วงแหวนของดาวเสาร์มีอายุประมาณ 100 ล้านปี แต่ก็ไม่ชัดเจนว่าจะเกิดขึ้นได้อย่างไรเมื่อเร็วๆ นี้ ยักษ์คาดเข็มขัดหมุนด้วยมุม 26.7 องศาสัมพันธ์กับระนาบที่มันโคจรรอบดวงอาทิตย์
ตั้งแต่ ความเอียงของดาวเสาร์ เช่นเดียวกับลูกข่างที่มีอัตราเกือบเท่ากับวงโคจรของดาวเนปจูน นักดาราศาสตร์ตั้งสมมติฐานมานานแล้วว่าการเอียงนี้เป็นผลมาจากอันตรกิริยาโน้มถ่วงกับเพื่อนบ้าน เกตุ.
ในขณะที่ดาวเคราะห์ทั้งสองดวงอาจเคยอยู่พร้อมๆ กัน นักดาราศาสตร์ที่ เอ็มไอที และมหาวิทยาลัยอื่นๆ ก็ได้ค้นพบสิ่งนั้น ดาวเสาร์ ได้หลุดพ้นจากแรงดึงดูดของดาวเนปจูนแล้ว
อะไรทำให้เกิดการปรับตำแหน่งของดาวเคราะห์นี้?
ทีมงานจึงได้ตั้งสมมติฐานใหม่ พวกเขาเสนอว่าก่อนหน้านี้ระบบดาวเสาร์มีดวงจันทร์อีกดวงหนึ่งชื่อดักแด้ พร้อมด้วย ดวงจันทร์อื่น ๆดักแด้โคจรรอบดาวเสาร์เป็นเวลาหลายพันล้านปี โดยดึงและดึงดาวเคราะห์ในลักษณะที่คงความเอียงหรือ "เอียง" ให้สอดคล้องกับดาวเนปจูน
อย่างไรก็ตาม เชื่อกันว่าดักแด้เริ่มไม่เสถียรเมื่อประมาณ 160 ล้านปีก่อน และเข้ามาใกล้ดาวเคราะห์ของมันมากเกินไปในการเผชิญหน้ากับทุ่งหญ้า ซึ่งทำให้ดาวเทียมแตกออกจากกัน การสูญเสียดวงจันทร์ก็เพียงพอที่จะทำให้ดาวเสาร์หลุดพ้นจากแรงดึงของดาวเนปจูน และทำให้มันเอียงในปัจจุบัน นอกจากนี้ เศษเสี้ยวของชิ้นส่วนดักแด้อาจยังคงลอยอยู่ในวงโคจร และในที่สุดก็แตกออกเป็นก้อนน้ำแข็งเล็กๆ เพื่อสร้างวงแหวนอันเป็นเอกลักษณ์ของดาวเคราะห์
นักดาราศาสตร์แนะนำว่าดวงจันทร์ที่หายไปนี้สามารถอธิบายความลึกลับสองประการที่มีมายาวนาน ได้แก่ การเอียงของดาวเสาร์ในปัจจุบัน และอายุของวงแหวนของมัน ซึ่งคาดว่าจะมีอายุประมาณ 100 ล้านปี ซึ่งอายุน้อยกว่าดาวเสาร์มาก
Jack Wisdom ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่ MIT และผู้เขียนหลักของการศึกษาใหม่นี้กล่าวว่า “เช่นเดียวกับดักแด้ผีเสื้อ ดาวเทียมดวงนี้สงบนิ่งมานานและเริ่มทำงาน และวงแหวนก็โผล่ออกมา”
ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 นักวิทยาศาสตร์ตั้งสมมติฐานว่าดาวเสาร์มีแกนเอียงเนื่องจากการสั่นพ้องของแรงโน้มถ่วงหรือการเชื่อมต่อกับดาวเนปจูน อย่างไรก็ตาม Cassini ยานอวกาศของ NASA ที่โคจรรอบดาวเสาร์ตั้งแต่ปี 2004 ถึง 2017 ได้ค้นพบสิ่งที่ทำให้ปัญหานี้มีมุมใหม่ ยักษ์ซึ่งเป็นดาวเทียมที่ใหญ่ที่สุดของดาวเสาร์ ถูกค้นพบว่าอพยพมาจากดาวเสาร์ด้วยอัตราประมาณ 11 เซนติเมตรต่อปี ซึ่งเร็วกว่าที่คาดไว้ การอพยพที่รวดเร็วและแรงดึงดูดโน้มถ่วงทำให้นักวิทยาศาสตร์สรุปได้ว่าดวงจันทร์น่าจะมีส่วนในการเอียงและทำให้ดาวเสาร์สอดคล้องกับดาวเนปจูน
Jack Wisdom ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่ MIT และผู้เขียนหลักของการศึกษาใหม่นี้กล่าวว่า “เพื่อให้ความคืบหน้าในการแก้ปัญหา เราต้องกำหนดโมเมนต์ความเฉื่อยของดาวเสาร์”
ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ นักวิทยาศาสตร์มองหาช่วงเวลาแห่งความเฉื่อยของดาวเสาร์โดยใช้ข้อสังเกตล่าสุดบางส่วนที่แคสซินีทำใน "แกรนด์ฟินาเล" ซึ่งเป็นช่วงของภารกิจที่ยานอวกาศได้เข้าใกล้มากเพื่อทำแผนที่สนามโน้มถ่วงอย่างแม่นยำ ทั่วโลก สนามโน้มถ่วงสามารถใช้เพื่อกำหนดการกระจายตัวของมวลบนโลกได้
พวกเขาสร้างแบบจำลองภายในของดาวเสาร์และระบุการกระจายมวลที่ตรงกับสนามโน้มถ่วงที่แคสสินีสังเกต น่าประหลาดใจที่ช่วงเวลาแห่งความเฉื่อยที่เพิ่งค้นพบนี้ทำให้ดาวเสาร์อยู่ใกล้แต่อยู่นอกขอบเขตการสั่นพ้องของดาวเนปจูน ดาวเคราะห์อาจจะเคยซิงค์กันแต่ไม่อีกต่อไปแล้ว
พวกเขาเริ่มต้นด้วยการจำลองเพื่อพัฒนาไดนามิกของวงโคจรของ ดาวเสาร์และดวงจันทร์ของมัน ย้อนเวลากลับไป พวกเขาต้องการตรวจสอบว่าความไม่เสถียรตามธรรมชาติใดๆ ของดาวเทียมที่มีอยู่อาจส่งผลต่อการเอียงของดาวเคราะห์หรือไม่ การค้นหานี้ว่างเปล่า
เพื่อให้เข้าใจได้ดีขึ้นว่าแกนการหมุนของดาวเคราะห์เปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป หรือที่เรียกว่า พรีเซสชัน นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบสมการทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายดาวเคราะห์ดังกล่าวอีกครั้ง เทอมหนึ่งในสมการนี้มีส่วนสนับสนุนจากดาวเทียมทุกดวง ทีมงานให้เหตุผลว่าหากดาวเทียมดวงหนึ่งถูกลบออกจากจำนวนนี้ อาจส่งผลกระทบต่อการเคลื่อนตัวของดาวเคราะห์ได้
ด้วยการจำลอง นักวิทยาศาสตร์ได้ระบุคุณสมบัติของดักแด้ รวมถึงมวลและรัศมีวงโคจรของมัน และพลศาสตร์ของวงโคจรที่จะต้องทำให้ดาวเสาร์หลุดจากการสั่นพ้อง พวกเขาสรุปว่าเสียงสะท้อนระหว่างดาวเสาร์และดาวเนปจูนทำให้ดาวเคราะห์เอียงในปัจจุบัน และการสูญเสียดักแด้ดาวเทียม ซึ่งมีขนาดประมาณดวงจันทร์ Iapetus ที่มีขนาดใหญ่เป็นอันดับสามของดาวเสาร์ ทำให้ดาวเสาร์สามารถหลีกเลี่ยงการสั่นพ้องได้
นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสังเกตว่า “ในช่วงระหว่าง 200 ถึง 100 ล้านปีก่อน ดักแด้ได้เข้าสู่เขตวงโคจรที่วุ่นวาย เผชิญหน้าอย่างใกล้ชิดกับอิเอเพทัสและไททันหลายครั้ง และในที่สุดก็เข้ามาใกล้ดาวเสาร์มากเกินไป ในการเผชิญหน้าในทุ่งเลี้ยงสัตว์ที่ทำให้ดาวเทียมแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย เหลือเพียงเศษเสี้ยวเล็กน้อย หมุนรอบโลกเป็นวงแหวนที่เกลื่อนกลาด”
“การสูญเสียดักแด้อธิบายการเคลื่อนตัวของดาวเสาร์ และความเอียงของมันในยุคปัจจุบัน รวมถึงการก่อตัววงแหวนของมันในภายหลัง”
ภูมิปัญญา กล่าวว่า, “มันเป็นเรื่องราวที่ค่อนข้างดี แต่ก็เหมือนกับผลลัพธ์อื่นๆ มันจะต้องได้รับการตรวจสอบโดยผู้อื่น แต่ดูเหมือนว่าดาวเทียมที่หายไปนี้เป็นเพียงดักแด้ที่รอความไม่เสถียรอยู่”
การอ้างอิงวารสาร:
- แจ็ค วิสดอม และคณะ การสูญเสียดาวเทียมอาจอธิบายความเอียงของดาวเสาร์และวงแหวนอายุน้อยได้ วิทยาศาสตร์. ดอย: 10.1126/science.abn1234
