Atmosfera
Assim como a atmosfera dos demais gigantes gasosos, a atmosfera de Saturno é composta primariamente por hidrogênio (96,3%) e hélio (3,25%), além de pequenas quantidades de metano (0,45%) e amônia (0,01%) e traços de outros hidrocarbonetos. No entanto percebe-se que a abundância de hélio é consideravelmente menor em relação a Júpiter, apesar de seus tamanhos consideráveis, o que é atribuído ao fato de que o hélio, por ser mais pesado, afundou para as camadas internas do planeta, tornando a atmosfera excepcionalmente rica em hidrogênio.
Principais camadas de nuvens da atmosfera de Saturno. Cores apenas representativas e alturas estimadas.
A troposfera é a camada onde se desenvolvem os principais fenômenos atmosféricos, inclusive a formação de camadas de nuvens com diferentes composições, de acordo com a pressão atmosférica. Não há um limite inferior definido onde começa a camada atmosférica pelo fato de que não há uma fronteira que determine quando o hidrogênio passa a se comportar como líquido ou como gás. Desta forma, Saturno não apresenta uma superfície definida. Na estratosfera, logo acima da troposfera, onde os gases são mais rarefeitos, um dos fenômenos característicos é a fotólise do metano, causada pela radiação ultravioleta emitida pelo Sol. Como resultado, formam-se vários hidrocarbonetos mais pesados que caem e se misturam aos componentes da troposfera. Acima encontra-se a ionosfera, formada por íons resultantes da interação das partículas do vento solar e o campo magnético do planeta.
Camadas de nuvens
Assim como os demais gigantes gasosos, todo o planeta é envolvido por espessas camadas de nuvens. Em Saturno, as nuvens se formam com diferentes composições em três níveis principais distintos, que dependem basicamente das temperaturas de condensação dos gases. Sendo assim, a partir da modelagem térmica e química da atmosfera, bem como a partir de dados de sondas espaciais, constatou-se que a camada mais alta de nuvens é formada por amônia (NH3), cujos cristais se formam a temperaturas da ordem de -250 °C. Logo abaixo, outra camada de nuvens é formada por hidrossulfeto de amônio (NH4SH), quando a temperatura chega ao redor de -70 °C e, por fim, uma camada de nuvens de água se forma logo abaixo, onde a temperatura é de 0 °C. A altitude de ocorrência destas nuvens é de difícil determinação, pois depende da abundância de diversas substâncias químicas, as quais não se conhece com exatidão. Abaixo da camada de nuvens de água, é difícil determinar a composição química e a temperatura da atmosfera. No entanto, a pressão aumenta continuamente conforme se diminui a altitude. Estima-se que na base da troposfera a temperatura possa chegar a mais de 700 °C.
Dinâmica atmosférica
Saturno, assim como Júpiter, possui diversas bandas de circulação atmosférica com diferentes características. No entanto, a presença de uma névoa acima das nuvens de amônia formada por partículas em aerossol que envolve todo o planeta, faz com que, quando observado no espectro visível, estas faixas apareçam com coloração dourada e amarelada, pouco proeminentes. As faixas mais claras estão associadas a nuvens formadas por correntes de gases quentes ascendentes, enquanto que as faixas escuras adjacentes são formadas por gases descendentes, que fazem com que as nuvens se desfaçam conforme a temperatura aumenta. No entanto, tempestades convectivas são observadas em faixas escuras, indicando que não há uma relação direta entre a coloração da faixa e o movimento ascendente ou descendente dos gases.
