Ciência

Aqui está o que aprendemos sobre Saturno desde que Cassini entrou em sua órbita há 20 anos

No verão de 2004, quase sete anos após o lançamento da Estação da Força Aérea de Cabo Canaveral, uma nave espacial entrou em órbita de Saturno pela primeira vez.

Uma parceria entre a NASA, a Agência Espacial Europeia (ESA) e a Agência Espacial Italiana produziu a Cassini-Huygens, a nave espacial interplanetária não tripulada e totalmente robótica, destinada a explorar Saturno e suas muitas luas.

E missão cumprida: em 2017, 20 anos após seu lançamento da Terra, o projeto foi concluído em um incêndio de fogo quando a Cassini se desintegrou na atmosfera de Saturno. Durante a missão, 4,9 bilhões de milhas foram percorridas, 453.048 imagens foram tiradas e 3.948 artigos científicos foram publicados sobre suas descobertas, diz a NASA.

“Ser capaz de passar tanto tempo em um planeta, estudando vários aspectos do planeta, é incrível”, diz Matthew Shindell, curador de ciência planetária e exploração do Museu Nacional do Ar e do Espaço.

A missão envolveu dois veículos separados: o orbitador Cassini e a sonda Huygens, nomeada em homenagem aos astrônomos do século XVII Gian Domenico Cassini e Christiaan Huygens.

A Cassini transportou a Huygens em sua jornada da Terra para Saturno. A missão da Cassini era investigar Saturno e seu sistema, enquanto a da Huygens era explorar Titã, a maior lua do planeta. A sonda Huygens se separou da Cassini no final de dezembro de 2004.

“Foi considerado um arranjo relativamente simples porque, você sabe, você apenas parafusa as duas coisas juntas, e então elas se separam e fazem suas próprias coisas”, diz o cientista do programa da NASA Curt Niebur. “Foi, mesmo dentro desse arranjo simples, um trabalho extremamente complexo de fazer.”

Como a Cassini era a nave espacial maior que hospedava a maioria dos instrumentos científicos da missão e tinha uma vida útil mais longa, o nome da missão, com hífen, é frequentemente abreviado para Cassini.

Cassini foi “uma das maiores, mais pesadas e mais complexas naves espaciais interplanetárias já construídas”, de acordo com a ESA.

Antes da Cassini, pouco se sabia sobre Saturno.

“Sabíamos que Saturno era grande”, diz Niebur. “Sabíamos que ele tinha uma atmosfera; essa atmosfera era cheia de hidrogênio e tinha muitos outros elementos traços nela. Sabíamos que ele tinha anéis. Sabíamos que ele tinha muitas luas de vários tamanhos. E sabíamos que uma dessas luas — Titã — parecia ter uma atmosfera. É isso. Era tudo o que sabíamos.”

Mas, depois das 294 órbitas completas da Cassini e dos 162 sobrevoos direcionados às luas de Saturno durante sua viagem, uma grande quantidade de informações foi descoberta.

A Cassini encontrou várias luas orbitando Saturno e, em 2023, o número conhecido de luas em sua órbita era de quase 150.

Um modelo da nave espacial Cassini da NASA é visto no Laboratório de Propulsão a Jato em Pasadena, Califórnia, enquanto a Cassini se aproxima do fim de sua missão de 20 anos em setembro de 2017.

Titã

Em 14 de janeiro de 2005, a sonda Huygens pousou em Titã e revelou suas notáveis ​​semelhanças com a Terra.

“Era algo como ‘a Terra em congelamento profundo’”, diz Bonnie Buratti, pesquisadora sênior e pesquisadora do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA.

A lua, com temperaturas em torno de -290 graus Fahrenheit, tem pressão atmosférica duas vezes maior que a da Terra. Enquanto sua atmosfera é primariamente nitrogênio como a da Terra, em vez de oxigênio, ela tem metano.

“Titã é uma potência em química orgânica”, diz Niebur. “Está fazendo muita química orgânica estranha em sua atmosfera. … Isso tem muitas implicações não para a habitabilidade, mas para a vida, porque a química orgânica complexa foi o passo antes da vida.”

A NASA diz que é “a única lua no sistema solar com uma atmosfera densa, e é o único mundo além da Terra que tem corpos líquidos estagnados, incluindo rios, lagos e mares, em sua superfície”.

Titã também tem um ciclo de metano único, análogo ao ciclo hidrológico da Terra, mas baseado em metano e não em água.

No Museu Nacional do Ar e do Espaço em Washington, DC, Titan faz parte da experiência interativa “Caminhando em Outros Mundos”.

“Nós damos ao público uma espécie de experiência imersiva de estar na superfície de Titã, olhando para esses lagos de hidrocarbonetos e esse tipo de atmosfera densa e amarelada”, diz Shindell. “E isso só é possível para nós porque a sonda Huygens pousou e coletou esses dados.”

Encélado

Encélado, outra lua de Saturno, também passou a despertar bastante interesse.

Niebur diz que a equipe da Cassini primeiro pensou, “’Enceladus, é só uma pequena bola de gelo do tamanho do Texas. Vamos voar uma vez, tirar algumas fotos, dizer que estivemos lá, fizemos isso.’ E então voamos, e foi, ‘Oh, isso não faz absolutamente nenhum sentido. Agora temos que reescrever todos os livros didáticos sobre ciência planetária.’”

Foi descoberto que Encélado tem plumas criovulcânicas ativas em seu polo sul, indicando a presença de um oceano global de água salgada subterrânea com fontes hidrotermais que “podem servir como uma fonte de nutrientes, assim como as fontes hidrotermais dos oceanos profundos da Terra”, diz Linda Spilker, pesquisadora sênior e cientista planetária do Laboratório de Propulsão a Jato.

Na Terra, as fontes hidrotermais são consideradas ambientes potenciais para a origem da vida. De acordo com o Museu Americano de História Natural, “alguns dos micróbios termofílicos, ou amantes do calor, das fontes são os organismos mais primitivos conhecidos na Terra”. Além disso, “moléculas orgânicas complexas, os blocos de construção da vida, são encontradas nas fontes” e “o oceano profundo era um dos poucos lugares na Terra primitiva que era protegido de bombardeios frequentes de meteoritos e radiação letal”.

Durante sua pesquisa em Encélado, a Cassini encontrou 101 jatos distintos semelhantes a gêiseres na lua. Os gêiseres, cujas origens se acredita estarem no oceano abaixo da superfície, borrifam vapor de água e partículas de gelo.

Spilker diz que a Cassini voou pelos gêiseres de Encélado sete vezes, coletou amostras diretamente deles e “encontrou os ingredientes básicos para a vida”, como carbono, hidrogênio, oxigênio, fósforo, enxofre e nitrogênio.

A lua de Saturno, Encélado, com sua superfície branca e gelada

Encélado expele material de seu oceano para o espaço, que pode ser estudado por espaçonaves da Terra para aprender mais sobre o que existe abaixo.

Os anéis

A Cassini foi encarregada de investigar de perto as estruturas dos anéis do planeta e descobriu uma quantidade significativa de dados.

Durante sua exploração dos anéis de Saturno, a Cassini descobriu que eles consistem em materiais que variam de “pequenos grãos de poeira até objetos do tamanho de uma casa ou montanha e, claro, há menos partículas de tamanho maior”, explica Silker. Dada a extensão radial considerável dos anéis, essa descoberta foi inovadora.

Cassini também capturou o caos contínuo dos anéis.

Quando as pessoas imaginam os anéis de Saturno, elas frequentemente veem “essa órbita clássica muito imponente, majestosa e bem ordenada ao redor de Saturno, e é como ouvir música clássica; tudo está em seu lugar e permanece em seu lugar”, diz Niebur. “Não é assim. É mais como estar em uma corrida de motocross onde a pista é lamacenta. E você vê as motocicletas atingindo as colinas e voando para cima, e elas estão jogando lama para todo lado. E há apenas coisas voando e colidindo umas com as outras. É assim que é nos anéis. É um caos louco lá dentro.”

Antes da Cassini, os cientistas debatiam há muito tempo a idade dos anéis de Saturno. Silker diz que “havia dois campos, os anéis velhos e os anéis jovens, para frente e para trás, para frente e para trás, para frente e para trás.”

Usando os dados da missão da Cassini, vários estudos determinaram que os anéis de Saturno são relativamente jovens. Um estudo de 2023 publicado em Avanços da Ciência concluiu que os anéis de Saturno não têm mais de 400 milhões de anos, muito menos que os 4,5 bilhões de anos de Saturno.

Cassini conseguiu medir a massa dos anéis. “E tivemos que fazer isso nas órbitas finais mergulhando entre os anéis e o planeta”, diz Silker.

Ter dados disponíveis sobre a massa dos anéis de Saturno permitiu que os cientistas estimassem sua idade ao ver “quão rápido os detritos que chegam são adicionados, e como isso influencia a maneira como os anéis mudam ao longo do tempo. Coloque esses elementos juntos, e pode-se ter uma ideia melhor de quanto tempo eles estão por aí e o tempo que lhes resta”, relata Aaron McKinnon da NASA.

Saturno e luas (pequenas)

Saturno e suas luas

O que vem a seguir para a exploração de Saturno?

À medida que se passa o 20º aniversário da entrada da Cassini na órbita de Saturno, cientistas do mundo todo estão se preparando para futuras missões ao planeta dos anéis para dar continuidade às descobertas duradouras da Cassini.

A missão Dragonfly da NASA, que visa desvendar ainda mais os mistérios de Titã após seu lançamento programado para 2028, lançará um módulo de pouso de rotor para saltar sobre a superfície de Titã, explorando tudo, desde seu oceano subterrâneo até seu ciclo de metano.

“É essencialmente um drone com oito rotores”, diz Niebur. “É mais ou menos do tamanho de uma mesa de jantar. E vai voar por Titã sozinho. … É uma missão tremendamente ambiciosa e emocionante.”

A NASA também espera investigar Enceladus mais a fundo. A descoberta da Cassini de evidências de um oceano líquido global na lua torna um módulo de pouso em Enceladus uma alta prioridade.

Enquanto isso, as pessoas podem continuar a celebrar as conquistas da Cassini-Huygens, que foi, como a Royal Society a aclama, “uma das missões espaciais mais bem-sucedidas e inovadoras já lançadas”.