Saturnovi prstani so stari okoli 100 milijonov let, vendar ni jasno, kako so lahko nastali tako nedavno. Velikan s pasom se vrti pod kotom 26.7 stopinj glede na ravnino, v kateri kroži okoli sonca.
Od leta Saturnov nagib precesi, kot vrtavka, s skoraj enako hitrostjo kot Neptunova orbita, so astronomi dolgo domnevali, da je ta nagib posledica gravitacijskih interakcij s sosedom Neptun.
Medtem ko sta bila planeta morda nekoč usklajena, so astronomi pri MIT in druge univerze so to odkrile Saturn se od takrat izmika Neptunovemu vleku.
Kaj je povzročilo to prerazporeditev planetov?
Ekipa pripravi novo hipotezo. Predlagali so, da je Saturnov sistem prej vseboval dodatno luno, imenovano Chrysalis. Skupaj z druge lune, Chrysalis kroži okoli Saturna več milijard let, pri čemer je planet vlekel in vlekel na način, da je njegov nagib ali "poševnost" ostajal v resonanci z Neptunom.
Chrysalis pa naj bi postal nestabilen pred približno 160 milijoni let in se je preveč približal svojemu planetu v trčenju, ki je raztrgalo satelit. Izguba lune je zadostovala, da je Saturn osvobodil Neptunovega vleka in mu dal današnji nagib. Poleg tega bi del Chrysalisovih drobcev lahko ostal obešen v orbiti in se sčasoma razbil v majhne ledene koščke, da bi oblikovali značilne obroče planeta.
Astronomi domnevajo, da bi ta manjkajoča luna lahko pojasnila dve dolgoletni skrivnosti: Saturnov današnji nagib in starost njegovih prstanov, ki so bili ocenjeni na približno 100 milijonov let - veliko mlajši od samega planeta.
Jack Wisdom, profesor planetarnih znanosti na MIT in glavni avtor nove študije, je dejal, "Tako kot metuljeva krizala je bil tudi ta satelit dolgo v mirovanju in je nenadoma postal aktiven in pojavili so se obroči."
V začetku leta 2000 so znanstveniki domnevali, da ima Saturn nagnjeno os zaradi svoje gravitacijske resonance ali povezave z Neptunom. Vendar pa je Cassini, Nasino vesoljsko plovilo, ki je krožilo okoli Saturna od leta 2004 do 2017, prišlo do odkritij, ki so problemu dala nov zorni kot. Titan, Saturnov največji satelit, se je od Saturna selil s hitrostjo približno 11 centimetrov na leto, kar je bilo hitreje od pričakovanj. Ta hitra selitev in njena gravitacijska sila sta znanstvenikom omogočila sklep, da je luna verjetno odgovorna za nagibanje in ohranjanje Saturna v resonanci z Neptunom.
Jack Wisdom, profesor planetarnih znanosti na MIT in glavni avtor nove študije, je dejal, "Da bi napredovali pri problemu, smo morali določiti vztrajnostni moment Saturna."
V tej novi študiji so znanstveniki poskušali določiti Saturnov vztrajnostni moment z uporabo nekaterih zadnjih opazovanj Cassinija v njegovem "velikem finalu", fazi misije, med katero se je vesoljsko plovilo zelo približalo, da bi natančno preslikalo gravitacijsko polje okoli celega planeta. Gravitacijsko polje lahko uporabimo za določitev porazdelitve mase na planetu.
Modelirali so notranjost Saturna in identificirali porazdelitev mase, ki se je ujemala z gravitacijskim poljem, ki ga je opazoval Cassini. Presenetljivo je, da je ta na novo identificiran vztrajnostni moment postavil Saturn blizu resonance z Neptunom, vendar tik izven nje. Planeti so morda nekoč bili usklajeni, vendar niso več.
Začeli so z izvajanjem simulacij za razvoj orbitalne dinamike Saturn in njegove lune nazaj v času. Želeli so ugotoviti, ali bi morebitne naravne nestabilnosti med obstoječimi sateliti lahko vplivale na nagib planeta. To iskanje je bilo prazno.
Da bi bolje razumeli, kako se os vrtenja planeta sčasoma premika, kar je znano kot precesija, so znanstveniki ponovno preučili matematične enačbe, ki to opisujejo. En člen v tej enačbi ima prispevke vseh satelitov. Ekipa je menila, da če bi iz te vsote odstranili en satelit, bi to lahko vplivalo na precesijo planeta.
Z izvajanjem simulacij so znanstveniki določili lastnosti Chrysalis, vključno z njegovo maso in orbitalnim radijem ter orbitalno dinamiko, ki bi bila potrebna, da bi Saturn izločil iz resonance. Sklepajo, da je resonanca med Saturnom in Neptunom povzročila trenutni nagib planeta, izguba satelita Chrysalis, približno velikosti Saturnove tretje največje lune Japet, pa je Saturnu omogočila, da se je izognil resonanci.
Znanstveniki so opozorili, »Nekje med 200 in 100 milijoni let nazaj je Chrysalis vstopil v kaotično orbitalno območje, doživel več bližnjih srečanj z Japetom in Titanom ter se na koncu preveč približal Saturnu, v pašnem srečanju, ki je satelit raztrgalo na koščke, pri čemer je pustil majhen delček kroži okoli planeta kot obroč, posut z odpadki.«
"Izguba Chrysalis pojasnjuje Saturnovo precesijo in njegov današnji nagib ter pozno oblikovanje njegovih obročev."
Modrost je dejal, »To je precej dobra zgodba, a kot vsak drug rezultat jo bodo morali pregledati drugi. Toda zdi se, da je bil ta izgubljeni satelit le krizala, ki je čakala na svojo nestabilnost.«
Referenca dnevnika:
- Jack Wisdom idr. Izguba satelita bi lahko pojasnila Saturnovo poševnost in mlade prstane. ZNANOST. DOI: 10.1126/science.abn1234
