Cientistas surpreendidos com inesperadas regras matemáticas nos anéis de Saturno

NASA

Os cientistas descobriram que a distribuição das partículas dos anéis de Saturno segue uma regra de 3

Há muito tempo que se sabe que Saturno tem anéis, mas as partículas no seu interior, que se empurram e colidem, viajando a uma velocidade vertiginosa, de forma aparentemente aleatória, eram um mistério. Agora, uma nova teoria matemática traz ordem ao caos.

Um grupo de físicos, matemáticos e astrónomos explicou como a distribuição de tamanho das diferentes partículas dos anéis de Saturno, que vão desde centímetros a dez metros, segue uma ordem muito simples.

A teoria não só esclarece a estabilidade dos anéis de Saturno, como pode revelar mais sobre as idades e condições de outros planetas e asteróides que também possuem anéis.

Saturno é cercado por anéis imensos, construídos com pedaços de água congelada, com uma pitada de material rochoso. Os anéis podem atingir um diâmetro de 300 mil quilómetros, e as partículas podem viajar a milhares de quilómetros por hora.

Os investigadores descobriram que as partículas dos anéis são soltas e porosas. Quando duas partículas se chocam, se estiverem a mover-se de forma suficientemente lenta, fundem-se numa só. Mas, se estiverem a mover muito rapidamente, destroem-se.

O novo modelo mostra matematicamente como este comportamento simples está de acordo com a distribuição estranhamente exacta dos tamanhos de partículas nos anéis.

Uma Regra de 3

Desde os anos 1980 que os investigadores observam uma relação estrita nos tamanhos das partículas nos anéis de Saturno, que segue aproximadamente uma “lei do cubo inverso”.

Por exemplo, uma partícula que seja duas vezes maior do que outra será oito vezes menos comum, e uma partícula três vezes maior será 27 mais rara.

Os cientistas descobriram que a distribuição das partículas de acordo com seu tamanho também segue de forma semelhante esta regra de 3 (entre 2,75 e 3,5).

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Conceito artístico das partículas no interior dos anéis de Saturno

Conceito artístico das partículas no interior dos anéis de Saturno

A regra é ainda mais ampla do que os investigadores inicialmente pensaram: há apenas dois anos, descobriram que os asteróides têm anéis também. Chariklo e Chiron, por exemplo, seguem o modelo de Saturno.

Esses asteróides são muito menores do que o planeta, mas os seus anéis são não só parecidos, como têm distribuições similares de partículas, o que sugere que o modelo é bastante universal.

No entanto, ele pode não se aplicar a sistemas com um número excessivo de colisões ou com muito poucas colisões e, portanto, mais investigação observacional seria necessária para ver quais sistemas de anéis são contrários ao modelo.

Como se formam os anéis

O modelo também pode ensinar mais aos investigadores sobre planetas e asteroides.

“Agora sabemos como os anéis parecem ser constituídos. Suponha que descobrimos novos anéis, num outro planeta. Apenas pela medição da distribuição do tamanho das partículas no anel, podemos dizer se ele é jovem ou se já teve algum impacto catastrófico no passado”, diz Nikolai Brilliantov, matemático da Universidade de Leicester, em Inglaterra, e principal autor do estudo.

“Se a distribuição segue a regra do cubo inverso, não aconteceu nada no planeta nos últimos 10 mil anos”, explica Brilliantov ao Space.com.

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De longe, os anéis de Saturno parecem uma coisa sólida, homogénea e contínua.

Além disso, ao observar o tamanho máximo das partículas, os investigadores podem ser capazes de aprender mais sobre as substâncias a partir das quais os anéis se formam.

Segundo Jeff Cuzzi, cientista da missão Cassini, que não esteve envolvido no estudo, o novo trabalho confirma pesquisas anteriores sobre como os anéis de Saturno se formam, e descreve-o num sentido matemático mais geral.

“A conclusão geral até à data éde que as partículas são soltas e não sólidas, e que as distribuições de tamanho que vemos não são primordiais, mas são altamente evoluídas por dinâmicas locais”, explica Cuzzi.

À medida que os anéis distantes de outros planetas e asteróides venham a ser medidos, a equipa vai ter mais dados para alimentar o modelo.

Os anéis de Saturno chegaram a um estado estável, mas outros anéis no universo podem não estar tão bem estabilizados.

Brilliantov diz que o próximo passo é agora aprofundar como os anéis evoluem com o tempo para chegar a um equilíbrio.

“No nosso sistema solar, há uma grande quantidade de anéis que não foram explorados”, explica, “e se tivermos informações suficientes, podemos aplicar uma teoria mais complexa, mais bonita e mais abrangente a esses sistemas”.

HypeScience

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