Οι δακτύλιοι του Κρόνου είναι περίπου 100 εκατομμυρίων ετών, αλλά δεν είναι σαφές πώς θα μπορούσαν να έχουν σχηματιστεί τόσο πρόσφατα. Ο γίγαντας με ζώνη περιστρέφεται υπό γωνία 26.7 μοιρών σε σχέση με το επίπεδο στο οποίο περιφέρεται γύρω από τον ήλιο.
Από Κλίση του Κρόνου προχωρά, σαν μια περιστρεφόμενη κορυφή, σχεδόν με τον ίδιο ρυθμό με την τροχιά του Ποσειδώνα, οι αστρονόμοι έχουν υποθέσει εδώ και καιρό ότι αυτή η κλίση προκύπτει από βαρυτικές αλληλεπιδράσεις με τον γείτονά του Ποσειδώνας.
Ενώ οι δύο πλανήτες μπορεί να ήταν κάποτε σε συγχρονισμό, οι αστρονόμοι στο MIT και άλλα πανεπιστήμια το έχουν ανακαλύψει Κρόνος έκτοτε έχει ξεφύγει από την έλξη του Ποσειδώνα.
Τι προκάλεσε αυτή την αναδιάταξη των πλανητών;
Η ομάδα έρχεται με μια νέα υπόθεση. Πρότειναν ότι το σύστημα του Κρόνου περιείχε προηγουμένως ένα επιπλέον φεγγάρι με το όνομα Χρυσαλίδα. Μαζί με άλλα φεγγάρια, η Χρυσαλίδα περιφερόταν γύρω από τον Κρόνο για αρκετά δισεκατομμύρια χρόνια, τραβώντας και τραβώντας τον πλανήτη με τρόπο που διατήρησε την κλίση του, ή την «λοξή» του, σε συντονισμό με τον Ποσειδώνα.
Η Χρυσαλίδα, ωστόσο, πιστεύεται ότι έγινε ασταθής πριν από περίπου 160 εκατομμύρια χρόνια και έφτασε πολύ κοντά στον πλανήτη της σε μια συνάντηση βόσκησης, η οποία διέλυσε τον δορυφόρο. Η απώλεια του φεγγαριού ήταν αρκετή για να απελευθερώσει τον Κρόνο από την έλξη του Ποσειδώνα και να του δώσει τη σημερινή κλίση. Επιπλέον, ένα κλάσμα των θραυσμάτων του Chrysalis θα μπορούσε να έχει παραμείνει αιωρούμενο σε τροχιά, σπάζοντας τελικά σε μικρά παγωμένα κομμάτια για να σχηματίσουν τους δακτυλίους υπογραφής του πλανήτη.
Οι αστρονόμοι προτείνουν ότι αυτό το χαμένο φεγγάρι θα μπορούσε να εξηγήσει δύο μακροχρόνια μυστήρια: τη σημερινή κλίση του Κρόνου και την ηλικία των δακτυλίων του, που εκτιμάται ότι είναι περίπου 100 εκατομμυρίων ετών — πολύ νεότεροι από τον ίδιο τον πλανήτη.
Ο Jack Wisdom, καθηγητής πλανητικών επιστημών στο MIT και επικεφαλής συγγραφέας της νέας μελέτης, είπε: «Ακριβώς όπως η χρυσαλλίδα μιας πεταλούδας, αυτός ο δορυφόρος ήταν πολύ αδρανής και ξαφνικά έγινε ενεργός και οι δακτύλιοι εμφανίστηκαν».
Στις αρχές της δεκαετίας του 2000, οι επιστήμονες υπέθεσαν ότι ο Κρόνος είχε έναν κεκλιμένο άξονα λόγω του βαρυτικού συντονισμού ή της σύνδεσής του με τον Ποσειδώνα. Ωστόσο, το Cassini, ένα διαστημόπλοιο της NASA που βρισκόταν σε τροχιά γύρω από τον Κρόνο από το 2004 έως το 2017, έκανε ανακαλύψεις που έδωσαν στο πρόβλημα μια νέα οπτική γωνία. Τιτάν, ο μεγαλύτερος δορυφόρος του Κρόνου, ανακαλύφθηκε ότι μεταναστεύει από τον Κρόνο με ρυθμό περίπου 11 εκατοστών ετησίως, ο οποίος ήταν ταχύτερος από τον αναμενόμενο. Αυτή η γρήγορη μετανάστευση και η βαρυτική της έλξη επέτρεψαν στους επιστήμονες να καταλήξουν στο συμπέρασμα ότι το φεγγάρι ήταν πιθανόν υπεύθυνο για την κλίση και τη διατήρηση του Κρόνου σε συντονισμό με τον Ποσειδώνα.
Ο Jack Wisdom, καθηγητής πλανητικών επιστημών στο MIT και επικεφαλής συγγραφέας της νέας μελέτης, είπε: «Για να σημειώσουμε πρόοδο στο πρόβλημα, έπρεπε να προσδιορίσουμε τη στιγμή αδράνειας του Κρόνου».
Σε αυτή τη νέα μελέτη, οι επιστήμονες προσπάθησαν να εντοπίσουν τη στιγμή αδράνειας του Κρόνου χρησιμοποιώντας μερικές από τις τελευταίες παρατηρήσεις του Cassini στο «Grand Finale», μια φάση της αποστολής κατά την οποία το διαστημόπλοιο έκανε μια εξαιρετικά κοντινή προσέγγιση για να χαρτογραφήσει με ακρίβεια το βαρυτικό πεδίο σε ολόκληρο τον πλανήτη. Το βαρυτικό πεδίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της κατανομής της μάζας στον πλανήτη.
Διαμόρφωσαν το εσωτερικό του Κρόνου και εντόπισαν μια κατανομή μάζας που ταίριαζε με το βαρυτικό πεδίο που παρατήρησε το Cassini. Παραδόξως, αυτή η στιγμή αδράνειας που εντοπίστηκε πρόσφατα τοποθέτησε τον Κρόνο κοντά αλλά λίγο έξω από τον συντονισμό με τον Ποσειδώνα. Οι πλανήτες μπορεί κάποτε να ήταν συγχρονισμένοι αλλά δεν είναι πλέον.
Ξεκίνησαν εκτελώντας προσομοιώσεις για την εξέλιξη της τροχιακής δυναμικής του Ο Κρόνος και τα φεγγάρια του πίσω στο χρόνο. Ήθελαν να προσδιορίσουν εάν τυχόν φυσικές αστάθειες μεταξύ των υπαρχόντων δορυφόρων θα μπορούσαν να έχουν επηρεάσει την κλίση του πλανήτη. Αυτή η αναζήτηση βγήκε κενή.
Για να κατανοήσουν καλύτερα πώς ο άξονας περιστροφής ενός πλανήτη μετατοπίζεται με την πάροδο του χρόνου, γνωστός ως μετάπτωση, οι επιστήμονες επανεξέτασαν τις μαθηματικές εξισώσεις που τον περιγράφουν. Ένας όρος σε αυτήν την εξίσωση έχει συνεισφορές από όλους τους δορυφόρους. Η ομάδα σκέφτηκε ότι εάν αφαιρεθεί ένας δορυφόρος από αυτό το άθροισμα, θα μπορούσε να επηρεάσει τη μετάπτωση του πλανήτη.
Εκτελώντας προσομοιώσεις, οι επιστήμονες προσδιόρισαν τις ιδιότητες της Χρυσαλίδας, συμπεριλαμβανομένης της μάζας και της τροχιακής της ακτίνας, και τη δυναμική της τροχιάς που θα απαιτούνταν για να βγάλει τον Κρόνο από τον συντονισμό. Συμπεραίνουν ότι ο συντονισμός μεταξύ του Κρόνου και του Ποσειδώνα προκάλεσε την τρέχουσα κλίση του πλανήτη και η απώλεια του δορυφόρου Chrysalis, περίπου στο μέγεθος του τρίτου μεγαλύτερου φεγγαριού του Κρόνου, Iapetus, επέτρεψε στον Κρόνο να αποφύγει τον συντονισμό.
Οι επιστήμονες σημείωσαν, «Κάπου μεταξύ 200 και 100 εκατομμυρίων ετών πριν, η Χρυσαλίδα εισήλθε σε μια χαοτική τροχιακή ζώνη, γνώρισε αρκετές στενές συναντήσεις με τον Ιαπετό και τον Τιτάνα και τελικά έφτασε πολύ κοντά στον Κρόνο, σε μια συνάντηση βόσκησης που έσπασε τον δορυφόρο, αφήνοντας ένα μικρό κλάσμα σε κυκλώστε τον πλανήτη ως ένα δαχτυλίδι σκορπισμένο με συντρίμμια».
«Η απώλεια της Χρυσαλίδας εξηγεί τη μετάπτωση του Κρόνου και τη σημερινή κλίση του, καθώς και τον όψιμο σχηματισμό των δακτυλίων του».
Σοφία είπε, «Είναι μια πολύ καλή ιστορία, αλλά όπως κάθε άλλο αποτέλεσμα, θα πρέπει να εξεταστεί από άλλους. Αλλά φαίνεται ότι αυτός ο χαμένος δορυφόρος ήταν απλώς μια χρυσαλλίδα, που περίμενε να έχει την αστάθειά του».
Αναφορά στο περιοδικό:
- Ο Jack Wisdom et al. Η απώλεια ενός δορυφόρου θα μπορούσε να εξηγήσει την λοξότητα και τους νεαρούς δακτυλίους του Κρόνου. ΕΠΙΣΤΗΜΗΕ DOI: 10.1126/science.abn1234
