Saturns ringer er omtrent 100 millioner år gamle, men det er uklart hvordan de kan ha blitt dannet så nylig. Den beltede kjempen roterer i en vinkel på 26.7 grader i forhold til planet der den kretser rundt solen.
Siden Saturns tilt precesserer, som en snurretopp, i nesten samme hastighet som Neptuns bane, har astronomer lenge antatt at denne tilten skyldes gravitasjonsinteraksjoner med naboen. Neptune.
Mens de to planetene en gang kan ha vært synkroniserte, har astronomer kl MIT og andre universiteter har oppdaget det Saturn har siden unngått Neptuns trekk.
Hva forårsaket denne omstillingen av planetene?
Teamet kommer med en ny hypotese. De foreslo at Saturn-systemet tidligere inneholdt en ekstra måne kalt Chrysalis. Sammen med andre måner, Chrysalis gikk i bane rundt Saturn i flere milliarder år, og trakk og rykket i planeten på en måte som holdt dens tilt, eller "skrå", i resonans med Neptun.
Chrysalis antas imidlertid å ha blitt ustabil for rundt 160 millioner år siden og kom for nær planeten sin i et beitemøte, som rev satellitten fra hverandre. Tapet av månen var tilstrekkelig til å frigjøre Saturn fra Neptuns trekk og gi den dagens tilt. Videre kunne en brøkdel av Chrysalis-fragmentene ha forblitt suspendert i bane, og til slutt brytes i små isete biter for å danne planetens signaturringer.
Astronomer antyder at denne manglende månen kan forklare to langvarige mysterier: Saturns nåværende tilt og alderen på ringene, som ble estimert til å være omtrent 100 millioner år gamle - mye yngre enn planeten selv.
Jack Wisdom, professor i planetariske vitenskaper ved MIT og hovedforfatter av den nye studien, sa: "Akkurat som en sommerfugls puppe, var denne satellitten lenge i dvale og ble plutselig aktiv, og ringene dukket opp."
På begynnelsen av 2000-tallet antok forskere at Saturn hadde en skråakse på grunn av dens gravitasjonsresonans eller forbindelse med Neptun. Cassini, et romfartøy fra NASA som gikk i bane rundt Saturn fra 2004 til 2017, gjorde imidlertid funn som ga problemet en ny vinkel. Titan, Saturns største satellitt, ble oppdaget å migrere fra Saturn med en hastighet på omtrent 11 centimeter per år, noe som var raskere enn forventet. Denne raske migrasjonen og dens gravitasjonskraft gjorde det mulig for forskere å konkludere med at månen sannsynligvis var ansvarlig for å vippe og holde Saturn i resonans med Neptun.
Jack Wisdom, professor i planetariske vitenskaper ved MIT og hovedforfatter av den nye studien, sa: "For å gjøre fremskritt med problemet, måtte vi bestemme treghetsmomentet til Saturn."
I denne nye studien så forskerne på å finne Saturns treghetsøyeblikk ved å bruke noen av de siste observasjonene som ble tatt av Cassini i sin "Grand Finale", en fase av oppdraget der romfartøyet gjorde en ekstremt nær tilnærming for å kartlegge gravitasjonsfeltet nøyaktig. rundt hele planeten. Gravitasjonsfeltet kan brukes til å bestemme massefordelingen på planeten.
De modellerte Saturns indre og identifiserte en massefordeling som samsvarte med gravitasjonsfeltet som Cassini observerte. Overraskende nok plasserte dette nylig identifiserte treghetsmomentet Saturn nær men like utenfor resonansen med Neptun. Planetene kan ha vært synkroniserte en gang, men er det ikke lenger.
De startet med å utføre simuleringer for å utvikle banedynamikken til Saturn og dens måner bakover i tid. De ønsket å finne ut om noen naturlig ustabilitet blant de eksisterende satellittene kunne ha påvirket planetens tilt. Dette søket ble tomt.
For bedre å forstå hvordan en planets rotasjonsakse skifter over tid, kjent som presesjon, undersøkte forskerne de matematiske ligningene som beskriver den. Ett ledd i denne ligningen har bidrag fra alle satellittene. Teamet begrunnet at hvis én satellitt ble fjernet fra denne summen, kunne det påvirke planetens presesjon.
Ved å kjøre simuleringer bestemte forskere egenskapene til Chrysalis, inkludert dens masse og baneradius, og banedynamikken som ville være nødvendig for å slå Saturn ut av resonansen. De konkluderer med at resonansen mellom Saturn og Neptun forårsaket planetens nåværende tilt, og tapet av satellitten Chrysalis, omtrent på størrelse med Saturns tredje største måne Iapetus, gjorde at Saturn kunne unngå resonansen.
Forskere bemerket, «En gang for mellom 200 og 100 millioner år siden gikk Chrysalis inn i en kaotisk orbitalsone, opplevde flere nære møter med Iapetus og Titan, og kom til slutt for nær Saturn, i et beitemøte som rev satellitten i biter, og etterlot en liten brøkdel til sirkle rundt planeten som en ring med rusk.»
"Tapet av Chrysalis forklarer Saturns presesjon, og dens nåværende tilt, så vel som den sene dannelsen av ringene."
Wisdom sa, "Det er en ganske god historie, men som alle andre resultater, må den undersøkes av andre. Men det ser ut til at denne tapte satellitten bare var en puppe som ventet på å få sin ustabilitet.»
Tidsreferanse:
- Jack Wisdom et al. Tap av en satellitt kan forklare Saturns skråstilling og unge ringer. VITENSKAP. GJØR JEG: 10.1126/science.abn1234
