Baile sincronizado en Neptuno

Hace unos días fue la oposición de Neptuno, concretamente el 17 de este mes de septiembre.

Pero nadie habló de ello y no se le prestó ninguna atención en los medios como suele hacerse por ejemplo con Marte o Júpiter. Es lógico porque el octavo y último planeta no puede verse a simple vista como los otros, y debido a su gran distancia desde el Sol, su aumento de brillo en la oposición es muy pequeño.

Sin embargo por aquellos lugares ocurren cosas sorprendentes y no quiero dejar pasar más tiempo sin dedicarle un post a Neptuno, o mejor dicho a sus dos satélites más interiores: Náyade y Talasa.

Representaciones de las personalidades mitológicas de Náyade (ninfa de las aguas dulces) y Talasa (diosa del mediterráneo) junto a una imagen del primero de los satélites.

Ambos tienen una forma muy alargada, su tamaño ronda los 100 kilómetros y se mueven más deprisa que la rotación de Neptuno por lo que eso hace que se vayan acercando poco a poco al planeta hasta que en un futuro lejano choquen con él o con sus anillos, como ocurre con Fobos, el mayor de los satélites de Marte.

Pero lo más destacable de la pareja es que mantienen un baile muy especial. Sus órbitas, prácticamente circulares, están separadas por solo 1848 kilómetros, que no es nada en términos astronómicos.

Gráfico a escala donde se aprecia la cercanía entre las órbitas de los dos satélites

Es cierto que aún más cercanas están las órbitas Jano y Epimeteo, satélites de Saturno; y si para evitar un choque cuando se aproximaban aquellos realizaban un baile “a lo agarrado”, casi dándose la mano e intercambiando posiciones, tal como conté en el artículo que les dediqué en su día, estos dos mantienen las distancias llevando a cabo otra danza muy diferente “a lo suelto”.

Lógicamente al tener las órbitas tan cercanas sus periodos orbitales también son similares, y es casi cada 17 vueltas de Talasa cuando es alcanzada por Náyade. Si las órbitas estuvieran en el mismo plano en ese momento del adelantamiento su distancia sería los mencionados 1848 km, demasiado cerca como para que sus órbitas no se desestabilizaran. Pero mientras el plano orbital de Talasa prácticamente coincide con el ecuatorial de Neptuno, el de Náyade está inclinado casi 5º, con lo que en general la distancia entre ambos en esos momentos de encuentro sería mayor.

No está a escala, habiéndose exagerado la inclinación del plano orbital de Náyade, para una mejor comprensión de la situación.

Pero eso no solucionaría el problema porque los lugares de adelantamiento van recorriendo toda la órbita y en principio en algún momento se podrían aproximar al nodo (punto de corte de la órbita de Náyade con el plano orbital de Talasa)  y la distancia entre los dos satélites sería pequeña. 

Sin embargo hay un mecanismo que se ha adecuado exactamente a los movimientos de ambos, que consiste en el desplazamiento de los nodos de tal manera que siempre los adelantamientos se producen a una misma distancia, concretamente a unos 3470 kilómetros y siempre alejados de los nodos. Justo a 45º de ellos.

El resultado de este "baile de evasión" se ilustra con el siguiente vídeo, realizado a partir de las investigaciones del equipo de Marina Brozovic del LPC de California, que descubrieron el tema hace un par de años, y lo califican como “una coreografía nunca antes vista”

Está realizado desde el punto de vista de Talasa, y por ello su posición permanece quieta

Se puede ver como aparentemente Neptuno gira al revés (sentido retrógrado) porque tal como se ha dicho el periodo de traslación de Talasa es menor que el periodo de rotación de Neptuno.

Como las velocidades de ambos satélites son similares, desde Talasa se ve moverse a Náyade relativamente despacio, pero subiendo y bajando cada 7 horas porque su órbita está inclinada y en ese tiempo (entre dos subidas, por ejemplo) la completa.

En la animación se aprecian numerosas órbitas de Náyade vistas desde Talasa que incluyen el primer adelantamiento, pero en el gráfico final aparecen 3 veces más para completar las 4 aproximaciones posibles:

Lugares de adelantamiento de Talasa a Náyade. Los puntos de adelantamiento están separados de los nodos (más arriba o más abajo de la posición de Talasa) con lo que la distancia entre los dos satélites será mayor.

La perfecta sincronización entre estos dos satélites es toda una muestra más de las curiosas circunstancias que se producen en los movimientos de los astros del Sistema Solar, pero realmente sorprendente, siendo la primera vez que se encuentra algo similar, y a la que los descubridores han denominado resonancia de cuarto orden.

Los números explican la coreografía.

La distancia de Náyade y Talasa al centro de Neptuno es de 48227 y 50075 kilómetros respectivamente, o dicho de otra forma 23605 y 25453 a la superficie del planeta, y la excentricidad de sus órbitas de solo 0.0003 y 0.0002.

Sus periodos orbitales son de 7.0565 y 7.4756 horas por lo que cada 125.858 horas (algo más de 5 días) Náyade adelanta a Talasa, cuando el primero ha dado 17.836 vueltas y el segundo una menos: 16.836 desde el encuentro anterior.

Como la parte decimal 0.836 es mayor de 0.5 puede considerarse que los puntos de adelantamiento siguen una secuencia retrógrada, de dirección contraria al movimiento de los satélites, de 59.1º: De A a B en el gráfico:

Como es relativamente frecuente en astros de órbitas contiguas, ambos están en resonancia aunque en este caso con números muy elevados, concretamente en relación de 107 a 101, por lo que los adelantamientos se producirán aproximadamente en 6 lugares concretos y equidistantes de sus órbitas (107-101=6), y esto podría producir una situación estable (que no se acercasen a más de 2604 km, en posiciones a 30º del nodo), aunque quizás no fuese suficiente.

Posible situación con una resonancia exacta y simétrica a la línea de los nodos (No es el caso)
En las posiciones de adelantamiento 2, 3, 5 y 6 la distancia sería de 2604 km. En 1 y en 4 sería mayor

Pero como ocurre siempre en estos casos la resonancia no es exacta y en cada ciclo de 6 adelantamientos el lugar se desplaza 0.0145 vueltas, es decir 5.2º, con lo que al cabo de un cierto número de vueltas el adelantamiento se produciría muy cerca de un nodo ya que los puntos de adelantamiento barrerían todo el círculo.

En la parte superior aparecen los lugares de cada 6 adelantamientos que acabarían recorriendo toda la órbita

Pero la circunstancia más extraordinaria es que los nodos se van desplazando en sentido directo a una velocidad de 0.246º/hora o 30.9º por cada periodo de adelantamiento, de manera que todas las aproximaciones se producen cuando Náyade está a 45º de uno de los nodos (en el punto medio entre un nodo y su punto más lejano), y por ello la menor distancia que separa a los dos satélites (la distancia que les separa en los adelantamientos) es siempre de unos 3470 kilómetros.

Además los nodos no se van alternando, sino que el lugar de adelantamiento se sitúa a los mencionados 45º del nodo ascendente dos veces seguidas (por un lado y por el otro) y luego otras dos al descendente.

En el siguiente gráfico se representan en perspectiva dos adelantamientos consecutivos, el movimiento de los nodos y la distancia entre los satélites.

En este otro gráfico, con la imagen proyectada en planta sobre la órbita de Talasa, aparecen 7 posiciones sucesivas  en que se produce el adelantamiento, donde los lugares de los mismos van girando 59.1º de uno a otro en sentido retrógrado, de tal manera que en sucesivos pasos se completaría toda la superficie posible, pero sin embargo el movimiento de los nodos en sentido contrario mantiene fija la estructura de esta danza, con las posiciones de todos los adelantamientos a 90º de un nodo.

Visto desde Talasa la situación 1 es igual que la 5 ya que se vería a Náyade bajando 45º después de pasar por el nodo descendente; la 2 igual que la 6  en que se le vería bajando 45º antes de pasar por el nodo descendente y la 3 igual que la 7 subiendo desde el nodo ascendente. Por ello solo son cuatro las posibles opciones, que se completan con la 4 en que se vería a Náyade subiendo hacia el nodo ascendente. Estos son los 4 pasos principales de este baile tan especial.

Aunque este movimiento nodal de Náyade pueda parecer exagerado, es de solo 1.7º por cada vuelta, muy parecido al de nuestra Luna, que es de 1.6º.

¿Habría sido provocado por la entrometida Talasa? Según los investigadores parece que no.

Parece ser que la situación actual de la pareja es fruto de una serie de circunstancias ocurridas anteriormente. Cuando Neptuno capturó a su gran satélite Tritón todo el sistema de lunas se alborotó, Náyade habría adquirido su movimiento actual en una órbita inclinada por una relación previa con otra de las lunas y posteriormente se le habría aproximado la casquivana Talasa, colocándose a la distancia adecuada para realizar el baile. Hace ver que se acerca mucho, pero no quiere comprometerse demasiado y en realidad da los pasos adecuados para mantenerse a distancia.