Japeto ( / aɪˈæpətəs / ) es la más externa de las grandes lunas de Saturno . Con un diámetro estimado de 1469 km ( 913 mi), es la tercera luna más grande de Saturno y la undécima más grande del Sistema Solar . [ a ] Bautizada con el nombre del titán Japeto , la luna fue descubierta en 1671 por Giovanni Domenico Cassini .
Jápeto, un cuerpo de densidad relativamente baja compuesto principalmente de hielo , alberga varias características distintivas e inusuales, como una sorprendente diferencia de coloración entre su hemisferio anterior, que es oscuro, y su hemisferio posterior, que es brillante, así como una enorme cresta ecuatorial que recorre tres cuartas partes del camino alrededor de la luna.
Jápeto fue descubierto por Giovanni Domenico Cassini , un astrónomo francés nacido en Italia, en octubre de 1671. Esta es la primera luna que Cassini descubrió; la segunda luna de Saturno en ser descubierta después de que Christaan Huygens descubriera Titán 16 años antes en 1655; y la sexta luna extraterrestre en ser descubierta en la historia de la humanidad.
Cassini descubrió Jápeto cuando la luna estaba en el lado occidental de Saturno, pero cuando intentó verla en el lado oriental unos meses después, no tuvo éxito. Lo mismo ocurrió al año siguiente, cuando pudo observarla nuevamente en el lado occidental, pero no en el oriental. Cassini finalmente observó Jápeto en el lado oriental en 1705 con la ayuda de un telescopio mejorado, y descubrió que era dos magnitudes más tenue en ese lado. [10] [11]
Cassini supuso correctamente que Jápeto tiene un hemisferio brillante y un hemisferio oscuro, y que está bloqueado por las mareas , manteniendo siempre la misma cara hacia Saturno. Esto significa que el hemisferio brillante es visible desde la Tierra cuando Jápeto está en el lado occidental de Saturno, y que el hemisferio oscuro es visible cuando Jápeto está en el lado oriental. [12]
Jápeto recibe su nombre del titán Jápeto de la mitología griega . El nombre fue sugerido por John Herschel (hijo de William Herschel ) en su publicación de 1847 Resultados de las observaciones astronómicas realizadas en el Cabo de Buena Esperanza , [13] en la que abogó por nombrar las lunas de Saturno en honor a los Titanes, hermanos y hermanas del titán Cronos (a quien los romanos equiparaban con su dios Saturno ); y Gigantes , los parientes masivos pero menores de los Titanes que se aliaron con los Titanes contra Zeus y los dioses olímpicos . [14]
El nombre tiene una variante en gran parte obsoleta, Japetus [13] [15] / ˈ dʒ æ p ɪ t ə s / , [16] con una forma adjetival Japetian . [15] Esto ocurrió porque no había distinción entre las letras ⟨i⟩ y ⟨j⟩ en latín, y los autores las tradujeron de manera diferente.
Cuando se descubrió por primera vez, Jápeto estaba entre las cuatro lunas saturnianas denominadas Sidera Lodoicea por su descubridor Giovanni Cassini en honor al rey Luis XIV (las otras tres eran Tetis , Dione y Rea ). Sin embargo, los astrónomos adquirieron el hábito de referirse a ellas utilizando números romanos, siendo Jápeto Saturno V porque era la quinta luna saturniana conocida en orden de distancia a Saturno en ese momento. Una vez que se descubrieron Mimas y Encélado en 1789, el esquema de numeración se amplió y Jápeto se convirtió en Saturno VII . Con el descubrimiento de Hiperión en 1848, Jápeto se convirtió en Saturno VIII , que sigue siendo su designación numérica romana en la actualidad. [17] Las características geológicas de Jápeto generalmente reciben el nombre de personajes y lugares del poema épico francés La canción de Roldán . [17]
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La órbita de Jápeto es algo inusual. Aunque es la tercera luna más grande de Saturno, orbita mucho más lejos de Saturno que la siguiente luna mayor más cercana, Titán . También tiene el plano orbital más inclinado de los satélites regulares; solo los satélites exteriores irregulares como Febe tienen órbitas más inclinadas. Debido a esta órbita distante e inclinada, Jápeto es la única luna grande desde la que los anillos de Saturno serían claramente visibles; desde las otras lunas interiores, los anillos estarían de canto y serían difíciles de ver. Se desconoce la causa de esta órbita altamente inclinada; sin embargo, no es probable que la luna haya sido capturada. Una sugerencia para la causa de la inclinación orbital de Jápeto es un encuentro entre Saturno y otro planeta en el pasado distante. [18]
A pesar de estar, en promedio, 2,4 veces más lejos de Saturno que Hiperión, la siguiente luna hacia el interior, Jápeto está bloqueado marealmente con Saturno, mientras que Hiperión no. [19]
Se cree que las lunas de Saturno se formaron por coacreción , un proceso similar al que se cree que formó los planetas del Sistema Solar. A medida que se formaban los jóvenes gigantes gaseosos, estaban rodeados de discos de material que gradualmente se fusionaron para formar lunas. Sin embargo, un modelo propuesto sobre la formación de Titán sugiere que Titán se formó en una serie de impactos gigantes entre lunas preexistentes. Se cree que Jápeto y Rea se formaron a partir de parte de los restos de estas colisiones. [20] Sin embargo, estudios más recientes sugieren que todas las lunas de Saturno hacia el interior de Titán no tienen más de 100 millones de años; por lo tanto, es poco probable que Jápeto se haya formado en la misma serie de colisiones que Rea y todas las demás lunas hacia el interior de Titán y, junto con Titán, puede ser un satélite primordial. [21]
La baja densidad de Jápeto indica que está compuesta principalmente de hielo , con solo una pequeña cantidad (~20%) de materiales rocosos. [22]
A diferencia de la mayoría de las lunas grandes, su forma general no es esférica ni elipsoide , sino que tiene una cintura abultada y polos aplastados. [23] Su cresta ecuatorial única (ver abajo) es tan alta que distorsiona visiblemente la forma de Jápeto incluso cuando se ve desde la distancia. Estas características a menudo llevan a que se lo caracterice como si tuviera forma de nuez .
Japeto está plagado de cráteres y las imágenes de Cassini han revelado grandes cuencas de impacto, al menos cinco de las cuales tienen más de 350 km (220 mi) de ancho. La más grande, Turgis , tiene un diámetro de 580 km (360 mi); [24] su borde es extremadamente empinado e incluye un escarpe de unos 15 km (9,3 mi) de altura. [25] Se sabe que Japeto soporta deslizamientos de tierra de largo recorrido o sturzstroms , posiblemente apoyados por deslizamiento de hielo. [26]
La diferencia de coloración entre los dos hemisferios de Japeto es sorprendente. El hemisferio delantero y los lados son oscuros ( albedo 0,03-0,05) con una ligera coloración marrón rojiza , mientras que la mayor parte del hemisferio trasero y los polos son brillantes (albedo 0,5-0,6, casi tan brillantes como Europa ). Por lo tanto, la magnitud aparente del hemisferio trasero es de alrededor de 10,2, mientras que la del hemisferio delantero es de alrededor de 11,9, más allá de la capacidad de los mejores telescopios del siglo XVII. La región oscura se llama Cassini Regio , y la región brillante se divide en Roncesvalles Terra al norte del ecuador y Zaragoza Terra al sur de él. Se cree que el material oscuro original procedía del exterior de Japeto, pero ahora consiste principalmente en restos de la sublimación (evaporación) del hielo de las zonas más cálidas de la superficie de la luna, oscurecidas aún más por la exposición a la luz solar. [27] [28] [29] Contiene compuestos orgánicos similares a las sustancias encontradas en meteoritos primitivos o en las superficies de los cometas ; observaciones desde la Tierra han demostrado que es carbonoso y probablemente incluye compuestos ciano como polímeros de cianuro de hidrógeno congelados .
Las imágenes de la sonda Cassini , que pasó a 1.227 km (762 millas), muestran que tanto Cassini Regio como Terra están llenas de cráteres. [30] La dicotomía de color de parches dispersos de material claro y oscuro en la zona de transición entre Cassini Regio y las áreas brillantes existe a escalas muy pequeñas, hasta la resolución de imagen de 30 metros (98 pies). Hay material oscuro llenando las regiones bajas y material claro en las laderas de los cráteres que miran hacia los polos débilmente iluminadas, pero no hay tonos de gris. [31] El material oscuro es una capa muy delgada, de solo unas pocas decenas de centímetros (aproximadamente un pie) de espesor al menos en algunas áreas, [32] según las imágenes de radar de Cassini y el hecho de que impactos de meteoritos muy pequeños han perforado el hielo debajo. [29] [33]
Debido a su lenta rotación de 79 días (igual a su revolución y la más larga en el sistema saturnino), Jápeto habría tenido la temperatura superficial diurna más cálida y la temperatura nocturna más fría en el sistema saturnino incluso antes del desarrollo del contraste de color; cerca del ecuador, la absorción de calor por el material oscuro da como resultado temperaturas diurnas de 129 K (−144 °C) en la oscura Cassini Regio en comparación con 113 K (−160 °C) en las regiones brillantes. [29] [34] La diferencia de temperatura significa que el hielo se sublima preferentemente desde Cassini Regio y se deposita en las áreas brillantes y especialmente en los polos aún más fríos. En escalas de tiempo geológicas, esto oscurecería aún más Cassini Regio e iluminaría el resto de Jápeto, creando un proceso de descontrol térmico de retroalimentación positiva de un contraste cada vez mayor en el albedo, que terminaría con la pérdida de todo el hielo expuesto de Cassini Regio. [29] Se estima que durante un período de mil millones de años a las temperaturas actuales, las áreas oscuras de Jápeto perderían unos 20 metros (70 pies) de hielo por sublimación, mientras que las regiones brillantes perderían solo 10 cm (4 pulgadas), sin considerar el hielo transferido desde las regiones oscuras. [34] [35] Este modelo explica la distribución de áreas claras y oscuras, la ausencia de tonos de gris y la delgadez del material oscuro que cubre la región de Cassini. La redistribución del hielo se ve facilitada por la débil gravedad de Jápeto, lo que significa que a temperaturas ambiente una molécula de agua puede migrar de un hemisferio al otro en solo unos pocos saltos. [29]
Sin embargo, se necesitaría un proceso independiente de segregación de colores para que se iniciara la retroalimentación térmica. Se cree que el material oscuro inicial fue el material arrojado por meteoritos desde pequeñas lunas exteriores en órbitas retrógradas y arrastrado por el hemisferio principal de Jápeto. El núcleo de este modelo tiene unos 30 años y fue revivido por el sobrevuelo de septiembre de 2007. [27] [28]
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Los restos ligeros fuera de la órbita de Jápeto, ya sea arrancados de la superficie de una luna por impactos de micrometeoroides o creados en una colisión, entrarían en espiral a medida que su órbita se desintegra . Se habrían oscurecido por la exposición a la luz solar. Una parte de cualquier material de este tipo que cruzara la órbita de Jápeto habría sido arrastrada por su hemisferio principal, cubriéndolo; una vez que este proceso creó un contraste modesto en el albedo, y por lo tanto un contraste en la temperatura, la retroalimentación térmica descrita anteriormente habría entrado en juego y exagerado el contraste. [28] [29] En apoyo de la hipótesis, modelos numéricos simples de los procesos de deposición exógena y redistribución térmica del agua pueden predecir de cerca la apariencia de dos tonos de Jápeto. [29] De hecho, se puede observar una sutil dicotomía de color entre los hemisferios principal y posterior de Jápeto, siendo el primero más rojizo, en comparaciones entre las áreas brillantes y oscuras de los dos hemisferios. [28] En contraste con la forma elíptica de Cassini Regio, el contraste de color sigue de cerca los límites del hemisferio; la gradación entre las regiones de diferentes colores es gradual, en una escala de cientos de kilómetros. [28] La siguiente luna hacia el interior de Jápeto, Hyperion , que gira caóticamente, también tiene un color rojizo inusual.
El mayor reservorio de este material que cae es Febe , la mayor de las lunas exteriores. Aunque la composición de Febe es más parecida a la del hemisferio brillante de Jápeto que a la del oscuro, [36] el polvo de Febe sólo sería necesario para establecer un contraste en el albedo, y presumiblemente habría sido oscurecido en gran medida por la sublimación posterior. El descubrimiento de un tenue disco de material en el plano de y justo dentro de la órbita de Febe se anunció el 6 de octubre de 2009, [37] apoyando el modelo. [38] El disco se extiende desde 128 a 207 veces el radio de Saturno, mientras que Febe orbita a una distancia promedio de 215 radios de Saturno. Fue detectado con el Telescopio Espacial Spitzer .
Las mediciones triaxiales actuales de Jápeto le dan unas dimensiones radiales de 746 km × 746 km × 712 km (464 mi × 464 mi × 442 mi), con un radio medio de 734,5 ± 2,8 km (456,4 ± 1,7 mi). [5] Sin embargo, estas mediciones pueden ser inexactas en la escala kilométrica, ya que aún no se ha fotografiado toda la superficie de Jápeto con una resolución lo suficientemente alta. La oblatación observada sería consistente con el equilibrio hidrostático si Jápeto tuviera un período de rotación de aproximadamente 16 horas, pero no lo tiene; su período de rotación actual es de 79 días. [39] Una posible explicación para esto es que la forma de Jápeto se congeló por la formación de una corteza gruesa poco después de su formación, mientras que su rotación continuó disminuyendo después debido a la disipación de las mareas , hasta que se bloqueó por las mareas . [23]
Otro misterio de Jápeto es la dorsal ecuatorial que recorre el centro de la región Cassini, de unos 1.300 km de largo, 20 km de ancho y 13 km de alto. Fue descubierta cuando la sonda Cassini fotografió Jápeto el 31 de diciembre de 2004, aunque su existencia se había inferido a partir de las imágenes polares de la luna realizadas por la Voyager 2. [40] Los picos de la dorsal se elevan más de 20 km por encima de las llanuras circundantes, lo que las convierte en algunas de las montañas más altas del Sistema Solar . La dorsal forma un sistema complejo que incluye picos aislados, segmentos de más de 200 km y secciones con tres dorsales casi paralelas. [41] Dentro de las regiones brillantes no hay dorsal, pero hay una serie de picos aislados de 10 km a lo largo del ecuador. [42] El sistema de cordilleras está plagado de cráteres, lo que indica que es antiguo. La prominente protuberancia ecuatorial le da a Jápeto una apariencia similar a la de una nuez .
No está claro cómo se formó la dorsal. Una de las dificultades es explicar por qué sigue el ecuador casi a la perfección. Hay muchas hipótesis, pero ninguna explica por qué la dorsal está confinada en Cassini Regio. Algunas teorías incluyen que la dorsal es un remanente de la forma achatada de Jápeto durante sus inicios, que se creó por el colapso de un sistema de anillos, que se formó por material helado que brotó del interior de Jápeto o que es el resultado de un vuelco convectivo. [43]
La primera nave espacial que visitó Saturno, la Pioneer 11 , no proporcionó ninguna imagen de Jápeto y no se acercó a menos de 1.030.000 km (640.000 mi) de la luna. [45] No obstante, la Pioneer 11 fue el primer intento de la humanidad de obtener mediciones directas de los objetos dentro del sistema saturnino.
La Voyager 1 llegó a Saturno el 12 de noviembre de 1980 y se convirtió en la primera sonda en devolver imágenes de Jápeto que muestran claramente la apariencia bicolor de la luna desde una distancia de 2.480.000 km (1.540.000 mi) [46] mientras salía del sistema saturnino. [47]
La Voyager 2 fue la siguiente sonda en visitar Saturno el 22 de agosto de 1981 y realizó su aproximación más cercana a Jápeto a una distancia de 909.000 km (565.000 mi). Tomó fotografías del polo norte de Jápeto al ingresar al sistema saturnino, en dirección opuesta a la de aproximación de la Voyager 1.
La última sonda que visitó Jápeto fue la sonda Cassini , que entró en órbita alrededor de Saturno el 1 de julio de 2004. [49] Jápeto ha sido fotografiado muchas veces desde distancias moderadas por Cassini, pero su gran distancia de Saturno dificulta la observación cercana.
Cassini realizó su primer sobrevuelo de Jápeto el 31 de diciembre de 2004, a una distancia de 123.400 km (76.700 mi), aproximadamente al mismo tiempo que la nave espacial se estaba asentando en su órbita alrededor de Saturno. [50] Cassini no cruzó la órbita de Jápeto cuando pasó por allí y permaneció dentro de la órbita de la luna. Los sobrevuelos posteriores de Cassini a Titán harían que la órbita de la nave espacial fuera más pequeña, lo que le impediría volar cerca de Jápeto durante meses.
Cassini realizó un segundo sobrevuelo de Jápeto el 12 de noviembre de 2005, a una distancia de 415.000 km (258.000 mi), [51] también sin cruzar la órbita de la luna.
Cassini realizó un tercer y más distante sobrevuelo de Jápeto el 22 de enero de 2006, a una distancia de 1.300.000 km (810.000 mi). [52] [53]
El cuarto sobrevuelo ocurrió el 8 de abril de 2006, a una distancia de aproximadamente 866.000 km (538.000 mi), y esta vez, Cassini cruzó la órbita de Jápeto. [54] Después de esto, la órbita de Cassini se hizo más pequeña una vez más, evitando que la sonda se acercara a Jápeto durante más de un año esta vez.
El paso más cercano de Cassini por Jápeto se produjo el 10 de septiembre de 2007, a una distancia mínima de 1.227 km (762 mi). [30] Se acercó a Jápeto por su lado nocturno. [55]
Después de este encuentro, Cassini no realizó más sobrevuelos específicos de Jápeto.
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