kozmos.hr
Svemir

Saturnovi prstenovi i nagib posljedica drevnog mjeseca?

Saturn.
objavljeno

Nova istraživanja sugeriraju da bi Saturnovi prstenovi, kao i nagib planeta, mogli biti posljedica drevnog prirodnog satelita koji je u međuvremenu ‘uništen’.

‘Gospodar prstenova’

Kružeći oko ekvatora planeta, Saturnovi prstenovi su najpoznatija karakteristika ovog plinovitog diva. Međutim njegovi prstenovi otkrivaju još jednu važnu stvar – naime, planet ima blagi nagib, tj. ekvator oko kojega se prsteni formiraju nije u potpuno ‘ravnom’ horizontalnom položaju (promatrajući, dakako, iz vanjske perspektive). Ovaj ‘gospodar prstenova rotira se pod kutom od 26.7 stupnjeva u odnosu na ravninu u kojoj kruži oko Sunca. Astronomi su dugo sumnjali da je ovaj nagib posljedica gravitacijskih djelovanja obližnjeg Neptuna (čiji je nagib i sam veoma sličan Saturnovom, tj. iznosi 28 stupnjeva).

Zašto Jupiter nema prstene poput Saturna?

Međutim nova studija modeliranja koju su proveli astronomi otkrila je da, iako su dva planeta možda nekada bila ‘sinkronizirana’, Saturn je od tada izbjegao Neptunovu privlačnost. Model je stoga otvorio niz novih pitanja, prije svega što je točno dovelo do toga do ovoga ‘planetarnog prestrojavanja’? Znanstvenici su ispitali niz hipoteza i predložili jednu koja za sada najbolje objašnjava problem – Saturn je nekada imao mjesec (prirodni satelit) koji danas nedostaje!

Izgubljeni pratitelj

Tim predlaže da je Saturn, koji danas ima 83 mjeseca, nekoć imao utočište barem još jednom, dodatnom satelitu koji su nazvali Chrysalis. Zajedno sa svojom braćom i sestrama, sugeriraju istraživači, Chrysalis je kružio oko Saturna nekoliko milijardi godina pritom ‘povlačeći’ planet tako da je držao njegov nagib u rezonanciji s Neptunom.

Međutim onda je, prije otprilike 160 milijuna godina prema procjenama tima, Chrysalis postao nestabilan i došao preblizu svom planetu te bio rastrgan gravitacijskim djelovanjem. Gubitak jednog važnog mjeseca bio bi potencijalno dovoljan da ‘oslobodi’ Saturn Neptunova ‘stiska’ i vremenom dovede do današnjeg nagiba.

Umjetnički prikaz pogleda na Saturn s površine obližnjeg mjeseca (©CC0 Public Domain).
Umjetnički prikaz pogleda na Saturn s površine obližnjeg mjeseca (©CC0 Public Domain).

Nadalje, pretpostavljaju istraživači, iako je većina Chrysalisina ‘smrskanog tijela’ možda udarila u Saturn, djelić njegovih fragmenata mogao je ostati lebdjeti u orbiti, na kraju se razbivši u male ledene komade koji su vremenom formirali prstenove koje danas poznajemo!

‘Izbuljeni’ pratitelj, tj. prirodni satelit, mogao bi stoga objasniti dvije dugogodišnje misterije – Saturnov današnji nagib te starost njegovih prstenova za koje se ranije procjenjivalo da su stari oko 100 milijuna godina (no sigurno mnogo mnogo mlađi od samoga planeta!).

Misterij nagiba planeta

Početkom 2000-ih znanstvenici su iznijeli ideju da je Saturnova nagnuta os rezultat toga što je planet zarobljen u rezonanciji ili gravitacijskoj povezanosti s Neptunom. No promatranja NASA-ine letjelice Cassini, koja je kružila oko Saturna od 2004. do 2017. godine, dala su novi ‘zaokret’ problemu. Naime, znanstvenici su otkrili da je Titan, Saturnov najveći satelit, migrirao od Saturna brže nego što se očekivalo, brzinom od oko 11 centimetara godišnje. Titanova brza migracija i njegova gravitacijska sila doveli su znanstvenike do zaključka da je Mjesec vjerojatno odgovoran za naginjanje i održavanje Saturna u rezonanciji s Neptunom.

Međutim ovo objašnjenje ovisi o jednoj velikoj nepoznanici – Saturnovom momentu inercije, što je način na koji je masa raspoređena u unutrašnjosti planeta. Saturnov nagib mogao bi se ponašati drugačije, ovisno o tome je li materija više koncentrirana u njegovoj jezgri ili prema površini.

Ključ – izgubljeni mjesec

U novoj studiji znanstvenici su nastojali utvrditi Saturnov moment inercije (ili moment tromosti) koristeći neka od posljednjih opažanja koje je obavila letjelica Cassini. Modelirali su unutrašnjost Saturna i identificirali raspodjelu mase. Iznenađujuće, otkrili su da ovaj novootkriveni moment inercije postavlja Saturn blizu, ali malo izvan rezonancije s Neptunom. Točnije, iako su planeti možda nekada bili ‘usklađeni’, danas više nisu!

Tim je zatim proveo simulacije kako bi analizirao orbitalnu dinamiku Saturna i njegovih mjeseca unatrag kroz vrijeme, tj. željeli su vidjeli jesu li neke prirodne nestabilnosti među postojećim satelitima mogle utjecati na nagib planeta – no odgovor je bio negativan!

Pregledavajući jednadžbe ustanovili su bi odgovor mogao ležati u činjenici da je utjecaj satelita u prošlosti bio drugačiji! Ova spoznaja potaknula je pitanje koliko bi ovaj ‘nepostojeći’ satelit morao biti masivan i kakvu bi dinamiku morao proći da Saturn izbaci iz Neptunove rezonancije? Nakon provedbe analiza i simulacija tim je došao do podataka o njegovoj masi, orbitalnom radijusu te orbitalnoj dinamici koja bi bila potrebna da se Saturn izbaci iz rezonancije.

Saturn.
Slika Saturna i njegovih prstenova (©NASA/JPL-Caltech/SSI).

Chrysalis

Konačno, došli su do zaključka da je sadašnji Saturnov nagib rezultat rezonancije s Neptunom i da je gubitak satelita Chrysalis, koji je bio otprilike veličine Japeta (trećeg po veličini Saturnovog mjeseca) omogućio da izbjegne rezonanciju.

Negdje između 200 i 100 milijuna godina, Chrysalis je ušao u kaotičnu orbitalnu zonu, doživio niz bliskih susreta s Japetom i Titanom, i na kraju se previše približio Saturnu, u susretu koji je raskomadao satelit na komadiće. Posljedica ovog ‘razaranja’ bila je i formiranje Saturnovih prstenova budući da su pojedini dijelovi satelita nastavili kružiti oko planeta.

Tim je stoga zaključio kako gubitak ovog hipotetskog mjeseca objašnjava obje velike Saturnove ‘misterije’ – Saturnovu precesiju i njegov današnji nagib, kao i kasno formiranje njegovih prstenova.

15 zanimljivosti o planetu Saturnu

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

t.me/kozmoshr

Izvori:

Jack Wisdom et al., „Loss of a satellite could explain Saturn’s obliquity and young rings,“ Science 377/6612 (2022).

Maryame El Moutamid, „How Saturn got its tilt and its rings,“ Science 377/6612 (2022).

Jennifer Chu (15. rujna 2022.), „Saturn’s rings and tilt could be the product of an ancient, missing moon,“ phys.org (pristup 16. rujna 2022).

Student povijesti koji u slobodno vrijeme voli čitati i pisati o svojim najdražim temama - povijesti, svemiru i astronomiji.