Como nos demais planetas gigantes, a circulação atmosférica de Saturno ocorre em bandas de fortes ventos, especialmente na direção leste, que é o sentido de rotação do planeta. Em sua zona equatorial, os ventos chegam a 1 800 km/h. A partir do equador do planeta, as zonas de circulação possuem sempre um correspondente no hemisfério norte e outra no hemisfério sul. Esta simetria sugere que haja uma conexão com as características do interior do planeta. De fato boa parte da energia responsável por manter estes ventos vem de seu interior, dando origem a correntes de convecção, que geram correntes de circulação global, que se tornam bandas paralelas devido ao efeito Coriolis criado pela rápida rotação. As bandas escuras estão normalmente associadas a ventos fortes na direção leste, mais estreitas e com uma fina faixa clara em seu centro. Estas bandas são intercaladas por bandas mais claras e largas, onde podem ocorrer correntes na direção oposta. A velocidade dos ventos nestas bandas varia sensivelmente em intervalos curtos de tempo, ao contrário de Júpiter. A velocidade dos ventos da banda equatorial, por exemplo, caíram de 450 m/s para 250 m/s entre as visitas das sondas Voyager e Cassini, respectivamente. Eventualmente, surgem instabilidades que geram formatos ondulatórias das correntes de ventos, possivelmente associadas às mudanças sazonais de iluminação do Sol e o efeito da sombra causada pelos anéis. A sonda Cassini revelou que as faixas espirais de nuvens penetram muito mais profundamente no planeta do que os cinturões de nuvens de Jupiter, que atingem cerca de 3 mil quilômetros abaixo do topo da atmosfera. As nuvens de Saturno atingem mais de 6 mil quilômetros abaixo da atmosfera planeta.
Imagem em falsa cor da tempestade em forma hexagonal no polo norte do planeta.
A ocorrência de eventos atmosféricos de pequena escala, como vórtices e manchas brancas, marrons e vermelhas é comum, durando por curtos intervalos de tempo. Especialmente no hemisfério sul, entre as latitudes de 30° e 35°, o surgimento de vórtices com diâmetro de até mil quilômetros é recorrente, durando até no máximo um mês. Nestas tempestades observou-se a ocorrência de raios mil vezes mais intensos que as descargas elétricas na Terra. Entre bandas cujos ventos circulam em direção oposta, surgem tempestades em forma de turbilhões permanentes. Entretanto, sistemas de tempestades notáveis com milhares de quilômetros de extensão eventualmente surgem. Em períodos de aproximadamente trinta anos, forma-se uma estrutura proeminente no planeta, apelidada de Grande Mancha Branca, que se expande ao longo da banda onde está situado e desaparece em questão de poucos meses. A coincidência com o período de translação do planeta sugere que este fenômeno seja sazonal e esteja associado com a variação da incidência de luz solar.
No polo sul do planeta, existe uma tempestade ciclônica com um olho definido, conhecida como Vórtice Polar Sul, com oito mil quilômetros de diâmetro. Ao redor do olho, paredes de nuvens se elevam a dezenas de quilômetros de altitude, além de nuvens pontuais que surgem ao redor da zona polar sul. Os ventos em direção leste chegam a 160 m/s. No polo norte, outra tempestade ciclônica, que exibe um formato de nuvens hexagonal, motivo pelo qual é conhecida como Hexágono de Saturno, permanece por vários anos, cujo diâmetro ultrapassa 25 000 km. Não se sabe o motivo pelo qual este formato se mantém por tanto tempo. As duas tempestades são caracterizadas por serem pontos quentes, ou seja, a temperatura no seu centro é maior que em seus arredores. De fato a temperatura aumenta gradualmente quando se aproxima dos polos, sendo que o polo sul é 10 °C mais quente que o polo norte.
Magnetosfera
A partir da coleta de dados por sondas espaciais, as características do campo magnético de Saturno passaram a ser conhecidas. Comparativamente, a magnetosfera ao redor do planeta é intermediária entre o campo magnético de Júpiter (dominado pela rápida rotação do planeta) e o campo magnético terrestre (determinado, dentre outros fatores, pela intensidade do vento solar). A magnetosfera a partir do planeta se estende por cerca de 30 raios do planeta (cerca de 1,8 milhões de quilômetros) em direção ao Sol e, na direção oposta, possui uma extensa magnetocauda. A força do seu dipolo magnético é a segunda maior do Sistema Solar, superada apenas por Júpiter. Seu momento magnético é 600 vezes superior ao momento magnético terrestre, mas equivale a somente 3% do momento magnético de Júpiter.
Composição fotográfica feita pelo Telescópio Espacial Hubble mostrando a ocorrência de aurora no hemisfério sul de Saturno em intervalos de dois dias. A aurora é visível somente no ultravioleta.
