Кільцям Сатурна близько 100 мільйонів років, але незрозуміло, як вони могли утворитися так недавно. Поясаний гігант обертається під кутом 26.7 градусів відносно площини, в якій він обертається навколо Сонця.
З Нахил Сатурна прецесує, як дзига, майже з тією ж швидкістю, що й орбіта Нептуна, астрономи давно висунули гіпотезу, що цей нахил є результатом гравітаційної взаємодії з його сусідом Нептун.
Хоча дві планети, можливо, колись були синхронізовані, астрономи в MIT та інші університети виявили це Сатурн з тих пір уникав тяжіння Нептуна.
Що спричинило таке перегрупування планет?
Команда висуває нову гіпотезу. Вони припустили, що система Сатурна раніше містила додатковий супутник під назвою Хрізаліс. Разом з інші місяці, Хрізаліс обертався навколо Сатурна протягом кількох мільярдів років, тягнучи й тягнучи планету таким чином, щоб підтримувати її нахил, або «нахил», у резонансі з Нептуном.
Однак вважається, що лялечка стала нестабільною близько 160 мільйонів років тому і підійшла занадто близько до своєї планети під час зіткнення з випасом, що розірвало супутник на частини. Втрати Місяця було достатньо, щоб звільнити Сатурн від тяжіння Нептуна та надати йому сучасний нахил. Крім того, частина фрагментів лялечки могла залишитися підвішеною на орбіті, зрештою розпавшись на маленькі крижані шматки, утворивши характерні кільця планети.
Астрономи припускають, що цей зниклий місяць може пояснити дві давні таємниці: сучасний нахил Сатурна та вік його кілець, вік яких оцінюється приблизно в 100 мільйонів років — набагато молодше, ніж сама планета.
Джек Віздом, професор планетарних наук Массачусетського технологічного інституту та провідний автор нового дослідження, сказав: «Як лялечка метелика, цей супутник довго був у стані спокою, а потім раптом став активним, і з’явилися кільця».
На початку 2000-х вчені висунули гіпотезу про те, що Сатурн має нахилену вісь через його гравітаційний резонанс або зв’язок із Нептуном. Однак Кассіні, космічний корабель НАСА, який обертався навколо Сатурна з 2004 по 2017 рік, зробив відкриття, які дали новій перспективі проблемі. ТитанБуло виявлено, що найбільший супутник Сатурна мігрує від Сатурна зі швидкістю приблизно 11 сантиметрів на рік, що було швидше, ніж очікувалося. Ця швидка міграція та її гравітаційне тяжіння дозволили вченим зробити висновок, що Місяць, ймовірно, відповідальний за нахил і підтримку Сатурна в резонансі з Нептуном.
Джек Віздом, професор планетарних наук Массачусетського технологічного інституту та провідний автор нового дослідження, сказав: «Щоб досягти прогресу в розв’язанні проблеми, нам потрібно було визначити момент інерції Сатурна».
У цьому новому дослідженні вчені намагалися визначити момент інерції Сатурна, використовуючи деякі з останніх спостережень, зроблених Кассіні під час його «Великого фіналу», фази місії, під час якої космічний корабель здійснив надзвичайно близьке наближення, щоб точно скласти карту гравітаційного поля. навколо всієї планети. За допомогою гравітаційного поля можна визначити розподіл маси на планеті.
Вони змоделювали внутрішню частину Сатурна та визначили розподіл маси, який відповідав гравітаційному полю, яке спостерігав Кассіні. Дивно, але цей нещодавно виявлений момент інерції поставив Сатурн близько до резонансу з Нептуном, але трохи поза ним. Можливо, колись планети були синхронізовані, але зараз не синхронізуються.
Вони почали з моделювання розвитку орбітальної динаміки Сатурн і його супутники назад у часі. Вони хотіли визначити, чи могли будь-які природні нестабільності серед існуючих супутників вплинути на нахил планети. Цей пошук був порожнім.
Щоб краще зрозуміти, як вісь обертання планети зміщується з часом, відома як прецесія, вчені переглянули математичні рівняння, які її описують. Один член у цьому рівнянні має внески від усіх супутників. Команда вважала, що якщо з цієї суми вилучити один супутник, це може вплинути на прецесію планети.
За допомогою симуляції вчені визначили властивості лялечки, включаючи її масу та радіус орбіти, а також орбітальну динаміку, яка буде потрібна, щоб вивести Сатурн із резонансу. Вони дійшли висновку, що резонанс між Сатурном і Нептуном спричинив поточний нахил планети, а втрата супутника Хризаліс, розміром приблизно з третій за величиною супутник Сатурна Япет, дозволила Сатурну уникнути резонансу.
Вчені відзначили, «Десь між 200 і 100 мільйонами років тому лялечка увійшла в хаотичну орбітальну зону, пережила кілька близьких зіткнень з Япетом і Титаном, і врешті-решт підійшла занадто близько до Сатурна, під час зіткнення, яке розірвало супутник на шматки, залишивши невелику частину навколо планети, як усіяне сміттям кільце».
«Втрата лялечки пояснює прецесію Сатурна та його сучасний нахил, а також пізнє формування його кілець».
Мудрість сказав, «Це досить хороша історія, але, як і будь-який інший результат, її повинні перевірити інші. Але здається, що цей втрачений супутник був просто лялечкою, яка чекала своєї нестабільності».
Довідка з журналу:
- Джек Вісдом та ін. Втрата супутника може пояснити нахил Сатурна та молоді кільця. НАУКА. DOI: 10.1126/science.abn1234
