Chrysalis: Satürn’ün Kadim, Kayıp Ayı

Satürn’ün Halkaları ve Eğimi Kadim, Kayıp Bir Ayın Ürünü Olabilir

Yeni bir araştırmaya göre, bir “otlatma karşılaşması” ayı parçalayıp şekillendirmiş olabilir. Satürnyüzükler.

Gezegenin ekvatorunun etrafında dönen Satürn’ün halkaları, gezegenin bir eğimde döndüğünün açık bir göstergesidir. Kuşaklı gaz devi, güneşin etrafında döndüğü düzleme göre 26,7 derecelik bir açıyla dönüyor. Çünkü Satürn’ün eğimi, bir topaç gibi, komşusunun yörüngesiyle hemen hemen aynı hızda ilerler. Neptüngökbilimciler uzun zamandır bu eğimin Neptün ile yerçekimi etkileşimlerinden kaynaklandığından şüpheleniyorlardı.

Ancak, gökbilimciler tarafından yapılan yeni bir modelleme çalışması MİT ve başka bir yerde, iki gezegen bir zamanlar senkronize olmuşken, Satürn’ün o zamandan beri Neptün’ün çekiminden kurtulduğunu keşfetti. Bu gezegensel yeniden hizalanmadan ne sorumluydu? Araştırma ekibinin titizlikle test edilmiş bir hipotezi var: kayıp bir ay. Çalışmaları dergide yayınlandı Bilim 15 Eylül’de.

Araştırmada ekip, bugün 83 uyduya ev sahipliği yapan Satürn’ün bir zamanlar en az bir tane daha, Chrysalis adını verdikleri ekstra bir uyduyu barındırdığını öne sürüyor. Gökbilimciler, Chrysalis’in kardeşleriyle birlikte, birkaç milyar yıl boyunca Satürn’ün yörüngesinde döndüğünü ve Neptün ile rezonans içinde, eğimini veya “eğikliğini” koruyacak şekilde gezegeni çekip sürüklediğini öne sürüyorlar.

Ancak ekip, yaklaşık 160 milyon yıl önce Chrysalis’in dengesiz hale geldiğini ve uyduyu parçalayan bir otlatma karşılaşmasında gezegenine çok yaklaştığını tahmin ediyor. Ayın kaybı, Satürn’ü Neptün’ün elinden çıkarmaya ve onu günümüzün eğimiyle baş başa bırakmaya yeterliydi.

Dahası, gökbilimciler, Chrysalis’in parçalanmış gövdesinin çoğu Satürn’e etki etmiş olsa da, parçalarının bir kısmı yörüngede asılı kalmış olabilir ve sonunda gezegenin imza halkalarını oluşturmak için küçük buzlu parçalara ayrılabilirdi.

Bu nedenle, kayıp uydu olan Chrysalis, uzun zamandır devam eden iki gizemi açıklayabilir: Satürn’ün günümüzdeki eğimi ve daha önce yaklaşık 100 milyon yaşında olduğu tahmin edilen halkalarının yaşı – gezegenin kendisinden çok daha genç.

Bu, Cassini’nin 2 Ocak 2010’da Satürn’ün yörüngesinden görünüşüdür. Bu görüntüde, gezegenin gece tarafındaki halkalar, özelliklerini daha net ortaya çıkarmak için önemli ölçüde aydınlatılmıştır. Gündüz tarafında, halkalar hem doğrudan güneş ışığıyla hem de Satürn’ün bulut tepelerinden yansıyan ışıkla aydınlatılıyor. Kredi: ASA/JPL-Caltech/Uzay Bilimleri Enstitüsü

Jack Wisdom, “Tıpkı bir kelebeğin krizalizi gibi, bu uydu uzun süre uykuda kaldı ve aniden aktif hale geldi ve halkalar ortaya çıktı” diyor Jack Wisdom. Yeni çalışmanın baş yazarı ve MIT’de gezegen bilimleri profesörüdür.

Çalışmanın ortak yazarları arasında MIT’den Rola Dbouk, Berkeley’deki California Üniversitesi’nden Burkhard Militzer, Arizona Üniversitesi’nden William Hubbard, Santa Cruz’daki California Üniversitesi’nden Francis Nimmo ve Brynna Downey ve Wellesley Koleji’nden Richard French yer alıyor.

Bir ilerleme anı

2000’lerin başında, bilim adamları, Satürn’ün eğik ekseninin, gezegenin Neptün ile bir rezonansa veya yerçekimi ilişkisine hapsolmasının bir sonucu olduğu fikrini öne sürdüler. Bununla birlikte, alınan gözlemler NASA‘s Cassini 2004’ten 2017’ye kadar Satürn’ün yörüngesinde dönen uzay aracı, soruna yeni bir yön verdi. Bilim adamları, Satürn’ün en büyük uydusu olan Titan’ın, yılda yaklaşık 11 santimetre hızla, beklenenden daha hızlı bir şekilde Satürn’den uzaklaştığını keşfettiler. Titan’ın hızlı göçü ve yerçekimi, bilim adamlarının, Satürn’ü Neptün ile rezonansta eğmekten ve tutmaktan büyük olasılıkla ayın sorumlu olduğu sonucuna varmalarına neden oldu.