O campo magnético é gerado a partir da combinação da presença de hidrogênio metálico em seu interior, que é bom condutor de corrente elétrica, e a rápida rotação do planeta, que gera um dínamo responsável pela manutenção de sua magnetosfera. Os polos magnéticos do planeta estão quase perfeitamente alinhados com seu eixo de rotação, embora o centro do campo esteja deslocado 2 400 km para o norte em relação ao centro do planeta. Por sua extensão, a magnetosfera de Saturno engloba os anéis e a maioria dos satélites naturais ao seu redor. Estes corpos interferem na circulação de íons e plasma pelas linhas de campo magnético. O satélite natural Encélado, com seus gêiseres de água, é responsável por ejetar a maior parte das partículas circulantes pela magnetosfera.
Ao redor do planeta, um toro de plasma é mantido por seu campo magnético, sendo a maior estrutura de plasma ao redor de um planeta no Sistema Solar, com uma densidade de 3 000 partículas por centímetro cúbico. O movimento do plasma através da magnetosfera de Saturno gera correntes elétricas, com a trajetória determinada pelas variações do campo magnético em função do vento solar incidente. A interação das partículas carregadas do vento solar com o campo magnético faz ainda com que Saturno emita ondas de rádio moduladas pela rotação do planeta, chamadas de Radiação Quilométrica de Saturno, devido ao seu comprimento de onda. Em Saturno ocorre ainda o fenômeno das auroras polares, similares às da Terra. São observadas ao redor dos polos magnéticos, resultando da colisão de partículas carregadas provenientes da magnetosfera com a atmosfera do planeta, emitindo radiação eletromagnética, com duração de várias semanas. No entanto, as auroras de Saturno são visíveis somente no ultravioleta.
Órbita e rotação
Saturno durante o seu equinócio em agosto de 2009, em composição fotográfica feita pela Cassini. Note que os anéis quase não projetam sombra no planeta, por estarem alinhados com o Sol.
Saturno, o sexto planeta a partir do Sol, orbita a uma distância média de 9,6 unidades astronômicas, com uma velocidade orbital média de 9,6 km/s, levando cerca de 29,5 anos terrestres para completar seu trajeto. Sua órbita possui uma excentricidade orbital de somente 0,054, enquanto que seu plano orbital em relação à eclíptica (o plano de órbita da Terra) é de 2,48°.
Pelo fato de os planetas gigantes gasosos não se comportarem como corpos rígidos, estes apresentam rotação diferencial, ou seja, suas camadas superiores possuem diferentes velocidades de rotação. Além disso, a circulação atmosférica global dificulta determinar seu período de rotação visualmente. Desta forma, uma das técnicas utilizadas para determinar o período de rotação do seu interior consiste em avaliar a variação de seu campo magnético, que rotaciona junto com o planeta. No entanto, em Saturno, o campo magnético gerado no núcleo está alinhado com o eixo de rotação e é simétrico, de forma que não ocorrem variações significativas conforme o planeta gira como nos demais gigantes gasosos. Medições da modulação da radiação eletromagnética emitida pela magnetosfera do planeta mostravam um período de 10h 34min 24s, que foi adotado como referência, servindo como base para se determinar a velocidade dos ventos. No entanto, esta modulação, conforme constatado pela sonda Cassini, apresenta variações consideráveis ao longo de anos, que não representam variações possíveis da rotação de Saturno. Desta forma, não se conhece com exatidão o período de rotação no interior do planeta, o que implica na dificuldade da criação de modelos para descrever a circulação atmosférica no planeta e sua constituição interna.
Embora não possua o menor período de rotação, este movimento faz com que Saturno seja o planeta mais achatado do Sistema Solar. De fato seu formato oblato é causado pela baixa densidade do planeta, o que faz com que a aceleração da gravidade em suas camadas superiores seja menor e, consequentemente, o planeta não consiga manter seu formato esférico. O eixo de rotação de Saturno é inclinado em 27° em relação ao plano de órbita do planeta. Desta forma, ocorrem variações sazonais da incidência das luz solar nos hemisférios, que é exacerbada pela sombra dos anéis projetada no planeta.
