El Sistema Solar – Mimas

En las primeras entregas sobre el segundo gigante de nuestro Sistema Solar, Saturno, además de conocer el planeta en sí, dedicamos bastante tiempo a recorrer su sistema de anillos –intrincado, enorme, bellísimo–. A lo largo de esa exploración de los anillos descubrimos también varias de las lunas saturnianas: todas ellas muy pequeñas, embebidas en los anillos. Algunas, como Prometeo y Pandora, eran lunas pastoras: constituían el límite de algún anillo o subanillo. Otras, como Jano y Epimeteo –las lunas coorbitales– habían creado su propio y tenue anillo; finalmente, otras como S/2009 S 1, tan pequeña que no tiene ni nombre original, no eran más que trozos de anillo particularmente grandes.

Desde luego, no conocimos todos los pequeños satélites presentes en el sistema de anillos de Saturno, fundamentalmente porque ni siquiera hemos podido detectarlos todos aún; tal ves si lees este artículo unos años después de su publicación conozcamos alguno más, pero puedo asegurarte también que quedarán muchos otros por descubrir. En cualquier caso, de las sesenta y tantas lunas de Saturno que hemos detectado hasta el momento, prácticamente todas son como las que conocimos al estudiar los anillos: pequeñas, de forma irregular y hechas principalmente de hielo.

¿Poesía? Poesía eres tú… Mimas, fotografiada por Cassini, con Saturno al fondo (Cassini/NASA/ESA). Versión a 889×1012 px.

Sin embargo, aunque todavía conoceremos alguna más de ese estilo, de las docenas de lunas que orbitan Saturno hay siete que son especiales: son lo suficientemente grandes como para tener forma esférica debido a su propia gravedad. En el caso de Júpiter, como espero que recuerdes aún, había cuatro satélites de este tipo –Ío, Europa, Ganímedes y Calisto–. Por lo tanto, a pesar de que en muchos aspectos Saturno no es tan impresionante como Júpiter, en sus “lunas considerables” lo supera con creces, lo mismo que hacía con sus anillos, ya que los de Júpiter no les llegan a la suela del zapato.

A pesar de que ninguna de estas siete lunas se encuentra a una distancia muy pequeña de Saturno, el sistema de anillos es tan gigantesco que las cuatro más cercanas al planeta están todavía, hasta cierto punto, inmersas en él. Así, podemos dividir el grupo en dos: los cuatro satélites principales interiores –inmersos en los anillos– y los tres satélites principales exteriores –más allá del final de los anillos–. Naturalmente, como vimos al hablar del sistema de anillos, no termina en un borde definido, ya que el anillo E se va desvaneciendo gradualmente al alejarnos de Saturno, pero bueno. De hecho, como dijimos al hablar precisamente del anillo E, estos satélites principales parecen ser, al menos en parte, responsables de la existencia del propio anillo… pero a eso llegaremos en su momento.

Situación de Mimas respecto a los anillos de Saturno (NASA).

Hoy estudiaremos, por tanto, la primera de las siete lunas principales de Saturno, y la más cercana al planeta de las cuatro lunas principales interiores, además de hablar brevemente de un par de satélites menores cercanos a ella. Si tienes un rato y ganas, exploraremos juntos la luna Mimas, la “Estrella de la Muerte” del Sistema Solar.

Para ser una “luna de verdad”, Mimas es muy pequeña. Tanto es así que probablemente no podría ser más pequeña y mantener su categoría, ya que es el objeto más pequeño que conocemos que mantiene una forma esférica a causa de su propia atracción gravitatoria –sí, más pequeña aún que Ceres, el planeta enano del Cinturón Principal de asteroides–. Mimas se encuentra en el límite de la masa necesaria para tener esta propiedad; sin embargo, tiene el suficiente tamaño como para poder ser vista desde la Tierra con un buen telescopio.

