Süper bilgisayar simülasyonları, Satürn’ün halkalarının dinozorlar çağında iki buzlu uydu arasındaki büyük çarpışmadan kaynaklanmış olabileceğini öne sürüyor. NASA’nın ortak araştırması, potansiyel ay çarpışmalarını simüle etmek için DiRAC süper hesaplama tesisini kullandı ve çeşitli senaryoların, kendine özgü halkalarını oluşturmak için doğru miktarda buzun Satürn’ün Roche sınırına dağıtılabileceğini ortaya çıkardı. Satürn’ün uydularındaki yaşam potansiyeli de dahil olmak üzere pek çok soru yanıtsız kalsa da, bu araştırma Satürn sistemini anlamak için yeni yollar açtı. Katkıda bulunanlar: NASA/Durham Üniversitesi/Glasgow Üniversitesi/Jacob Kegerreis/Luís Teodoro
SatürnSüper bilgisayar simülasyonlarına göre, halkalar milyonlarca yıl önce iki buzlu uydunun çarpışması sonucu oluşmuş olabilir. NASA. Bu keşif, Satürn sistemine yeni bakış açıları kazandırıyor ve uydularındaki potansiyel yaşam hakkında sorular ortaya çıkarıyor.
Açık bir gecede, iyi bir amatör teleskopla Satürn ve onun olağanüstü halkaları Dünya yüzeyinden görülebilir. Peki bu yüzükler nasıl ortaya çıktı? Peki NASA’nın yaşam aramayı umduğu potansiyel yerlerden biri olan Satürn ve uyduları hakkında bize ne söyleyebilirler? Yeni bir dizi süper bilgisayar simülasyonu, halkaların kökenine ilişkin gizeme bir yanıt sundu; bu, dinozorların hâlâ Dünya’da dolaştığı dönemde büyük bir çarpışmayı içeriyordu.
27 Eylül’de yayınlanan yeni araştırmaya göre Astrofizik Dergisi NASA ve ortakları tarafından yapılan araştırmalara göre Satürn’ün halkaları, birkaç yüz milyon yıl önce çarpışan ve parçalanan iki buzlu uydunun kalıntılarından oluşmuş olabilir. Halkalara düşmeyen kalıntılar da Satürn’ün günümüzdeki bazı uydularının oluşumuna katkıda bulunmuş olabilir.
NASA’nın Kaliforniya Silikon Vadisi’ndeki Ames Araştırma Merkezi’nde araştırma bilimcisi olan Jacob Kegerreis, “Yaşam için uygun ortamlara ev sahipliği yapan uyduları da dahil olmak üzere, Satürn sistemi hakkında hâlâ bilmediğimiz çok şey var” dedi. “Dolayısıyla, bunun gibi büyük simülasyonları kullanarak bunların nasıl evrimleşmiş olabileceğini ayrıntılı olarak keşfetmek heyecan verici.”
Yeni NASA ve Durham Üniversitesi simülasyonları, Satürn’ün halkalarının ve buzlu uydularının kökenine dair bir teori ortaya koydu; bunlar, gaz devinin yörüngesinde dönen iki uydu arasındaki büyük çarpışmanın ardından oluşmuş olabilir. Bu araştırmada kullanılan simülasyonlar, Satürn’ün halkalarının ve potansiyel olarak yaşanabilir buzlu uyduların oluşumunu incelemek için türünün en ayrıntılı örneklerinden bazılarıdır. Katkıda bulunanlar: NASA/Jacob Kegerreis/Luís Teodoro
Yüksek Çözünürlüklü Simülasyonlar ve Yeni Bilgiler
NASA’nın Cassini misyonu, bilim adamlarının Satürn’ün halkalarının ve muhtemelen bazı uydularının astronomik açıdan ne kadar genç olduğunu anlamalarına yardımcı oldu. Ve bu bilgi onların nasıl oluştuklarına dair yeni soruların önünü açtı.
Daha fazla bilgi edinmek için araştırma ekibi, Birleşik Krallık’taki Gelişmiş Bilgi İşlem (DiRAC) süper bilgi işlem tesisini kullanan Dağıtılmış Araştırma’nın Durham Üniversitesi lokasyonuna başvurdu. Öncül uydular arasındaki farklı çarpışmaların nasıl görünebileceğini modellediler. Bu simülasyonlar, açık kaynaklı simülasyon kodu SWIFT kullanılarak önceki benzer çalışmalara göre 100 kat daha yüksek bir çözünürlükte gerçekleştirildi ve bilim adamlarına Satürn sisteminin geçmişine dair en iyi bilgileri sağladı.
Satürn’ün halkaları bugün gezegene yakın bir yerde, Roche sınırı olarak bilinen sınır dahilinde yaşıyor; bu, bir gezegenin çekim kuvvetinin, yaklaşan daha büyük kaya veya buz kütlelerini parçalayacak kadar güçlü olduğu en uzak yörünge. Daha uzaktaki yörüngede dönen materyaller bir araya gelerek uyduları oluşturabilir.
