Physical Review Letters

Las matemáticas explican un misterio de los anillos de Saturno

Las matemáticas explican un misterio de los anillos de Saturno
Universo, planeta, Saturno. NASA

Un modelo matemático ha venido a dar sentido a uno de los grandes misterios de los anillos de Saturno: la formación periódica de coágulos en el anillo F del planeta.

Los anillos de Saturno son formaciones de polvo y hielo que se arremolinan a lo largo del plano ecuatorial de Saturno. Fueron descubiertos por primera vez en 1610 por Galileo Galilei.

En ese momento, pensó que eran parte del planeta en sí. El estudio en profundidad de estas formaciones únicas solo fue posible en el siglo XX en la era de la exploración espacial. Y muchos misterios relacionados con su formación y procesos permanecen sin respuesta.

La mayoría de los planetas del sistema solar se han mantenido sin cambios durante millones de años, pero los anillos de Saturno muestran una inestabilidad extrema. Esto es particularmente cierto en el anillo F, uno de sus anillos más externos. Se sabe que el anillo F cambia en el transcurso de días o incluso horas. Por ejemplo, se han detectado grumos de materia en el anillo F que desaparecen de repente.

Si bien aún no se conoce qué causa este comportamiento errático, se sabe que los procesos de agregación de partículas (fusión) y fragmentación (desintegración) desempeñan un papel. En los anillos planetarios, como los de Saturno, estos procesos ocurren en una escala particularmente grande, lo que exige un equilibrio constante entre la fragmentación y la agregación.

Científicos de universidades en Rusia (Skoltech, Universidad Estatal de Moscú, Instituto de Matemáticas Numéricas de la Academia Rusa de Ciencias), Reino Unido (Universidad de Leicester) y Estados Unidos (Universidad de Boston) se han unido para arrojar luz sobre la misterioso anillo F usando un modelo matemático que previamente se había utilizado para estudiar los elementos más estables de Saturno.

Usando el modelo, el equipo liderado por Skoltech demostró la posibilidad de regímenes oscilatorios periódicos incesantes para la fusión y fragmentación de partículas dentro de los anillos de Saturno.

En otras palabras, han identificado un mecanismo que podría causar la formación de coágulos en un anillo planetario como el anillo F. Sus hallazgos satisfacen la ley de la conservación de la masa, que sostiene que la masa no puede ser creada o destruida en reacciones químicas.

Los resultados del estudio han sido publicados en la revista científica Physical Review Letters.

«Pasamos casi tres años trabajando en esto antes de presentar nuestros resultados para su publicación. Esto se debe a que nos tomó mucho tiempo resolver nuestras dudas y las etapas de validación. Al final, encontramos un ejemplo de una interminable solución periódica oscilatoria del modelo matemático de los procesos de agregación y fragmentación de los anillos de Saturno. Además, determinamos que estos regímenes periódicos conducen a un ciclo de limitación estable, lo cual es muy sorprendente para un modelo bajo la ley de conservación de masa, donde las soluciones de equilibrio estables se espera que se encuentren. Como nuestros principales resultados provienen de simulaciones numéricas, esperamos atraer el interés de la comunidad matemática para la elaboración de rigurosas pruebas analíticas de los fenómenos presentados. De todos modos, inferimos que esos resultados pueden arrojar algo de luz sobre el fenómenos de agrupaciones periódicas que surgen en el anillo F de Saturno».

Lo firma el autor principal y científico investigador de Skoltech, Sergey Matvee.

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