Satürn’ün halkaları ve eğimi eski, kayıp bir ayın ürünü olabilir

Gezegenin ekvatorunun etrafında dönen Satürn’ün halkaları, gezegenin bir eğimde döndüğü ölü bir hediyedir. Kuşaklı dev, güneşin etrafında döndüğü düzleme göre 26,7 derecelik bir açıyla dönüyor. Gökbilimciler, Satürn’ün eğimi, Neptün’ün yörüngesiyle neredeyse aynı hızda bir topaç gibi ilerlediği için, bu eğimin komşu Neptün ile yerçekimi etkileşimlerinden kaynaklandığından uzun süredir şüpheleniyorlardı.

Ancak MIT ve başka yerlerdeki gökbilimciler tarafından yapılan yeni bir modelleme çalışması, iki gezegenin bir zamanlar senkronize olmuş olsa da, Satürn’ün o zamandan beri Neptün’ün çekiminden kurtulduğunu buldu. Bu gezegensel yeniden hizalanmadan ne sorumluydu? Takımın titizlikle test edilmiş bir hipotezi var: kayıp bir ay.

ortaya çıkan bir çalışmada Bilim, 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. Araştırmacılar, Chrysalis’in kardeşleriyle birlikte birkaç milyar yıl boyunca Satürn’ün yörüngesinde döndüğünü, gezegeni Neptün ile rezonans içinde eğikliğini veya “eğikliğini” koruyacak şekilde çekerek ve çekiştirdiğini öne sürüyorlar.

Ancak ekibin tahminlerine göre yaklaşık 160 milyon yıl önce Chrysalis dengesiz hale geldi ve uyduyu parçalara ayıran otlak bir karşılaşmada gezegenine çok yaklaştı. Ayın kaybı, Satürn’ü Neptün’ün elinden çıkarmaya ve onu günümüzün eğimiyle baş başa bırakmaya yetti.

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

Bu nedenle kayıp uydu, uzun süredir 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.

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

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. Ancak 2004’ten 2017’ye kadar Satürn’ün yörüngesinde dönen NASA’nın Cassini uzay aracı tarafından alınan gözlemler, soruna yeni bir bakış açısı getirdi. Bilim adamları, Satürn’ün en büyük uydusu olan Titan’ın, yılda yaklaşık 11 santimetre hızla, beklenenden daha hızlı bir şekilde Satürn’den uzaklaştığını keşfetti. 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.

Ancak bu açıklama büyük bir bilinmeyene dayanıyor: 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 yaptığı 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 eylemsizlik momentinin Satürn’ü Neptün ile rezonansın hemen dışında, yakınına yerleştirdiğini buldular. Gezegenler bir zamanlar senkronize olmuş olabilir ama artık değiller.

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

Ekip, mevcut uydular arasındaki herhangi bir doğal dengesizliğin gezegenin eğimini etkileyip etkilemediğini görmek için önce Satürn’ün 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 dinamiklere maruz kalması gerektiğiydi?

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

Satürn’ün şimdiki eğiminin Neptün ile rezonansın bir sonucu olduğu ve Satürn’ün üçüncü en büyük ayı olan Iapetus’un büyüklüğünde olan uydu Chrysalis’in 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, Satürn’ün hareketini ve günümüzdeki eğimini ve ayrıca halkalarının geç oluşumunu açıklıyor.

Wisdom, “Oldukça iyi bir hikaye, ancak diğer sonuçlar gibi, başkaları tarafından incelenmesi gerekecek” diyor. “Ancak bu kayıp uydu, istikrarsızlığını yakalamayı bekleyen bir krizalit gibi görünüyor.”