revista Astronomia da Natureza , dois astrônomos do Caltech analisaram esses anéis ondulantes para revelar novas informações sobre o núcleo de Saturno. Para seu estudo, eles usaram dados mais antigos capturados pela Cassini da NASA, uma espaçonave que orbitou o gigante anelado por 13 anos antes de mergulhar na atmosfera do planeta e se desintegrar em 2017.

As descobertas sugerem que o núcleo do planeta não é uma bola de rocha dura, como algumas teorias anteriores haviam proposto, mas uma sopa difusa de gelo, pedra, e fluidos metálicos - ou o que os cientistas chamam de núcleo "difuso". A análise também revela que o núcleo se estende por 60 por cento do diâmetro do planeta, o que o torna substancialmente maior do que o estimado anteriormente.

"Usamos os anéis de Saturno como um sismógrafo gigante para medir as oscilações dentro do planeta, "diz o co-autor Jim Fuller, professor assistente de astrofísica teórica na Caltech. "Esta é a primeira vez que pudemos sondar sismicamente a estrutura de um planeta gigante gasoso, e os resultados foram bastante surpreendentes. "

"A análise detalhada dos anéis ondulantes de Saturno é uma forma muito elegante de sismologia para inferir as características do núcleo de Saturno, "diz Jennifer Jackson, o William E. Leonhard Professor de Física Mineral no Laboratório Sismológico da Caltech, que não esteve envolvido no estudo, mas usa diferentes tipos de observações sísmicas para entender a composição do núcleo da Terra e potencialmente detectar eventos sísmicos em Vênus no futuro.

O principal autor do estudo é Christopher Mankovich, um pós-doutorado pesquisador associado em ciências planetárias que trabalha no grupo de Fuller.

As descobertas oferecem a melhor evidência do núcleo difuso de Saturno e se alinham com as evidências recentes da missão Juno da NASA, o que indica que o gigante gasoso Júpiter também pode ter um núcleo diluído de forma semelhante.

"Os núcleos difusos são como lama, "explica Mankovich." O hidrogênio e o gás hélio no planeta se misturam gradualmente com mais e mais gelo e rocha conforme você se move em direção ao centro do planeta. É um pouco como partes dos oceanos da Terra, onde o sal aumenta à medida que você atinge níveis cada vez mais profundos, criando uma configuração estável. "

A ideia de que as oscilações de Saturno poderiam fazer ondas em seus anéis e que os anéis poderiam, portanto, ser usados ​​como um sismógrafo para estudar o interior de Saturno surgiu pela primeira vez em estudos no início de 1990 por Mark Marley (BS '84) e Carolyn Porco (Ph.D . '83), que mais tarde se tornou o líder do Cassini Imaging Team. A primeira observação do fenômeno foi feita por Matt Hedman e P.D. Nicholson (Ph.D. '79) em 2013, que analisou os dados da Cassini. Os astrônomos descobriram que o anel C de Saturno continha vários padrões espirais impulsionados por flutuações no campo gravitacional de Saturno e que esses padrões eram distintos de outras ondas nos anéis causadas por interações gravitacionais com as luas do planeta.

Agora, Mankovich e Fuller analisaram o padrão das ondas nos anéis para construir novos modelos do interior ondulante de Saturno.

"Saturno está sempre tremendo, mas é sutil, "diz Mankovich." A superfície do planeta se move cerca de um metro a cada uma ou duas horas como um lago lentamente ondulado. Como um sismógrafo, os anéis captam os distúrbios da gravidade, e as partículas do anel começam a se mexer, " ele diz.

Os pesquisadores dizem que as ondulações gravitacionais observadas indicam que o interior profundo de Saturno, enquanto baba como um todo, é composto de camadas estáveis ​​que se formaram após materiais mais pesados ​​afundarem até o meio do planeta e pararem de se misturar com materiais mais leves acima deles.

"Para que o campo gravitacional do planeta oscile com essas frequências particulares, o interior deve ser estável, e isso só é possível se a fração de gelo e rocha aumentar gradualmente à medida que você vai em direção ao centro do planeta, "diz Fuller.

Seus resultados também indicam que o núcleo de Saturno tem 55 vezes a massa de toda a Terra, com 17 massas terrestres sendo gelo e rocha e o resto um fluido de hidrogênio e hélio.

Hedman, que não faz parte do estudo atual, diz, "Christopher e Jim foram capazes de mostrar que uma característica particular do anel forneceu fortes evidências de que o núcleo de Saturno é extremamente difuso. Estou animado para pensar sobre o que todas as outras características do anel geradas por Saturno podem nos dizer sobre aquele planeta."

Além disso, as descobertas representam desafios para os modelos atuais de formação de gigantes gasosos, que sustentam que núcleos rochosos se formam primeiro e depois atraem grandes envoltórios de gás. Se os núcleos dos planetas são realmente difusos, como o estudo indica, os planetas podem, em vez disso, incorporar gás no início do processo.

o Astronomia da Natureza estude, intitulado, "Um núcleo difuso em Saturno revelado pela sismologia em anel, "foi financiado pela Fundação Rose Hills e pela Fundação Sloan.