NASA’nın Cassini uzay aracından bir görüntü, 2016’da Satürn’ün kuzey yarımküresini, gezegenin kuzey yarımküresinin yaz gündönümüne yaklaşırken gösteriyor. Satürn’de bir yıl 29 Dünya yılıdır; Cassini verilerinin yeni bir analizine göre günler sadece 10:33:38. Kredi: NASA/JPL-Caltech/Uzay Bilimleri Enstitüsü

Yine de bu açıklama, bilinmeyen bir büyük faktöre dayanmaktadır: Satürn’ün eylemsizlik momenti, bu da kütlenin gezegenin iç kısmında nasıl dağıldığıdır. Satürn’ün eğimi, maddenin merkezinde mi yoksa yüzeye doğru mu daha yoğun olduğuna bağlı olarak farklı davranabilir.

Wisdom, “Sorun üzerinde ilerleme kaydetmek için Satürn’ün eylemsizlik momentini belirlememiz gerekiyordu” diyor.

kayıp eleman

Yeni çalışmalarında, Wisdom ve meslektaşları, uzay aracının tam olarak haritaya son derece yakın bir yaklaşım gösterdiği görevin bir aşaması olan “Büyük Final”de Cassini tarafından alınan son gözlemlerden bazılarını kullanarak Satürn’ün eylemsizlik momentini belirlemeye çalıştılar. tüm gezegenin etrafındaki yerçekimi alanı. Yerçekimi alanı, gezegendeki kütle dağılımını belirlemek için kullanılabilir.

Wisdom ve meslektaşları Satürn’ün içini modellediler ve Cassini’nin gözlemlediği yerçekimi alanıyla eşleşen bir kütle dağılımı belirlediler. Şaşırtıcı bir şekilde, bu yeni tanımlanan atalet momentinin Satürn’ü Neptün ile rezonansın hemen dışında, yakınına yerleştirdiğini keşfettiler. Gezegenler bir zamanlar senkronize olmuş olabilir ama artık değiller.

Wisdom, “Sonra Satürn’ü Neptün’ün rezonansından çıkarmanın yollarını aradık” diyor.

Hubble’ın 2021’de Satürn’e bakışı, gezegenin kuzey yarımküresindeki bantlarda hızlı ve aşırı renk değişimleri gösteriyor. Kredi: NASA, ESA, A. Simon (NASA-GSFC) ve MH Wong (UC Berkeley); Görüntü İşleme: A. Pagan (STScI)

İlk olarak ekip, mevcut uydular arasındaki herhangi bir doğal dengesizliğin gezegenin eğimini etkileyip etkilemediğini görmek için Satürn ve uydularının yörünge dinamiklerini zamanda geriye doğru geliştirmek için simülasyonlar gerçekleştirdi. Bu arama boş çıktı.

Böylece araştırmacılar, bir gezegenin dönme ekseninin zaman içinde nasıl değiştiğini gösteren bir gezegenin hareketini tanımlayan matematiksel denklemleri yeniden incelediler. Bu denklemdeki bir terimin tüm uydulardan katkısı vardır. Ekip, bu toplamdan bir uydunun çıkarılmasının gezegenin hareketini etkileyebileceğini düşündü.

Soru, bu uydunun ne kadar büyük olması gerektiği ve Satürn’ü Neptün’ün rezonansından çıkarmak için hangi dinamiklerden geçmesi gerektiğiydi.

Simülasyonlar, bir uydunun kütlesi ve yörünge yarıçapı gibi özelliklerini ve Satürn’ü rezonanstan çıkarmak için gerekli olan yörünge dinamiklerini belirlemek için Wisdom ve meslektaşları tarafından yürütüldü.

Elde ettikleri sonuçlardan, Satürn’ün şimdiki eğiminin Neptün ile rezonansın bir sonucu olduğu ve Satürn’ün üçüncü en büyük ayı olan Iapetus’un büyüklüğünde olan Chrysalis uydusunun kaybının rezonanstan kaçmasına izin verdiği sonucuna varıyorlar.

200 ila 100 milyon yıl önce, Chrysalis kaotik bir yörünge bölgesine girdi, Iapetus ve Titan ile bir dizi yakın karşılaşma yaşadı ve sonunda uyduyu parçalara ayırarak küçük bir parça bırakarak Satürn’e çok yaklaştı. gezegeni enkazla dolu bir halka olarak daire içine almak.

Buldukları Chrysalis’in kaybı, sadece Satürn’ün hareketini ve bugünkü eğimini açıklamakla kalmıyor, aynı zamanda muhteşem halkalarının geç oluşumunu da açıklıyor.

Wisdom, “Oldukça iyi bir hikaye, ancak diğer sonuçlar gibi, başkaları tarafından da incelenmesi gerekecek” diyor. “Ancak görünen o ki bu kayıp uydu, istikrarsızlığını elde etmeyi bekleyen bir krizalitmiş.”

Referans: Jack Wisdom, Rola Dbouk, Burkhard Militzer, William B. Hubbard, Francis Nimmo, Brynna G. Downey ve Richard G. French, “Bir uydunun kaybı Satürn’ün eğikliğini ve genç halkalarını açıklayabilir”, 15 Eylül 2022, Bilim.
DOI: 10.1126/science.abn1234

Bu araştırma, kısmen NASA ve Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklendi.