Znanstveniki domnevajo, da je izgubljena Saturnova luna, ki so jo poimenovali Chrysalis, vlekla planet, dokler se ni raztrgala, oblikovala prstane in prispevala k Saturnovemu nagibu.
Planeta nekoč morda sinhroizirana
Saturnovi obroči, ki se vrtijo okoli planetovega ekvatorja, so jasen znak, da se planet vrti pod naklonom. Orjaški planet se vrti pod kotom 26,7 stopinje glede na ravnino, v kateri kroži okoli Sonca. Astronomi že dolgo sumijo, da je ta nagib posledica gravitacijskih interakcij s sosednjim Neptunom, saj se Saturnov nagib kot vrteči se vrh vrti skoraj enako hitro kot Neptunova orbita.
Vendar je nova modelna študija, ki so jo opravili astronomi na MIT (Massachusetts Institute of Technology) in drugod, pokazala, da sta bila planeta nekoč morda sinhronizirana, vendar se je Saturn od takrat Neptunovi privlačnosti izognil. Kaj je povzročilo to prerazporeditev planetov? Ekipa ima eno skrbno preizkušeno hipotezo: manjkajoča luna.
Saturn nekoč imel 84 lun
V študiji ekipa predlaga, da je Saturn, ki danes gosti 83 lun, nekoč skrival vsaj še eno, dodaten satelit, ki so ga poimenovali Chrysalis. Raziskovalci domnevajo, da je Chrysalis skupaj s svojimi sorodniki krožil okoli Saturna več milijard let ter ga vlekel in vlekel tako, da je ohranjal njegov nagib ali v sozvočju z Neptunom.
Po ocenah ekipe pa je pred približno 160 milijoni let Chrysalis postal nestabilen in se je preveč približal svojemu planetu, pri čemer se je satelit raztrgal. Izguba lune je bila dovolj, da se je Saturn iztrgal iz Neptunovega objema in dobil današnji naklon.
Poleg tega raziskovalci domnevajo, da je večina Chrysalisovega razbitega telesa morda trčila v Saturn, vendar bi lahko del njegovih fragmentov ostal viseti v orbiti in se sčasoma razbil na majhne ledene koščke, ki so tvorili značilne prstane planeta.
Manjkajoči satelit bi tako lahko pojasnil dve dolgoletni skrivnosti: Saturnov današnji nagib in starost njegovih obročev, ki so bili doslej ocenjeni na približno 100 milijonov let – veliko mlajši od samega planeta.
»Tako kot metuljeva krilca je bil ta satelit dolgo časa v mirovanju, nato pa je nenadoma postal aktiven in obročki so se pojavili,« pravi Jack Wisdom, profesor planetarnih znanosti na MIT in glavni avtor nove študije.
Trenutek napredka
V začetku leta 2000 so znanstveniki predstavili zamisel, da je Saturnova nagnjena os posledica tega, da je planet ujet v resonanco ali gravitacijsko povezavo z Neptunom. Toda opazovanja Nasine sonde Cassini, ki je okoli Saturna krožila med letoma 2004 in 2017, so v problem vnesla nov preobrat. Znanstveniki so ugotovili, da se Titan, Saturnov največji satelit, oddaljuje od Saturna hitreje, kot je bilo pričakovano, in sicer s hitrostjo približno 11 centimetrov na leto. Zaradi hitrega preseljevanja Titana in njegovega gravitacijskega privlaka so znanstveniki sklepali, da je luna verjetno odgovorna za nagibanje in ohranjanje Saturna v resonanci z Neptunom.
Toda ta razlaga je odvisna od ene velike neznanke: Saturnovega vztrajnostnega momenta, ki pomeni, kako je masa razporejena v notranjosti planeta. Saturnov nagib bi se lahko obnašal različno, odvisno od tega, ali je snov bolj skoncentrirana v njegovem jedru ali proti površju.
»Da bi napredovali pri reševanju problema, smo morali določiti Saturnov vztrajnostni moment,” pravi Wisdom.
Izgubljeni element
V svoji novi študiji so Wisdom in njegovi sodelavci poskušali določiti Saturnov vztrajnostni moment s pomočjo nekaterih zadnjih opazovanj, ki jih je Cassini opravil v velikem finalu, fazi misije, v kateri se je sonda izredno približala, da bi natančno kartirala gravitacijsko polje okoli celotnega planeta. Gravitacijsko polje lahko uporabimo za določitev porazdelitve mase na planetu.
Wisdom in njegovi sodelavci so modelirali notranjost Saturna in ugotovili porazdelitev mase, ki je ustrezala gravitacijskemu polju, ki ga je opazoval Cassini. Presenetljivo so ugotovili, da je ta na novo ugotovljeni vztrajnostni moment postavil Saturn v bližino resonance z Neptunom, vendar tik zunaj nje. Morda sta bila planeta nekoč sinhronizirana, vendar nista več.
»Nato smo začeli iskati načine, kako bi Saturn spravili iz Neptunove resonance,« pravi Wisdom.
Ekipa je najprej izvedla simulacije za razvoj orbitalne dinamike Saturna in njegovih lun za nazaj v času, da bi ugotovila, ali bi lahko kakšna naravna nestabilnost med obstoječimi sateliti vplivala na nagib planeta. Iskanje je bilo prazno.
Zato so raziskovalci ponovno preučili matematične enačbe, ki opisujejo precesijo planeta, torej kako se os vrtenja planeta s časom spreminja. En člen v tej enačbi je sestavljen iz prispevkov vseh satelitov. Ekipa je sklepala, da če bi iz tega seštevka odstranili en satelit, bi to lahko vplivalo na precesijo planeta.
Vprašanje je bilo, kako velik bi moral biti ta satelit in kakšno dinamiko bi moral imeti, da bi Saturn izvzel iz Neptunove resonance?
Astronomi so prišli do zaključka
Wisdom in njegovi sodelavci so s simulacijami določili lastnosti satelita, kot sta njegova masa in orbitalni polmer, ter orbitalno dinamiko, ki bi bila potrebna, da bi Saturn izrinila iz resonance.
Ugotovili so, da je sedanji Saturnov naklon posledica resonance z Neptunom in da je izguba satelita Chrysalis, ki je bil velik približno toliko kot Japet, Saturnova tretja največja luna, omogočila, da se je izognil resonanci.
Pred 200 do 100 milijoni let je Chrysalis vstopil v kaotično orbitalno območje, doživel številna bližnja srečanja z Japetom in Titanom ter se na koncu preveč približal Saturnu, pri čemer se je satelit raztrgal na koščke, manjši del pa je obkrožil planet kot obroč, posut z razbitinami.
Ugotovili so, da izguba Chrysalisa pojasnjuje Saturnovo precesijo in njegov današnji nagib, pa tudi pozen nastanek njegovih obročev.
»To je precej dobra zgodba, vendar jo bodo kot vsak drug rezultat morali preučiti še drugi,« pravi Wisdom.
Novinar
