Saturns ringe er omkring 100 millioner år gamle, men det er uklart, hvordan de kunne være dannet så for nylig. Bæltegiganten roterer i en 26.7 graders vinkel i forhold til det plan, hvori den kredser om solen.
Siden Saturns hældning præcesserer, som en snurretop, i næsten samme hastighed som Neptuns bane, har astronomer længe antaget, at denne hældning skyldes gravitationsinteraktioner med sin nabo Neptune.
Mens de to planeter måske engang har været synkroniseret, har astronomer kl MIT og andre universiteter har opdaget det Saturn har siden unddraget sig Neptuns træk.
Hvad forårsagede denne omlægning af planeterne?
Holdet kommer med en ny hypotese. De foreslog, at Saturn-systemet tidligere indeholdt en ekstra måne ved navn Chrysalis. Sammen med andre måner, Chrysalis kredsede om Saturn i flere milliarder år og trak og rykkede i planeten på en måde, der holdt dens hældning, eller "skævhed", i resonans med Neptun.
Chrysalis menes dog at være blevet ustabil for omkring 160 millioner år siden og kom for tæt på sin planet i et græsningsmøde, som rev satellitten fra hinanden. Tabet af månen var tilstrækkeligt til at befri Saturn fra Neptuns træk og give den den nuværende hældning. Desuden kunne en brøkdel af Chrysalis' fragmenter have forblevet suspenderet i kredsløb og til sidst brækket i små iskolde bidder for at danne planetens signaturringe.
Astronomer foreslår, at denne forsvundne måne kunne forklare to langvarige mysterier: Saturns nuværende hældning og alderen på dens ringe, som blev anslået til at være omkring 100 millioner år gamle - meget yngre end planeten selv.
Jack Wisdom, professor i planetariske videnskaber ved MIT og hovedforfatter af den nye undersøgelse, sagde: "Ligesom en sommerfugles puppe var denne satellit længe i dvale og blev pludselig aktiv, og ringene kom frem."
I begyndelsen af 2000'erne antog videnskabsmænd, at Saturn havde en skrå akse på grund af dens gravitationsresonans eller forbindelse med Neptun. Cassini, et NASA-rumfartøj, der kredsede om Saturn fra 2004 til 2017, gjorde imidlertid opdagelser, der gav problemet en ny vinkel. Titan, Saturns største satellit, blev opdaget at migrere fra Saturn med en hastighed på omkring 11 centimeter om året, hvilket var hurtigere end forventet. Denne hurtige migration og dens tyngdekraft gjorde det muligt for forskere at konkludere, at månen sandsynligvis var ansvarlig for at vippe og holde Saturn i resonans med Neptun.
Jack Wisdom, professor i planetariske videnskaber ved MIT og hovedforfatter af den nye undersøgelse, sagde: "For at gøre fremskridt med problemet var vi nødt til at bestemme Saturns inertimoment."
I denne nye undersøgelse søgte forskerne at fastlægge Saturns inertimoment ved hjælp af nogle af de sidste observationer taget af Cassini i sin "Grand Finale", en fase af missionen, hvor rumfartøjet foretog en ekstrem tæt tilgang til præcist at kortlægge gravitationsfeltet rundt om hele planeten. Tyngdefeltet kan bruges til at bestemme massefordelingen på planeten.
De modellerede Saturns indre og identificerede en massefordeling, der matchede det gravitationsfelt, som Cassini observerede. Overraskende nok placerede dette nyligt identificerede inertimoment Saturn tæt på, men lige uden for resonansen med Neptun. Planeterne har måske engang været synkroniserede, men er det ikke længere.
De startede med at udføre simuleringer for at udvikle orbitaldynamikken Saturn og dens måner tilbage i tiden. De ønskede at afgøre, om enhver naturlig ustabilitet blandt de eksisterende satellitter kunne have påvirket planetens hældning. Denne søgning blev tom.
For bedre at forstå, hvordan en planets rotationsakse skifter over tid, kendt som præcession, genundersøgte forskerne de matematiske ligninger, der beskriver den. Et led i denne ligning har bidrag fra alle satellitterne. Holdet begrundede, at hvis en satellit blev fjernet fra denne sum, kunne det påvirke planetens præcession.
Ved at køre simuleringer bestemte videnskabsmænd Chrysalis egenskaber, herunder dens masse og kredsløbsradius, og den orbitale dynamik, der ville være påkrævet for at slå Saturn ud af resonansen. De konkluderer, at resonansen mellem Saturn og Neptun forårsagede planetens nuværende hældning, og tabet af satellitten Chrysalis, omtrent på størrelse med Saturns tredjestørste måne Iapetus, gjorde det muligt for Saturn at undgå resonansen.
Forskere bemærkede, "Engang mellem 200 og 100 millioner år siden gik Chrysalis ind i en kaotisk kredsløbszone, oplevede adskillige tætte møder med Iapetus og Titan og kom til sidst for tæt på Saturn, i et græsningsmøde, der rev satellitten i stykker og efterlod en lille brøkdel til cirkulere rundt om planeten som en ring med snavs."
"Tabet af Chrysalis forklarer Saturns præcession og dens nuværende hældning, såvel som den sene dannelse af dens ringe."
Wisdom sagde, ”Det er en ret god historie, men som ethvert andet resultat skal det undersøges af andre. Men det ser ud til, at denne tabte satellit bare var en puppe, der ventede på at få sin ustabilitet."
Journal Reference:
- Jack Wisdom et al. Tab af en satellit kunne forklare Saturns skævhed og unge ringe. VIDENSKAB. DOI: 10.1126/science.abn1234
