הטבעות של שבתאי הן בנות כ-100 מיליון שנה, אבל לא ברור איך הן יכלו להיווצר כל כך לאחרונה. הענק החגור מסתובב בזווית של 26.7 מעלות ביחס למישור שבו הוא מקיף את השמש.
השאלה היא איך? הטיה של שבתאי אסטרונומים משערים, כמו סביבון, כמעט באותו קצב כמו מסלולו של נפטון, שהטיה זו נובעת מאינטראקציות כבידה עם שכנו. נפטון.
בעוד ששני כוכבי הלכת אולי היו פעם מסונכרנים, אסטרונומים ב MIT ואוניברסיטאות אחרות גילו את זה שבתאי מאז חמק מהמשיכה של נפטון.
מה גרם ליישור מחדש זה של כוכבי הלכת?
הצוות מעלה השערה חדשה. הם הציעו שמערכת שבתאי הכילה בעבר ירח נוסף בשם כריסאליס. ביחד עם ירחים אחרים, Chrysalis הקיף את שבתאי במשך כמה מיליארדי שנים, מושך ומשך בכוכב הלכת באופן ששמר על הטייתו, או "אלכסון", בהדהוד עם נפטון.
עם זאת, סבורים כי כריסאליס הפך לבלתי יציב לפני כ-160 מיליון שנה והתקרב מדי לכוכב הלכת שלו במפגש מרעה, שקרע את הלוויין. אובדן הירח הספיק כדי לשחרר את שבתאי ממשיכתו של נפטון ולתת לו את ההטיה של ימינו. יתר על כן, חלק מהשברים של הכריסליס יכול היה להישאר תלוי במסלול, ולבסוף להישבר לגושים קטנים קפואים כדי ליצור את הטבעות החותמות של כוכב הלכת.
אסטרונומים מציעים שהירח החסר הזה יכול להסביר שתי תעלומות ארוכות שנים: נטייתו של שבתאי כיום וגיל הטבעות שלו, שהוערכו בכ-100 מיליון שנים - צעירות בהרבה מכוכב הלכת עצמו.
ג'ק וויסדום, פרופסור למדעי כוכב הלכת ב-MIT והמחבר הראשי של המחקר החדש, אמר, "בדיוק כמו חרסית של פרפר, הלוויין הזה היה רדום זמן רב ופתאום הפך לפעיל, והטבעות צצו".
במהלך שנות ה-2000 המוקדמות, מדענים שיערו שלשבתאי יש ציר מוטה בגלל התהודה הכבידה שלו או הקשר שלו עם נפטון. עם זאת, קאסיני, חללית של נאס"א שהקיפה את שבתאי מ-2004 עד 2017, גילתה תגליות שהעניקו לבעיה זווית חדשה. עֲנָק, הלוויין הגדול ביותר של שבתאי, התגלה כנודד משבתאי בקצב של כ-11 סנטימטרים בשנה, שהיה מהיר מהצפוי. הגירה מהירה זו ומשיכת הכבידה שלה אפשרו למדענים להגיע למסקנה שהירח היה כנראה אחראי להטיה ולשמירה על תהודה של שבתאי עם נפטון.
ג'ק וויסדום, פרופסור למדעי כוכב הלכת ב-MIT והמחבר הראשי של המחקר החדש, אמר, "כדי להתקדם בבעיה, היינו צריכים לקבוע את רגע האינרציה של שבתאי."
במחקר חדש זה, מדענים חיפשו לקבוע את רגע האינרציה של שבתאי באמצעות כמה מהתצפיות האחרונות שערך קאסיני ב"גראנד פינאלה", שלב של המשימה שבמהלכו החללית ביצעה גישה קרובה ביותר למיפוי מדויק של שדה הכבידה. סביב כדור הארץ כולו. ניתן להשתמש בשדה הכבידה כדי לקבוע את התפלגות המסה על הפלנטה.
הם עיצבו מודל של פנים שבתאי וזיהו התפלגות מסה התואמת את שדה הכבידה שבו צפה קאסיני. באופן מפתיע, רגע האינרציה שזוהה לאחרונה הציב את שבתאי קרוב אך ממש מחוץ לתהודה עם נפטון. כוכבי הלכת אולי היו פעם מסונכרנים אבל כבר לא.
הם התחילו בביצוע סימולציות כדי לפתח את הדינמיקה המסלולית של שבתאי וירחיו אחורה בזמן. הם רצו לקבוע אם אי יציבות טבעית כלשהי בין הלוויינים הקיימים יכולה הייתה להשפיע על הטיית כוכב הלכת. החיפוש הזה יצא ריק.
כדי להבין טוב יותר כיצד ציר הסיבוב של כוכב לכת משתנה לאורך זמן, המכונה קדנציה, המדענים בחנו מחדש את המשוואות המתמטיות שמתארות אותו. למונח אחד במשוואה זו יש תרומות מכל הלוויינים. הצוות טען שאם לוויין אחד יוסר מהסכום הזה, זה יכול להשפיע על הקדנציה של כוכב הלכת.
על ידי הפעלת סימולציות, מדענים קבעו את המאפיינים של כריסאליס, כולל המסה והרדיוס המסלולי שלו, ואת הדינמיקה המסלולית שתידרש כדי להפיל את שבתאי מהתהודה. הם מסיקים שהתהודה בין שבתאי לנפטון גרמה להטיית הזרם של כוכב הלכת, ואובדן הלוויין Chrysalis, בערך בגודל של הירח השלישי בגודלו של שבתאי יאפטוס, אפשר לשבתאי להימנע מהתהודה.
מדענים ציינו, "מתישהו לפני בין 200 ל-100 מיליון שנה, Chrysalis נכנסה לאזור מסלול כאוטי, חווה כמה מפגשים קרובים עם יאפטוס וטיטאן, ובסופו של דבר התקרבה מדי לשבתאי, במפגש מרעה שקרע את הלוויין לחתיכות, והותיר חלק קטן הקיפו את כדור הארץ כטבעת זרועה בפסולת."
"אובדן כריסאליס מסביר את הקדנציה של שבתאי, ואת הטייתו כיום, כמו גם את היווצרותן המאוחרת של הטבעות שלו."
חכמה אמר, "זה סיפור די טוב, אבל כמו כל תוצאה אחרת, זה יצטרך להיבחן על ידי אחרים. אבל נראה שהלוויין האבוד הזה היה רק חרסית שחיכתה לחוסר היציבות שלו".
עיון ביומן:
- ג'ק וויסדום וחב'. אובדן לוויין יכול להסביר את האלכסון והטבעות הצעירות של שבתאי. מַדָע. DOI: 10.1126/science.abn1234