Su descubridor fue el alemán Sir Frederick William Herschel, que volverá a hacer su aparición varias veces en las próximas semanas ya que fue el primero en observar otros objetos del subsistema saturniano y, por si eso fuera poco, el planeta Urano. Herschel es famoso por muchas otras cosas, entre ellas el descubrimiento de la radiación infrarroja. Por si te sorprende el título de Sir junto a su nombre, aunque Herschel nació en Alemania, a los 19 años emigró a Gran Bretaña y allí alcanzó los más altos honores en el mundo de la ciencia de la época.

En parte por ser el más pequeño de los siete satélites principales de Saturno, Mimas fue el último en ser descubierto. Herschel lo vislumbró con el telescopio en 1789 y publicó sus observaciones en Philosophical Transactions of the Royal Society, de la que hemos hablado recientemente ya que su primer número, publicado en 1665, la convierte en la revista científica más antigua del mundo (sí, me encanta mostrar cómo todo está relacionado, ¿algún problema?). Lo curioso, al menos para mí, es que en el artículo Herschel da más importancia al telescopio que al propio satélite:

La gran lente de mi telescopio de cuarenta pies fue tan útil que el diecisiete de septiembre de 1789 observé el séptimo satélite, situado entonces en su posición más occidental.

El telescopio con el que Herschel descubrió Mimas (dominio público).

El telescopio en cuestión tenía un espejo de 1,26 metros de diámetro y una distancia focal de 12 metros (40 pies), y fue el mayor y más famoso de todos los telescopios construidos por Herschel, que fueron varios centenares. Como ves, por cierto, el germano-británico se refiere a Mimas como el séptimo satélite, ya que durante bastante tiempo ninguna de las lunas de Saturno tuvo nombre oficial. Curiosamente, el responsable de nombrarlas fue el hijo del propio Herschel, Sir John Frederick William Herschel. John dio a los siete satélites el nombre de siete titanes, descendientes de Gaia y Urano, ya que Saturno –Kronos– era su jefe. Así, estos otros titanes orbitan alrededor de su líder, Mimas entre ellos.

Se trata, como digo, de la luna principal más cercana a Saturno: se encuentra inmersa en el tenue anillo E y su radio orbital medio es de tan sólo unos 185 000 km. La órbita de Mimas es prácticamente circular, ya que su periapsis es de 182 000 km y su apoapsis de 189 000 km. Al estar tan cerca del gigante, este pequeño satélite viaja a gran velocidad, unos 14 km/s, y tarda muy poco tiempo en completar una vuelta alrededor de Saturno: unas 22 horas y media. Si eres tamicero añejo ya sabes las consecuencias de esta cercanía al monstruo; la primera de ellas es el hecho de que Mimas rota sobre sí misma a la vez que lo hace alrededor de Saturno, de modo que siempre presenta la misma cara al gigante.

Mimas (el punto brillante abajo a la izquierda) fotografiada por Cassini, con Saturno al fondo (Cassini/NASA/ESA).

La segunda consecuencia es que esta pequeña luna, a pesar de tener la suficiente masa como para ser esférica, no es una esfera perfecta: la atracción gravitatoria de Saturno la deforma, alargándola un poco en la dirección del planeta. Mimas tiene un radio medio de unos 200 km, lo cual es realmente pequeño para un satélite de verdad. Para que te hagas una idea, es tan sólo el 12% del radio de nuestra propia Luna. A diferencia de ella, como he dicho antes, Mimas no es demasiado redonda: su diámetro es de 380 km en la parte más estrecha (perpendicularmente a la dirección de Saturno) y 415 km en la parte más alargada (mirando hacia Saturno). Dependiendo del ángulo de la foto, a veces Mimas parece casi esférica, mientras que otras se puede discernir su forma “ahuevada” con bastante claridad.

Ya que el radio de Mimas es el 12% del de nuestra Luna, la proporción entre sus volúmenes es el cubo de ese porcentaje, es decir, Mimas tiene un 1,7% del volumen de nuestro satélite –que, como ya dijimos al hablar de él, es considerablemente grande, por otra parte–. Sin embargo, aunque ese 1,7% pueda parecer muy pequeño, la proporción en masa es aún más exagerada: Mimas tiene una masa de 3,7·10¹⁹ kg, ¡el 0,5% de nuestra propia Luna!

El hemisferio menos interesante de Mimas (Cassini/NASA/ESA). Versión a 1200×1200 px.

La razón, naturalmente, es la densidad. Nuestro satélite está compuesto de roca, pero Mimas no: tan sólo una pequeña parte es rocosa. Mimas, como tantas otras lunas a esta distancia del Sol, está compuesta casi completamente de hielo de H₂O con pedazos rocosos incrustados en ella. La densidad de esta luna es de tan sólo 1 150 kg/m³, sólo ligeramente superior a la densidad del agua; a diferencia de Saturno, Mimas sí se hundiría en el agua, pero no demasiado rápido.

Sin embargo, aunque la masa de Mimas sea pequeña para tratarse de una luna como Dios manda, si recuerdas los números de algunas de las lunas pastoras y embebidas en los anillos de Saturno, está en otro nivel, como puedes ver si la comparas, por ejemplo, con las más grandes entre ellas:

Tamaños comparados, de izquierda a derecha: Prometeo, Pandora, Epimeteo, Jano y Mimas (modificada a partir de imágenes de Cassini/NASA/ESA).

El mayor de todos los satélites que habíamos visto hasta ahora era Jano, pero Mimas tiene veinte veces más masa que él. Es suficientemente masivo como para alterar considerablemente el comportamiento orbital de los objetos que lo rodean. Si recuerdas nuestros primeros pasitos por los anillos, una de las divisiones más interiores era la división de Huygens, en la que apenas había partículas de hielo. Ese hueco tiene una resonancia orbital 2:1 con Mimas, es decir, las partículas que allí orbitasen Saturno tardarían unas 11 horas y cuarto en dar una vuelta al planeta, la mitad que Mimas. Como consecuencia, los tirones gravitatorios de esta luna han ido “limpiando” esa franja alrededor de Saturno, produciendo como consecuencia la división de Huygens.

La división de Huygens, causada por la resonancia orbital 2:1 con Mimas (Cassini/NASA/ESA).

Sin embargo, lo más interesante de Mimas con diferencia es el gigantesco cráter que hay en su hemisferio delantero. Dado que Mimas siempre orbita Saturno con una cara mirando hacia el planeta –como nuestra Luna lo hace con la Tierra–, podemos hablar de un hemisferio delantero y otro hemisferio trasero en su movimiento, ya que uno de ellos “mira hacia delante” según se mueve la luna y el otro está a su espalda. Bien, el hemisferio delantero de Mimas está decorado por un cráter extraordinariamente grande que, en honor a Sir William (¿cómo iba a ser de otro modo?), recibe el nombre de cráter de Herschel.

Cráter de Herschel en Mimas (Cassini/NASA/ESA).

Se trata, como digo, de un cráter descomunal si lo comparamos con el tamaño de Mimas: tiene unos 139 kilómetros de diámetro comparados con los 400 km de diámetro de la propia luna. Herschel alcanza una profundidad máxima de 10 km bajo la superficie “normal” del satélite, y la pared que rodea el cráter tiene otros 5 km de altura. Finalmente, el montículo que hay en el centro tiene unos 6 km de altura sobre el fondo del cráter. No sé si eres consciente de lo gigantesco de estas cifras: si pusiéramos nuestro propio monte Everest en el cráter, su cima no sería visible desde fuera de él. Por si te ayuda a asimilar la enormidad de Herschel, si la Tierra tuviera un cráter idéntico y proporcional a él, sería más grande que Canadá y sus paredes tendrían 200 km de altura, más de veinte veces la altura del Everest desde el nivel del mar. Me quedo sin palabras.

Si recuerdas, Mimas está en el límite inferior de tamaño que puede tener un cuerpo esférico por su propia gravedad. Bien, pues aquí pasa algo parecido: Herschel es el cráter más grande –en comparación con el cuerpo sobre el que se encuentra– que conocemos, y no es probable que nadie le arrebate el puesto por la sencilla razón de que Mimas sigue existiendo. El impacto que produjo este cráter debió de ser tan brutal que los astrónomos están asombrados de que no haya reventado la luna en pedazos cuando se produjo: podemos ver fracturas en el lado opuesto del cráter, causadas por la descomunal onda de choque que tuvo que producir el impacto. De hecho, sospechamos que una colisión con un objeto ligeramente mayor seguramente hubiera sido suficiente para destrozar la luna.

Una fotografía más cercana del cráter de Herschel (Cassini/NASA/ESA). Versión a 1024×1024 px.

El montículo en el centro, como sucede con tantos otros cráteres de impacto, señala los restos del objeto original, que debió de ser un pedazo de hielo de tamaño considerable. Naturalmente, la escasa densidad de Mimas ayudó a producir una depresión mayor que la que hubiera existido de haberse tratado de una luna rocosa como la nuestra, pero la magnitud del cráter sigue siendo impresionante.

Este cráter es el responsable de que Mimas reciba a menudo el nombre de Estrella de la Muerte, por el satélite artificial de La Guerra de las Galaxias, ya que se parece sorprendentemente a ella. Por si te lo estás preguntando, Mimas no fue la inspiración de George Lucas, porque el cráter de Herschel fue descubierto en 1980 y la película es de 1977. En cualquier caso, el nombre le viene al pelo.

Mimas, la Estrella de la Muerte (Cassini/NASA/ESA). Versión a 2000×2000 px.

No sabemos cuándo se produjo el terrible impacto que produjo esta gran cicatriz sobre Mimas, pero sí que las consecuencias –además del propio cráter y las fracturas producidas– se siguen notando hoy en día. Cuando la sonda Cassini midió la temperatura de los distintos puntos de la superficie de la luna nos encontramos con una sorpresa: la parte cercana al cráter de Herschel estaba más fría de lo esperado en la cara iluminada por el Sol. La temperatura de Mimas es, desde luego, bajísima, pero en lo más caliente del día llega a alcanzar los 92-94 kelvin (unos 181 grados centígrados bajo cero de máxima, que se dice pronto).

Lo que esperábamos que sucediera es lo normal: que en la parte de la luna que mira directamente hacia el Sol se alcanzase esa temperatura máxima y que, según nos alejábamos de esa región, la temperatura fuera descendiendo. Sin embargo, al medir las temperaturas Cassini vio que la zona que rodeaba al cráter de Herschel estaba casi 20 K más fría de lo que debería. Para rizar el rizo de las sorpresas, el centro del cráter estaba a su vez más caliente que la región que lo rodeaba, a unos 84 K.

Mapa de temperatura superficial de Mimas (traducido de Cassini/NASA/ESA).

Aunque no sabemos la razón última con seguridad, esta anomalía probablemente se debe al cambio en la composición (y sobre todo el albedo, es decir, el porcentaje de luz reflejada, como consecuencia de esa composición) en la superficie de la luna al acercarse al cráter de Herschel. También es posible, desde luego, que la temperatura anómala señale el hecho de que la luna se está cargando y, tarde o temprano, dirija un rayo mortal hacia la Tierra, acabando con nuestras desdichas. Ya veremos.

Más allá de Mimas y antes de encontrarnos con la siguiente luna principal orbitan tres diminutos satélites de masas minúsculas comparadas con las de la propia Mimas o incluso que las lunas pastoras más grandes que hemos visto. Se trata de Metone, Antea y Palene, así nombradas por las tres hijas del gigante Alcioneo y que han sido descubiertas muy recientemente, entre 2004 y 2007. Como digo, son migajas de unos pocos billones de kilos y alrededor de 1-3 km de tamaño, y sabemos aún muy poco de ellas, pero son un recordatorio del enjambre de pequeños trozos de hielo y roca que orbitan alrededor de Saturno y de los que aún hemos observado una pequeña fracción.

Metone, fotografiada por Cassini en 2012 (Cassini/NASA/ESA).

Tras conocer la Estrella de la Muerte, en el siguiente capítulo de la serie conoceremos la siguiente luna principal, aún inmersa en el anillo E y situada más allá de las órbitas de las tres hermanas Metone, Antea y Palene: la luna Encélado.