Origem e evolução
De acordo com os modelos de formação e evolução do Sistema Solar, Saturno se originou na mesma época que o Sol e os demais planetas, a partir do colapso gravitacional de uma nuvem interestelar há cerca de 4,5 bilhões de anos. Com a formação do Sol, um disco de acreção se formou ao seu redor, nos quais surgiram núcleos de condensação, pequenos grãos que agregavam material da nebulosa e ficavam cada vez maiores, até atingirem dezenas a centenas de quilômetros de diâmetro, formando os planetesimais. Com tamanho considerável, passam a interagir gravitacionalmente entre si, acabando por colidirem e se fundir. Nas partes mais frias da nebulosa, a fusão de planetesimais deu origem a corpos grandes o suficiente para atraírem gravitacionalmente grandes quantidades de gases ao seu redor, originando, assim, Saturno e os demais gigantes gasosos. Ao seu redor, ainda, outros corpos rochosos se formaram, os satélites naturais.
Estágios de formação planetária antes, durante e após a ressonância 2:1 entre Júpiter e Saturno. Note o espalhamento dos objetos do Cinturão de Kuiper.
Contudo, o Sistema Solar primordial teria sido caótico devido à grande quantidade de planetesimais que orbitavam entre os planetas recém-formados. O Modelo de Nice propõe que Saturno e os demais planetas gigantes teriam se formado mais próximo do Sol do que onde estão atualmente. Contudo, a interação gravitacional entre os planetas e os planetesimais acabava por alterar radicalmente suas órbitas enquanto os planetas migravam para mais longe do Sol. Quando Júpiter e Saturno entraram em ressonância 2:1, as frequentes aproximações entre os dois planetas causaram puxões gravitacionais que acabaram por tornar a órbita dos planetas gigantes mais excêntrica, intensificando o processo de espalhamento dos corpos remanescentes da formação do Sistema Solar além da órbita de Netuno, no Cinturão de Kuiper, direcionando-os inclusive para os planetas mais próximos do Sol, causando o intenso bombardeio tardio.
Anéis
Anéis de Saturno. A sonda Cassini posicionou-se na sombra do planeta, de forma que o espalhamento da luz solar revela a complexidade do sistema de anéis ao redor do planeta, em fotografia de 19 de julho de 2013.
Uma das características notáveis do planeta Saturno é o proeminente sistemas de anéis planetários ao seu redor. De fato, seu sistema de anéis é o maior, mais massivo, brilhante e complexo de todo o Sistema Solar. Vistos através do telescópio, dois anéis mostram-se mais brilhantes, o Anel B, mais interno, e o Anel A, separados por uma lacuna conhecida como Divisão de Cassini. No entanto, a visita de sondas espaciais revelou uma intrincada estrutura de anéis mais finos e opacos.
Mosaico em cor natural obtido pela sonda Cassini dos anéis de Saturno, com seus respectivos nomes e dimensões.
As partículas constituintes deste sistemas de anéis são formadas principalmente por gelo de água. Existem diversas teorias sobre sua origem, como a partir da desintegração de cometas que passaram próximo ao planeta ou a destruição de um grande satélite natural. De fato os anéis principais estão situados no interior de uma zona conhecida como limite de Roche, dentro da qual a gravidade de Saturno é forte o suficiente para desintegrar um corpo que esteja em órbita. A formação do sistema de anéis pode ter começado há mais de um bilhão de anos. Sua evolução até atingir a configuração atual passou pelo bombardeio de meteoroides, espalhamento das partículas e a influência gravitacional dos satélites ao redor. Embora a largura dos anéis se estenda por milhares de quilômetros ao longo do plano equatorial de Saturno, sua espessura, segundo estimativas, não ultrapassa 150 metros. A massa do sistema de anéis é difícil de se estimar, pois não causa efeitos gravitacionais significativos que possam ser medidos por sondas espaciais. Estima-se que a massa total seja equivalente à massa do satélite natural Mimas. Uma pesquisa confirmou que Saturno está perdendo seus anéis icônicos na taxa máxima estimada a partir das observações da Voyager 1 & 2 feitas décadas atrás. Os anéis têm menos de 100 milhões de anos de vida e todo o sistema de anéis terá desaparecido em 300 milhões de anos.
Satélites naturais
Titã e Encélado, em fotografia feita pela sonda Cassini.
Saturno possui 274 luas conhecidas, dos quais 63 possuem um nome oficial. Além disso, há evidências de dezenas a centenas de pequenas luas com diâmetros de 40 a 500 metros nos anéis de Saturno, que não são consideradas luas verdadeiras. Titã, a maior lua, compreende mais de 90% da massa em órbita ao redor de Saturno, incluindo os anéis. Reia, a segunda maior lua de Saturno, pode ter um tênue sistema de anéis próprio, além de uma tênue atmosfera.
Algumas pequenas luas, como Pandora, Jano, Epimeteu e Atlas, devido à proximidade, influenciam a distribuição das partículas no sistema de anéis ao redor do planeta. Dentre os principais satélites, cada um exibe características únicas. Um dos mais notáveis é Titã, o maior e o único satélite natural do Sistema Solar que possui uma espessa atmosfera e a ocorrência de nuvens. Encélado, recoberto por uma camada de gelo, possui gêiseres que expelem água no espaço. Tétis possui uma fissura que possui grande extensão em sua superfície, enquanto Mimas possui uma enorme cratera de impacto. Hipérion possui superfície extremamente irregular, cheia de crateras e uma rotação caótica. Jápeto possui uma cordilheira equatorial, além de uma face escura e outra clara. Outras grandes luas incluem Reia, Dione e Febe.
Observação
Visto a olho nu a partir da Terra, Saturno apresenta um brilho comparável ao das estrelas mais brilhantes da esfera celeste, apresentando uma magnitude média de aproximadamente 1 e coloração amarelada. Entretanto, quando ocorre a oposição, ou seja, a Terra fica posicionada entre Saturno e o Sol, seu brilho é máximo, atingindo uma magnitude aparente de -0,4. De fato a variação do brilho aparente do planeta depende principalmente da orientação dos anéis em relação ao observador, sendo que, quando estão voltados para a Terra, os anéis são responsáveis por dois terços da luz refletida. A excentricidade da órbita dos dois planetas faz com que a distância de observação varie e, consequentemente, o brilho aparente. Saturno possui um albedo de Bond de 0,33, ou seja, o planeta reflete em todas as direções somente um terço da luz solar incidente.
Devido à menor velocidade orbital do planeta, a oposição ocorre somente quinze dias após a oposição em relação ao ano anterior, ou seja, a cada 380 dias aproximadamente. O disco de Saturno apresenta um diâmetro aparente de 21 segundos de arco na oposição, enquanto que o diâmetro mínimo possível é de 15 segundos de arco. Através de um telescópio, Saturno aparenta ser um disco pálido, similar à Júpiter, embora possua bem menos características proeminentes em seu disco. Do seu sistema de anéis, somente os anéis A e B e a divisão de Cassini são distinguíveis. Quando os anéis estão visíveis, se estendem por um diâmetro aparente de 44 segundos de arco. Com o auxílio de um telescópio, Titã é o satélite natural de mais fácil observação, com brilho similar ao de uma estrela de oitava magnitude. Quando os anéis não estão visíveis, outras luas também são mais facilmente localizadas.
Posição de Saturno em oposição nos respectivos anos de 2001 a 2029. Note a variação da posição dos anéis. Quando seu plano está alinhado com a Terra, tornam-se praticamente invisíveis.
Visualmente, Saturno aproxima-se de outros planetas do Sistema Solar, ou seja, ocorre uma conjunção. O trânsito de planetas é um fenômeno extremamente raro, quando um planeta passa na frente de outro. Com muito mais frequência ocorre a ocultação de Saturno ou dos demais planetas pela Lua que, por ser um objeto extenso no céu, encobre completamente outros astros.
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Veja também / See also:
◙ SATURNO / SATURN (Parte 1 de 3);
◙ SATURNO / SATURN (Parte 2 de 3).
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