Órbitas Keplerianas, resonancias y la División de Cassini
Los anillos de Saturno son el laboratorio de mecánica orbital más espectacular del sistema solar: billones de partículas de hielo y roca, cada una en su propia órbita kepleriana, formando una estructura de miles de kilómetros de ancho y apenas decenas de metros de espesor. La División de Cassini — una brecha oscura visible desde la Tierra — es el resultado de una resonancia orbital con la luna Mimas, exactamente igual que los Asteroides de Kirkwood.
Cada partícula del anillo orbita a Saturno siguiendo la tercera ley de Kepler: su período T depende solo de su distancia orbital a:
La rotación diferencial es fundamental: a 1.5 R_S, una partícula orbita en ~8 horas; a 2.5 R_S, tarda ~16 horas. Si las partículas no interaccionasen entre ellas ni con las lunas, cada una mantendría su órbita para siempre.
| Anillo | Radio (R_S) | Anchura (km) | Características |
|---|---|---|---|
| C (Crêpe) | 1.23–1.52 | 17,500 | Anillo tenue, partículas oscuras, poco material. |
| B | 1.52–1.95 | 25,500 | El más denso y brillante. Opaco. Ondas de densidad. |
| División Cassini | 1.95–2.02 | 4,800 | Brecha creada por resonancia 2:1 con Mimas. |
| A | 2.02–2.27 | 14,600 | Denso. División de Encke (resonancia con Pan). |
| F | 2.33 | ~30–500 | Estrecho, trenzado. Mantenido por lunas pastoras. |
La División de Cassini es consecuencia directa de una resonancia 2:1 con la luna Mimas: una partícula a 1.95 R_S orbita exactamente el doble de veces que Mimas por año. Cada dos órbitas de la partícula, Mimas está en la misma posición relativa, siempre tirando en la misma dirección: la perturbación gravitacional se acumula y expulsa a la partícula de esa región.
Las perturbaciones de las lunas a frecuencias resonantes generan ondas de densidad espiral en los anillos, como ondas en el agua. La sonda Cassini fotografió estas ondas en el anillo B.
Prometeo y Pandora flanquean el anillo F y lo confinan gravitacionalmente. Cualquier partícula que se aleje es devuelta por la perturbación de la luna más cercana. El anillo F es el ejemplo más claro.
Dentro del límite de Roche (~2.5 R_S), las fuerzas de marea de Saturno son mayores que la gravedad propia de los fragmentos: los objetos no pueden aglomerarse. Los anillos existen solo dentro de este límite.
Las sondas Cassini (2004–2017) muestran que los anillos son sorprendentemente jóvenes: ~10–100 millones de años. Probablemente el resto de una luna de hielo destruida por las mareas o un cometa.