حلقه‌های زحل حدود 100 میلیون سال قدمت دارند، اما مشخص نیست که چگونه می‌توانستند به تازگی شکل گرفته باشند. این غول کمربنددار با زاویه 26.7 درجه نسبت به صفحه ای که در آن به دور خورشید می چرخد می چرخد.
پس از کج شدن زحل اخترشناسان از مدت‌ها پیش فرضیه‌ای را مطرح کرده‌اند که این شیب ناشی از برهم‌کنش‌های گرانشی با همسایه‌اش است. نپتون.
در حالی که این دو سیاره ممکن است زمانی با هم هماهنگ بوده باشند، ستاره شناسان در MIT و دانشگاه های دیگر این را کشف کرده اند زحل از آن زمان از کشش نپتون طفره رفته است.
چه چیزی باعث این تنظیم مجدد سیارات شد؟
این تیم با یک فرضیه جدید می آید. آنها پیشنهاد کردند که منظومه زحل قبلاً حاوی یک قمر اضافی به نام Chrysalis بود. همراه با ماه های دیگرChrysalis چندین میلیارد سال به دور زحل می چرخید و سیاره را به گونه ای می کشاند که شیب یا "انحراف" آن را در رزونانس با نپتون حفظ می کرد.
با این حال، تصور می‌شود که Chrysalis حدود 160 میلیون سال پیش ناپایدار شده و در یک برخورد چرایی که ماهواره را از هم پاشید، بسیار به سیاره خود نزدیک شد. از دست دادن ماه برای رهایی زحل از کشش نپتون و ایجاد شیب امروزی کافی بود. علاوه بر این، کسری از قطعات Chrysalis می‌توانست در مدار معلق بماند و در نهایت به تکه‌های یخی کوچک شکسته شود و حلقه‌های امضای سیاره را تشکیل دهد.
ستاره شناسان پیشنهاد می کنند که این قمر ناپدید شده می تواند دو راز دیرینه را توضیح دهد: انحراف امروزی زحل و سن حلقه های آن، که تخمین زده می شود حدود 100 میلیون سال سن داشته باشند - بسیار جوان تر از خود سیاره.
جک ویزدم، استاد علوم سیاره‌ای در MIT و نویسنده اصلی این مطالعه جدید، گفت: درست مانند گل داودی پروانه، این ماهواره مدت ها خاموش بود و ناگهان فعال شد و حلقه ها ظاهر شدند.
در اوایل دهه 2000، دانشمندان این فرضیه را مطرح کردند که زحل به دلیل رزونانس گرانشی یا ارتباط با نپتون، محوری کج دارد. با این حال، کاسینی، فضاپیمای ناسا که از سال 2004 تا 2017 به دور زحل می چرخید، اکتشافاتی انجام داد که به این مشکل زاویه جدیدی داد. تیتانکشف شد که بزرگترین ماهواره زحل با سرعتی در حدود 11 سانتی متر در سال از زحل مهاجرت می کند که سریعتر از حد انتظار بود. این مهاجرت سریع و کشش گرانشی آن دانشمندان را قادر ساخت تا به این نتیجه برسند که ماه احتمالاً مسئول کج شدن و نگه داشتن زحل در رزونانس با نپتون است.
جک ویزدم، استاد علوم سیاره‌ای در MIT و نویسنده اصلی این مطالعه جدید، گفت: برای پیشرفت در این مشکل، باید لحظه اینرسی زحل را تعیین می‌کردیم.»
در این مطالعه جدید، دانشمندان با استفاده از برخی از آخرین مشاهدات انجام شده توسط کاسینی در "پایان نهایی" خود، مرحله ای از ماموریت که طی آن فضاپیما رویکردی بسیار نزدیک برای نقشه برداری دقیق از میدان گرانشی انجام داد، به دنبال تعیین لحظه اینرسی زحل بودند. در سراسر سیاره از میدان گرانشی می توان برای تعیین توزیع جرم در سیاره استفاده کرد.
آنها فضای داخلی زحل را مدلسازی کردند و توزیع جرمی را شناسایی کردند که با میدان گرانشی مشاهده شده کاسینی مطابقت داشت. با کمال تعجب، این لحظه اینرسی که به تازگی شناسایی شده است، زحل را نزدیک اما خارج از رزونانس نپتون قرار داده است. سیارات ممکن است زمانی همگام بوده باشند اما دیگر نیستند.
آنها با انجام شبیه سازی برای تکامل دینامیک مداری شروع کردند زحل و قمرهای آن عقب مانده در زمان آنها می خواستند تعیین کنند که آیا هر گونه ناپایداری طبیعی در بین ماهواره های موجود می تواند بر شیب سیاره تأثیر بگذارد یا خیر. این جستجو خالی بود.
دانشمندان برای درک بهتر اینکه چگونه محور چرخش سیاره در طول زمان تغییر می‌کند، که به عنوان تقدم شناخته می‌شود، معادلات ریاضی را که آن را توصیف می‌کنند، دوباره بررسی کردند. یک عبارت در این معادله از تمام ماهواره ها کمک می کند. این تیم استدلال کرد که اگر یک ماهواره از این مجموع حذف شود، می تواند بر تقدم سیاره تأثیر بگذارد.
با اجرای شبیه‌سازی‌ها، دانشمندان ویژگی‌های Chrysalis، از جمله جرم و شعاع مداری آن، و دینامیک مداری که برای خارج کردن زحل از رزونانس لازم است را تعیین کردند. آنها به این نتیجه رسیدند که تشدید بین زحل و نپتون باعث کج شدن فعلی سیاره شده است و از دست دادن ماهواره Chrysalis، تقریباً به اندازه سومین قمر بزرگ زحل یااپتوس، به زحل اجازه داد تا از تشدید اجتناب کند.
دانشمندان خاطرنشان کردند، زمانی بین 200 تا 100 میلیون سال پیش، Chrysalis وارد یک منطقه مداری پر هرج و مرج شد، چندین برخورد نزدیک با یاپتوس و تیتان را تجربه کرد، و در نهایت به زحل بسیار نزدیک شد، در یک برخورد چرا که ماهواره را تکه تکه کرد و بخش کوچکی را باقی گذاشت. دور سیاره به صورت حلقه ای پر از زباله بچرخید.»
از دست دادن Chrysalis پیشروی زحل و کج شدن امروزی آن و همچنین تشکیل دیرهنگام حلقه های آن را توضیح می دهد.
حکمت گفت:, این داستان بسیار خوبی است، اما مانند هر نتیجه دیگری، باید توسط دیگران بررسی شود. اما به نظر می رسد که این ماهواره گم شده فقط یک گل داودی بوده و منتظر بی ثباتی خود بوده است.»
مرجع مجله:
- جک ویزدم و همکاران از دست دادن یک ماهواره می تواند انحراف و حلقه های جوان زحل را توضیح دهد. علوم پایهبه DOI: 10.1126/science.abn1234
