Naukowcy proponują, że nieistniejący już księżyc Saturna, zbliżył się za bardzo do planety, uległ rozerwaniu, a z jego szczątków utworzyły się pierścienie przyczyniające się do nachylenia orbity Saturna.

Wirujące wokół równika planety pierścienie Saturna potwierdzają, że planeta kręci się w przechyleniu. Astronomowie ustalili, że planeta obraca się pod kątem 26,7 stopnia w stosunku do płaszczyzny, w której krąży wokół Słońca. Do tej pory astronomowie podejrzewali, że za to odchylenie odpowiada oddziaływanie grawitacyjne z sąsiadującym Neptunem, ponieważ nachylenie Saturna podlega precesji, pokrywającej się z orbitą Neptuna. Jednak nowe badanie modelowe przeprowadzone przez astronomów z MIT wykazały, że chociaż obie planety kiedyś faktycznie mogły  być zsynchronizowane, Saturn uciekł od od grawitacyjnego wpływu swojego sąsiada. Co było więc odpowiedzialne za nachylenie się orbity gazowego olbrzyma? Zespół ma pewną hipotezę. A jest nią –  brakujący księżyc.

W badaniu opublikowanym w Science zespół sugeruje, że Saturn, który na chwilę obecną wiemy, że posiada aż 83 księżyce, kiedyś posiadał ich jeszcze więcej. A przynajmniej jeszcze jeden masywny księżyc, który został nazwany Chrysalis. Naukowcy sugerują, że wraz z innymi księżycami, Chrysalis krążył wokół Saturna przez kilka miliardów lat, wpływając na orbitę i utrzymywał jej nachylenie w rezonansie z Neptunem.

Ale jak oszacował zespół około 160 milionów lat temu, Chrysalis zbliżył się zbyt blisko swojej planety. przekroczył granicę Roche’a i uległ rozerwaniu. Takie zdarzenie mogło mieć daleko idące skutki. Utrata krążącego w bliskiej odległości, masywnego księżyca wystarczyła, aby uwolnić Saturna z grawitacyjnego oddziaływania Neptuna i pozostawić go z dzisiejszym nachyleniem.

saturn-rings Pierścienie Saturna, czy są pozostałościami po księżycu Chrysalis?

Idąc tym tropem, naukowcy przypuszczają, że podczas gdy większość szczątków Chrysalis mogła uderzyć w Saturna, niewielka część jego jego fragmentów mogła pozostać zawieszona na orbicie, ostatecznie rozpadając się na małe lodowe kawałki i tworząc charakterystyczne dla planety pierścienie.

Brakujący satelita może wyjaśnić dwie odwieczne tajemnice: dzisiejsze nachylenie Saturna i wiek jego pierścieni, które wcześniej szacowano na około 100 milionów lat – czyli miałyby być znacznie młodsze niż sama planeta.

Na początku XXI wieku naukowcy wysunęli pomysł, że nachylona oś Saturna jest wynikiem uwięzienia planety w rezonansie grawitacyjnym z Neptunem. Jednak obserwacje wykonane przez sondę NASA Cassini, która krążyła wokół Saturna w latach 2004-2017, rzuciły nowe światło na ten problem. Naukowcy odkryli, że Tytan, największy satelita Saturna, oddalał się od Saturna szybciej niż oczekiwano, z prędkością około 11 centymetrów rocznie. Szybka migracja Tytana i jego przyciąganie grawitacyjne doprowadziły naukowców do wniosku, że w przeszłości to właśnie księżyc był prawdopodobnie odpowiedzialny za przechylanie i utrzymywanie Saturna w rezonansie z Neptunem.

Ale to wyjaśnienie opiera się na jednej wielkiej niewiadomej: momencie bezwładności Saturna. Nachylenie planety może wyglądać w różny sposób, w zależności od tego, czy materia jest bardziej skoncentrowana w jądrze, czy przesunięta w kierunku powierzchni. Jak stwierdził kierownik zespołu badawczego z MIT profesor Jack Wisdom:

Aby poczynić postępy w rozwiązaniu zagadki, musieliśmy określić moment bezwładności Saturna

W swoim nowym badaniu Wisdom i jego współpracownicy starali się określić moment bezwładności Saturna, wykorzystując niektóre z ostatnich obserwacji dokonanych przez Cassini w ostatniej fazie misji, podczas której sonda wykonała niezwykle precyzyjne mapowanie pola grawitacyjnego całej planety. A to można wykorzystać do określenia rozkładu masy w jej wnętrzu.

Wisdom i jego koledzy wymodelowali wnętrze Saturna i zidentyfikowali rozkład masy, który odpowiadał polu grawitacyjnemu obserwowanemu przez Cassini. Co zaskakujące, odkryli, że ten nowo zidentyfikowany moment bezwładności umieszcza Saturna blisko, ale tuż poza rezonansem z Neptunem. Planety mogły kiedyś być zsynchronizowane, ale już nie są. Potem zaczęli zastanawiać się, co w takim razie doprowadziło do przechylenia.

Najnowsze filmy

Zespół najpierw przeprowadził symulacje ewolucji dynamiki orbity Saturna i jego księżyców wstecz w czasie, aby sprawdzić, czy jakiekolwiek naturalne niestabilności wśród istniejących satelitów mogły wpłynąć na nachylenie planety. Jednak niczego nie znaleziono. Dlatego naukowcy ponownie przeanalizowali równania matematyczne opisujące precesję planety, czyli sposób, w jaki zmienia się oś obrotu planety w czasie. Analizując dane z symulacji zespół doszedł do wniosku, że usunięcie jednego satelity z tej sumy może w znaczący sposób wpłynąć na precesję planety.

Jak masywny musiałby być ten księżyc, aby zerwać rezonans Saturna z Neptunem?

Profesor Wisdom wraz zespołem przeprowadzili więc kolejne symulacje, aby określić właściwości takiego hipotetycznego satelity, takie jak jego masa oraz dynamika orbity, która byłaby wymagana do wybicia Saturna z rezonansu. Doszli do wniosku, że Chrysalis, musiał być mniej więcej wielkości Japeta, trzeciego co do wielkości księżyca Saturna.

Około 200 – 100 milionów lat temu Chrysalis wszedł w chaotyczną strefę orbitalną, najpierw doświadczył wielu bliskich spotkań z Japetem i Tytanem, aż w końcu zbliżył się zbyt blisko Saturna, no i cóż.  Przekraczanie granicy Roche’a gazowego giganta nigdy nie kończy się zbyt dobrze.