Het verlies van de maan heeft mogelijk de ringen van Saturnus gecreëerd

Saturnus is niet alleen uniek in het zonnestelsel vanwege zijn vele verbazingwekkend jonge ringen, maar het is ook verbazingwekkend vanwege de grotere helling van zijn rotatieas in vergelijking met zijn baan rond de zon. Planetaire onderzoekers kunnen nu een verklaring vinden voor deze bijzondere eigenschappen. Met behulp van gegevens van NASA’s Cassini-ruimtevaartuig en simulaties concluderen ze dat de geringde planeet ooit nog een grote maan had. Ongeveer 160 miljoen jaar geleden verloor deze satelliet, Chrysalis genaamd, zijn baan en werd verscheurd door de immense zwaartekracht van Saturnus. Het puin dat op de planeet viel, veranderde van as en de resterende fragmenten zouden de gasringen van de planeet kunnen worden – wat de verrassend jonge leeftijd van de planeet verklaart.

De gasplaneet Saturnus is uniek in het zonnestelsel. Geen enkele andere planeet heeft zo’n enorm en complex ringsysteem. Ongeveer 400 jaar geleden merkte Galileo Galilei vreemde “armen” op aan beide kanten van de planeet, die hij op dat moment niet kon verklaren. Het is nu duidelijk dat Saturnus wordt omringd door meerdere gordels van massa’s ijs en stof, onderbroken door gaten en manen. In tegenstelling tot de planeet komen deze niet uit het begin van het zonnestelsel, maar zijn ze volgens recente gegevens slechts ongeveer 100 miljoen jaar oud. Dit roept de vraag op hoe de ringen van Saturnus worden gevormd. Nog een bijzonderheid: de ringen en de draaiingsas van Saturnus zijn 26,7 graden gekanteld ten opzichte van zijn baan rond de zon. “Deze neiging is te groot om voort te komen uit bekende vormingsprocessen in de protoplanetaire schijf of uit grote planetaire botsingen”, legt hoofdauteur Jack Wisedom van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) uit. “Hiervoor zijn verschillende verklaringen voorgesteld, maar geen enkele was volledig overtuigend.”

READ  Watch: When the astronauts on the International Space Station celebrate Christmas in space and Santa visits them

Is resonantie de oorzaak?

Een populaire theorie is dat de zwaartekrachtinteracties van Saturnus met Neptunus verantwoordelijk zijn voor zijn axiale kanteling. Omdat de voorkant van de as van Saturnus – een cirkelvormige trilling – in zijn periode ongeveer overeenkomt met de omlooptijd van Neptunus. De beweging van de as van Saturnus kan dus identiek zijn aan die van de baan van Neptunus. Deze resonantie kan op zijn beurt de rotatie-as van de planeet in de loop van de tijd naar zijn huidige positie kantelen – dus de eerdere veronderstelling. Of het juist is, hangt echter kritisch af van een parameter die lange tijd niet met voldoende precisie is bepaald: het impulsmoment van Saturnus. Dit is het gevolg van de rotatiesnelheid en traagheid van de planeet, die worden beïnvloed door de interne massaverdeling. Omdat impulsmoment ook van invloed is op hoe gemakkelijk een planeet door externe invloeden uit de lijn kan worden geduwd, kan het onthullen of de zwaartekrachtsinvloed van Neptunus sterk genoeg is om de spin-as van Saturnus te verschuiven en of de twee factoren resoneren.

“Als het impulsmoment te groot is, gaat het systeem resoneren en zou Neptunus kunnen verklaren waarom Saturnus zijwaarts draait”, legt co-auteur Burkhard Melitzer van de University of California, Berkeley uit. “Maar als het impulsmoment kleiner is, stort het hele scenario in en moet je op zoek naar een andere theorie die de axiale kanteling van Saturnus verklaart.” Om deze vraag te verduidelijken, hebben Hikma, Melitzer en hun team meetgegevens van NASA’s Cassini-ruimtevaartuig, dat het zwaartekrachtsveld van Saturnus heeft gemeten kort voor het einde van zijn missie in 2017. Met deze gegevens kon het team de massaverdeling en het impulsmoment van de planeet nauwkeuriger bepalen en gebruik simulatiemodellen om te verifiëren dat deze waarden voldoen aan de voorwaarden voor resonantie met Neptunus.

READ  Elektronische technologische mobiliteit: opslagproblemen doemt op

Heeft het verlies van de maan geleid tot de onderbreking van het rinkelen?

De analyses brachten iets verrassends aan het licht, want in tegenstelling tot wat eerder werd aangenomen, zijn de planeten helemaal niet in resonantie. “In alle modelaannames en voor alle rotatieperiodes bevindt het systeem zich dicht bij, maar net buiten het resonantiegebied”, zeggen Wisdom en collega’s. Volgens hun gegevens is de discrepantie ongeveer 1 procent, wat hen doet geloven dat, hoewel Saturnus en Neptunus oorspronkelijk in resonantie waren, ze onlangs zijn verbroken. Maar wat? “Vervolgens zochten we naar manieren waarop Saturnus deze resonantie zou kunnen verlaten”, zegt Wisdom. Om dit te doen, gebruikten ze hun modellen om de afgelopen 200 miljoen jaar evolutie van de geringde planeet en zijn buren te reconstrueren en onderzochten ze eerst of veranderingen in de banen van de manen van Saturnus en de resulterende verschuivende zwaartekrachtsinvloeden leidden tot de onderbreking van de resonantie. Het ontdekte dat, hoewel Saturnusmaan Titan in de loop van de tijd inderdaad naar buiten bewoog, dit alleen niet genoeg was om de resonantie van Saturnus en Neptunus te breken.

De tweede mogelijke verklaring blijft: “Het systeem zou aan resonantie kunnen ontsnappen als Saturnus één extra maan had, die vervolgens verloren ging”, legt Melitzer uit. Deze ontbrekende satelliet kan uit het systeem zijn geslingerd door zwaartekrachtverstoring, of hij kwam te dicht bij Saturnus en werd verscheurd door de getijdenkrachten van Saturnus. Volgens de berekeningen van de onderzoekers zou de baan van deze maan oorspronkelijk tussen de baan van Saturnus’ grootste maan Titan en de derde grootste maan Ipetus moeten zijn. De maan zelf, die de onderzoekers de ‘cocon’ noemden, moet de grootte en het gewicht van Iapetus hebben gehad. Met behulp van andere modelsimulaties bepaalden Wisdom en zijn team of de hypothetische maan van Chrysalis was uitgeworpen of vernietigd en hoe dat de kanteling en resonantie van Saturnus zou hebben beïnvloed.

READ  Nieuwe en verrassende vroege symptomen van de ziekte van Alzheimer ontdekt - FITBOOK

De vernietiging van de maan verklaart de jonge afleveringen

Simulaties onthulden dat Saturnus mogelijk al een maan heeft verloren. De langzame buitenwaartse drift van Titan kan dus voldoende zijn om de baan van de hypothetische maan Chrysalis 100 tot 200 miljoen jaar geleden te destabiliseren. In een deel van de simulatie resulteerde dit in de verdrijving van de maan uit het systeem, maar in een ander deel resulteerde dit in de vernietiging van de cocon bij Saturnus. “In beide gevallen zou daardoor de echo van Saturnus kunnen zijn uitgezonden”, aldus de onderzoekers. Als Chrysalis echter werd verscheurd door getijdenkrachten bij Saturnus, zou dit ook kunnen verklaren hoe de ringen van de gasplaneet zijn gevormd: wat maanafval bleef in banen rond Saturnus en vormden zijn ringen. “Het opmerkelijke is dat ons scenario de voorheen onverklaarbare jonge leeftijd van de ringen van Saturnus helpt verklaren”, zegt Wisdom. Voor Titan betekende dit dat zijn halfcirkelvormige baan enigszins vervormd was en zijn lichte stroomscheefheid veronderstelde.

Volgens wetenschappers zou het verlies van de eerder bestaande maan veel van de onderscheidende kenmerken van de geringde planeet kunnen verklaren: “Het verlies van de hypothetische satelliet Chrysalis zou de excentriciteit van Saturnus, de jonge leeftijd van zijn ringen en de excentriciteit van Titan kunnen verklaren .” Onderzoekers zeggen. Ze erkenden echter ook dat dit scenario nu verder moet worden getest.

Bron: Jack Wisdom (MIT, Cambridge) et al., Wetenschap, doi: 10.1126/science.abn1234

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *