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Los científicos han encontrado que enormes nubes de plasma, estallan periódicamente alrededor de Saturno y se mueven alrededor del planeta como una carga desequilibrada de colada en el ciclo de centrifugado. El movimiento de este plasma caliente produce una firma repetitiva de "latidos" en las medidas del entorno magnético rotante de Saturno, y ayuda a ilustrar por qué los científicos han tenido tantas dificultades al medir la longitud del día de Saturno.
"Éste es un avance que puede señalarnos el origen de la periodicidad misteriosamente cambiante que oculta el verdadero ritmo de rotación de Saturno", dice Pontus Brandt, autor principal del artículo y científico del equipo de Cassini con sede en el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins en Laurel, Maryland. "La gran cuestión ahora es por qué estas explosiones tiene lugar periódicamente".
Los datos muestran cómo las inyecciones de plasma, corrientes eléctricas y el campo magnético de Saturno - fenómenos invisibles al ojo humano - son socios en una intrincada coreografía. Las explosiones periódicas del plasma forman islas de presión que rotan alrededor de Saturno. Las islas de presión "inflan" el campo magnético.
Hay disponible una animación que muestra este comportamiento en http://www.nasa.gov/cassini y http://saturn.jpl.nasa.gov.
La visualización demuestra cómo el invisible plasma caliente de la magnetosfera de Saturno - la burbuja magnética alrededor del planeta - estalla y distorsiona las líneas de campo magnético en respuesta a la presión. La magnetosfera de Saturno no es una burbuja perfecta debido a que está estirada hacia atrás por la fuerza del viento solar, el cual contiene partículas cargadas que fluyen desde el Sol.
La fuerza del viento solar estira el campo magnético del lado de Saturno que está más alejado del Sol en lo que se conoce como magnetocola. El colapso de la magnetocola parece disparar un proceso que provoca el estallido del plasma caliente, el cual, a su vez, infla el campo magnético de la magnetosfera interna.
Los científicos aún están investigando qué provoca que la magnetocola de Saturno colapse, pero hay sólidas indicaciones de que el frío y denso plasma originario de Encélado, la luna de Saturno, rota junto con Saturno. Las fuerzas centrífugas estiran el campo magnético hasta que parte de la cola restalla.
Este restallido calienta el plasma alrededor de Saturno, y el plasma calentado queda atrapado en el campo magnético. Rota alrededor del planeta en islas a la velocidad de 100 kilómetros por segundo. De la misma forma que los sistemas de presión alta y baja en la Tierra provocan vientos, las altas presiones del espacio provocan corrientes eléctricas. Las corrientes provocan distorsiones del campo magnético.
Una señal de radio conocida como Radiación Kilométrica de Saturno, que los científicos han usado para estimar la longitud del día del planeta, está íntimamente vinculada al comportamiento del campo magnético de Saturno. Dado que el planeta no tiene superficie ni un punto fijo para cronometrar su ritmo de rotación, los científicos deducen este ritmo controlando los picos de este tipo de emisión de radio, el cual se asume que aumenta con cada rotación del planeta. Este método ha funcionado con Júpiter, pero las señales de Saturno han variado. Las medidas de principios de la década de 1980 tomadas por la nave Voyager de la NASA, datos obtenidos en 2000 por la misión Ulises de ESA/NASA, y datos de Cassini desde 2003 hasta la actualidad, presentan diferencias pequeñas pero significativas. Como resultado, los científicos no están seguros de cuánto dura el día de Saturno.
"Lo importante respecto a este nuevo trabajo es que los científicos están empezando a describir las relaciones causales globales entre algunas de las fuerzas complejas e invisibles que dan forma el entorno de Saturno", dice Marcia Burton, científico investigador de campos y partículas en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California. "Los nuevos resultados no nos dan aún la duración del día de Saturno, pero nos dan una importante pista para calcularlo. La duración del día de Saturno, o su periodo de rotación, es importante para determinar las propiedades fundamentales de Saturno, como la estructura de su interior y la velocidad de los vientos".
El plasma es invisible al ojo humano. Pero la cámara de iones y neutra en el instrumento de imagen atmosférica de Cassini, proporcionar una visión tridimensional detectando los átomos neutros emitidos desde las nubes de plasma alrededor de Saturno. Los átomos energéticos neutros se forman cuando el gas neutro y frío colisiona con partículas eléctricamente cargadas en una nube de plasma. Las partículas resultantes están cargadas neutramente, por lo que pueden escapar del campo magnético y salir lanzadas hacia el espacio. La emisión de estas partículas, a menudo tiene lugar en los campos magnéticos que rodean los planetas.
Uniendo imágenes obtenidas cada media hora, los científicos produjeron película del plasma conforme vagaba alrededor del planeta. Los científicos usaron estas imágenes para reconstruir la presión 3-D producida por las nubes de plasma, y complementaron esos resultados con las presiones del plasma derivadas del espectrómetro de plasma de Cassini. Una vez que los científicos comprendieron la presión y su evolución, pudieron calcular las perturbaciones del campo magnético asociadas a lo largo de la ruta de vuelo de Cassini. La perturbación del campo calculada encajaba con el "latido" observado perfectamente, confirmando la fuente de las oscilaciones del campo.
"Todos sabemos que se han observado cambios en el periodo de rotación en púlsares, a millones de años luz de nuestro Sistema Solar, y ahora hemos encontrado un fenómeno similar justo aquí, en Saturno", dice Tom Krimigis, investigador principal del instrumento de imagen atmosférica, también con sede en el Laboratorio de Física Aplicada y la Academia de Atenas en Grecia. "Con los instrumentos que ya hay observando lo que sucede, podemos decir que los flujos de plasma y los sistemas de corrientes complejas pueden enmascarar el periodo de rotación real del cuerpo central. Así es como las observaciones de nuestro Sistema Solar pueden ayudarnos a comprender lo que se ve en objetos astrofísicos lejanos".
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