Uzay aracının bilinçli olarak gezegenin atmosferine çarpmadan önce Satürn ile halkaları arasına defalarca daldığı 2017 “büyük finali” sırasında NASA Cassini’nin sanatçı tarafından tasviri. Kredi bilgileri: NASA/JPL-Caltech
Buzun Rolü ve Çarpışma Dinamiği
Ekip, çarpmanın neredeyse 200 farklı versiyonunu simüle ederek, geniş bir yelpazedeki çarpışma senaryolarının doğru miktarda buzun, halkalara yerleşebileceği Satürn’ün Roche sınırına dağıtılabileceğini keşfetti.
Ve alternatif açıklamalar Satürn’ün halkalarında neden neredeyse hiç kaya bulunmadığını gösteremese de (bunlar neredeyse tamamen buz parçalarından oluşuyor), bu tür bir çarpışma bunu açıklayabilir.
Durham Üniversitesi Fizik Bölümü/Hesaplamalı Kozmoloji Enstitüsü Doçenti ve makalenin yazarlarından Vincent Eke, “Bu senaryo doğal olarak buz açısından zengin halkalara yol açıyor” dedi. “Buzlu öncü aylar birbirine çarptığında, çarpışan cisimlerin çekirdeklerindeki kaya, üstteki buzdan daha az geniş bir alana dağılır.”
Buz ve kayalık kalıntılar sistemdeki diğer uydulara da çarpmış ve potansiyel olarak bir dizi çarpışmaya neden olmuş olabilir. Böyle bir çoğalma etkisi, halkaların dışında, bugünkü uyduların oluşmuş olabileceği diğer öncül uyduları da bozmuş olabilir.
Satürn’ün etrafındaki yörüngede bulunan iki buzlu ay arasındaki çarpışmanın bilgisayar simülasyonundan alınan sabit görüntü. Çarpışma, gezegenin ikonik ve dikkat çekici derecede genç halkalarına dönüşebilecek kalıntıları dışarı atıyor. Simülasyonda, buz veya kaya malzemeleriyle renklendirilen 30 milyondan fazla parçacık kullanıldı ve açık kaynak SWIFT simülasyon kodu kullanılarak çalıştırıldı. Katkıda bulunanlar: NASA/Durham Üniversitesi/Glasgow Üniversitesi/Jacob Kegerreis/Luís Teodoro
Yerçekimi Etkileri ve Gelecekteki Araştırmalar
Peki bu olayları ilk etapta harekete geçiren şey ne olabilir? Satürn’ün eski uydularından ikisi, Güneş’in yerçekiminin “toplanmasının” genellikle küçük etkilerinin gezegen etrafındaki yörüngelerini istikrarsızlaştırması nedeniyle çarpışmaya itilmiş olabilir. Yörüngelerin doğru konfigürasyonunda, Güneş’ten gelen ekstra çekim, uyduların genellikle dairesel ve düz olan yörüngelerini yolları kesişene kadar uzatan ve eğen bir kartopu etkisine (bir “rezonans”) neden olabilir, bu da yüksek hızlı bir çarpışmaya neden olur.
Satürn’ün uydusu Rhea bugün, uydunun bu rezonansla karşılaşacağı yerin hemen ötesinde yörüngede bulunuyor. Dünya’nın Ayı gibi, Satürn’ün uyduları da zamanla gezegenden dışarıya doğru göç eder. Yani eğer Rhea antik olsaydı, yakın geçmişteki rezonansı aşmış olurdu. Ancak Rhea’nın yörüngesi oldukça dairesel ve düzdür. Bu, rezonansın istikrarsızlaştırıcı etkilerini yaşamadığını ve bunun yerine daha yakın zamanda oluştuğunu gösteriyor.
Yeni araştırma, Satürn’ün halkalarının yakın zamanda oluştuğuna dair kanıtlarla örtüşüyor ancak hâlâ cevap bekleyen büyük sorular var. Eğer Satürn’ün buzlu uydularından en azından bazıları da gençse, o zaman bu, Enceladus gibi dünyaların yüzeyinin altındaki okyanuslarda yaşam potansiyeli açısından ne anlama gelebilir? Gezegenin orijinal sisteminden çarpışma öncesinden günümüze kadar olan tüm hikayeyi çözebilir miyiz? Bu çalışmayı temel alan gelecekteki araştırmalar, bu büyüleyici gezegen ve onun yörüngesindeki buzlu dünyalar hakkında daha fazla bilgi edinmemize yardımcı olacak.
Referans: LFA Teodoro, JA Kegerreis, PR Estrada, M. Ćuk, VR Eke, JN Cuzzi, RJ Massey ve TD Sandnes, 27 Eylül 2023, “Satürn’ün Halkalarının ve Orta Boy Uyduların Son Etki Kökeni”, Astrofizik Dergisi.
DOI: 10.3847/1538-4357/acf4ed