Curiosidades sobre los astros, propuestas de observaciones sencillas, aspectos cotidianos pero poco conocidos, todo ello con un enfoque didáctico.

lunes, 22 de febrero de 2016

Magia en el sexto planeta

¿Hay magia en las inmediaciones del sexto planeta?
Alguien que lo observara sin más, un espectador no demasiado quisquilloso que no vaya decididamente a pillar el truco, sorprendido por lo que ve diría que sí. Pero como siempre en estos casos existe una explicación, lo que lo convierte en una simple sesión de ilusionismo. Una sesión con dos ayudantes casi desconocidos que dan la cara en el escenario, aunque detrás de bambalinas está el mago, mucho más famoso, cuya aportación es fundamental. Una sesión que, quizás para salvaguardar el “truco” como aconsejan todos los ilusionistas, no se prodiga demasiado. Solo una vez cada 4 años, pero nunca falla. Ni en la puntualidad ni en su sorprendente y cuidada realización.
A la derecha los protagonistas, los satélites Jano y Epimeteo, aunque en realidad solo sean los ayudantes del sexto planeta que se intuye a la izquierda de la imagen, fuera de escena.
Créditos: Cassini Imaging Team, SSI, JPL, ESA,NASA  


Cuando me puse a escribir este post lo que más me costó fue elegir el título. Tardé en decidirme, después de dudar entre unas cuantas opciones:
- “Dos lunas encadenadas entre sí, pero que no se pueden encontrar”.
- “La atracción les aleja. Como dos amantes malditos, su propia atracción mutua hace que no puedan ni siquiera tocarse”
O incluso: -“El satélite de dos caras o ... ¿dos satélites en la misma órbita?”,   -“Danza salvadora”,   -“Baile mágico” ,  o    -“Lo más increíble del Sistema solar, que nunca hayas imaginado”.
Esta última sería muy apropiada para atraer la atención pero me pareció demasiado larga para un título.

Desde el tercer planeta nuestros protagonistas, los satélites  de Saturno Jano y Epimeteo, se verían muy débiles, y su magnitud ronda la 14 y 15 (a simple vista no se puede ver más allá de la 6), Desde luego, están fuera del alcance del equipo de un astrónomo aficionado medio, no tanto por su poco brillo sino sobre todo por la proximidad al planeta y a su anillo, cuya luz saturaría la zona. Pero con el rápido avance tecnológico y los nuevos equipos que sin duda irán apareciendo, probablemente desaparecerá ese problema dentro de poco tiempo.
Como imaginar es libre, imaginemos que ya podemos captar su imagen o que nos la pasa alguien con acceso a un gran telescopio, y yo te cuento lo que veríamos:



Estos primeros meses de 2016 serían muy adecuados para comenzar a ver los preliminares de uno de los fenómenos más extraños que se producen en el Sistema Solar. Habría que dirigir el telescopio ultra-última generación hacia el planeta más fotogénico, y observar detenidamente los pequeños satélites que están relativamente cercanos a sus anillos (seguimos imaginando)
La orientación de los anillos este año 2016, muy abiertos respecto a nuestra visual después de que estuvieron de perfil, inapreciables, a finales de 2008, nos permitiría seguir el movimiento completo de estos satélites describiendo aparentemente una elipse (un círculo en perspectiva) “concéntrica” con el borde exterior de los mencionados anillos de Saturno, sin ser ocultados nunca de nuestra vista por el planeta, y en todo momento suficientemente apartados de los anillos.
Además estamos en una buena época para empezar a realizar observaciones puntuales pero continuadas de Saturno, visible ahora de madrugada; a partir de mayo o junio ya antes de acostarnos y perfectamente posicionado durante el verano, e incluso hasta el mes de octubre, en cuanto anochezca.
     
Si pudiésemos observar ya estos días, encontraríamos varios satélites alrededor del planeta de los anillos, y tomando mediciones precisas (hipotéticamente) quizás nos diésemos cuenta de algo inusual: Dos de estos satélites, nuestros protagonistas, están en una extrañísima configuración: Situados a la misma distancia de Saturno, aparentemente ¡en una misma órbita!, ocupando lugares opuestos, como si se escondiese uno del otro, detrás del enorme planeta anillado.
Posiciones en que podrían encontrarse los satélites Jano y Epimeteo: A) madrugada de cualquier día de estos ,  B) al día siguiente casi a la misma hora  , y  C) en el próximo mes de octubre de 2016  . Todos los elementos están a escala excepto el brillo de los dos satélites, que se ha aumentado enormemente. También está trazada su órbita, en el lugar preciso.
La primera imagen que consiguiésemos (imaginémoslo) según la hora en que se obtuviera, nos los presentaría por ejemplo en la configuración A) del siguiente gráfico, o algo similar. Si repetimos al día siguiente sobre la misma hora (o quizás un poco más tarde porque hubo algún problema en los ajustes del equipo) nos parecerá !que no se han movido!, aunque fijándonos más veríamos que han cambiado sus posiciones (una pequeña diferencia de brillo entre ellos los identifica) Imagen B). En realidad en poco más de un día (en 25 horas) habrán dado una vuelta y media cada uno, porque su periodo es de 16,67 horas.
Si embargo si continuamos observándoles durante la próxima  primavera y el verano … veremos que no van exactamente a la par. Uno de ellos va ligerísimamente más deprisa, y se va acercando poco a poco al otro. Desde ahora (febrero de 2016) hasta el próximo octubre, cuando ya se haga difícil su observación, se habrá acercado un ángulo aproximado de 60º (de los 180º separados ahora en febrero de 2016 a solo unos 120º en el próximo octubre), según se ve en el gráfico C)

Si nos da por elucubrar un poco, quizás pensemos que estamos presenciando los preliminares de un histórico choque cósmico, … porque si se van acercando de esa manera, … dentro de … no demasiado tiempo … . Pero no es lógico. Si un cataclismo de esta envergadura fuese a ocurrir, los astrónomos ya nos lo habrían anunciado a bombo y platillo.
Lo lógico es que, picados por la curiosidad, fuésemos rápidamente Internet a buscar información y datos concretos sobre estos satélites y encontraríamos algo así:
- Jano: tamaño: 194 X 190 X 154 km.  Radio de la órbita 151470 km (desde el centro de Saturno)
- Epimeteo: 138 X 110 X 110 km. Radio de la órbita: 151420 km
Excentricidad de ambas órbitas 0.007 (casi círculos perfectos). Inclinación de las órbitas: 0 (situadas en el plano ecuatorial de Saturno, igual que los anillos)

Vale. Las órbitas no son idénticas y por eso uno va un poco más rápido que el otro. Pero hay tan poca diferencia que ni con el telescopio más potente del planeta me habría dado cuenta.
¡Pero esto no soluciona el problema! Cuando Epimeteo (que irá un poco más rápido porque tiene la órbita más pequeña) se acerque y vaya a adelantar a Jano ¡no tiene sitio para pasarle! La distancia entre las órbitas es menor que el tamaño de los satélites.
Es como cuando en un camino muy estrecho se encuentran dos grandes camiones.
Que no cunda el pánico. La mecánica Newtoniana les salvará.
Porque cuando estén muy cerca y el choque parezca inminente, entrará en acción la fuerza gravitatoria mutua, que aunque la lógica nos pueda indicar que aceleraría el choque, en realidad lo evita, dando lugar a una aparente paradoja.

Epimeteo, que va por detrás en una órbita más cercana al planeta, es atraído por Jano que está delante. Es acelerado, y como consecuencia se sale a una órbita más externa, lo  mismo que un coche si pisamos el acelerador en una curva. Lo contrario le ocurre a Jano, que se ve frenado por Epimeteo, que se le va acercando por detrás. Al frenarse, cae a una órbita más interna, como cualquier satélite al que se le reduzca su velocidad.
Al final, Jano, que parecía que iba a ser alcanzado por Epimeteo, queda en una órbita más interior que el otro y por lo tanto más rápida, con lo que comenzará a alejarse nuevamente como un atleta que se da cuenta que su perseguidor se le acerca y acelera para que eso no ocurra.

En esta sesión casi mágica, el truco lo realiza Saturno, bien camuflado como buen ilusionista. Si no fuese porque ambos están en órbita alrededor del planeta, el efecto sobre Epimeteo al ser atraído hacia delante por Jano sería solo que aumentaría su velocidad pero sin cambiar de dirección, y de la misma manera Jano se frenaría sin más. Y acabarían chocando.
Esto está representado en el gráfico que aparece en el anexo, después del rombo.

Una vez salvada la situación comprometida, Jano se va escapando poco a poco por delante, pero como están en un circuito circular, al cabo de cuatro años,  y completar  más de 2000 órbitas, le sacará casi una vuelta a Epimeteo y se le aproximará, ahora por detrás. Parecerá que le va a alcanzar, pero todo el espectáculo mágico se vuelve a repetir con los papeles de los protagonistas intercambiados, por lo que finalmente vuelven a quedar como al principio.
Y este baile se repite sin fin.
La última vez que ocurrió fue hace dos años, y dentro de otros dos volverá a suceder. Por eso precisamente ahora es cuando están más separados, en lugares opuestos de su órbita, donde sería más fácil (dentro de la gran dificultad) el poderlos observar, uno en cada extremo de la imagen en un momento dado, en la máxima separación angular del anillo, vistos desde aquí.    A partir de ahora comienza el acercamiento.


La situación descrita arriba puede matizarse con algunos detalles más concretos que se recogen a continuación, para acabar con una curiosa casualidad.

- Habitualmente suele decirse que como consecuencia de esta extraña paradoja gravitatoria los dos satélites intercambian sus órbitas. Esto no es totalmente exacto y en realidad Epimeteo, el más pequeño, es el más afectado por la gravedad del otro y es el que modifica su órbita en mayor medida. En cualquier caso intercambian su condición de “más cercano” o “más lejano” a Saturno, que el otro, manteniéndose la distancia de solo 50 kilómetros entre las dos órbitas, como se aprecia en el siguiente esquema.

Esquema gráfico del fenómeno. No está a escala ni la distancia entre los satélites en el momento clave, ni en la curvatura y distancia de las órbitas.
- El fenómeno de modificación de las órbitas en términos físicos se enuncia de una manera más “ortodoxa”, diciendo que la atracción gravitatoria de Epimeteo por detrás a Jano (o al revés, según el caso), le hace perder cantidad de movimiento a éste y como consecuencia cae a una órbita inferior, y lo contrario le ocurriría a Epimeteo, que gana esa cantidad de movimiento perdida por Jano y se sale a una órbita más externa.
Como se ha dicho, no hay que olvidar que todo esto ocurre porque están en órbita alrededor de Saturno que, aunque no aparece en escena, tiene un papel fundamental para que todo salga bien.

- Aunque en las descripciones del fenómeno y los gráficos explicativos pueda parecer lo contrario, el cambio de órbita de cada uno de los satélites no es instantáneo, sino que se produce poco a poco a medida que se van aproximando y la atracción gravitatoria mutua va aumentando. Pero en un momento el proceso queda completado y ya alejados suficientemente, su interacción es prácticamente  nula.

- Hay una gran casualidad en la historia y nomenclatura de estos dos satélites, aunque no tenga nada que ver con el fenómeno que se ha descrito: Jano, el mayor, fue descubierto en 1966, y provisionalmente se le dio ese nombre, correspondiente a un dios del panteón romano que se le representaba con dos caras. Posteriormente parece que fue observado Epimeteo, pero debido al lugar que ocupaba y su órbita, se pensó que era el  mismo satélite. Hasta 1978 no se conoció la verdad: que en realidad eran dos astros diferentes, y se les asignó definitivamente los nombres actuales.

Durante esos 12 años, Jano, el dios de las dos caras, representó a dos astros distintos.

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