Księżyce Saturna mogą być młodsze od dinozaurów!

saturnmoons

Najnowsze badania wskazują, że niektóre lodowe księżyce Saturna jak i jego słynne pierścienie mogą być bardzo świeżym dodatkiem do jego otoczenia. Ich gwałtowne powstanie mogło mieć miejsce zaledwie sto milionów lat temu, później niż na Ziemi pojawiły się dinozaury.

„Księżyce zawsze zmieniają swoje orbity. To nieuniknione,” mówi Matija Cuk, główny naukowiec z SETI Institute. „Właśnie ten fakt pozwolił nam wykorzystać symulacje komputerowe do odtworzenia historii wewnętrznych księżyców Saturna. Okazało się, że powstały najprawdopodobniej w ostatnich 2% historii planety.”

„Choć pierścienie Saturna znane są od XVII wieku, wciąż nie możemy ustalić ich wieku. Pierwsze przypuszczenia zakładały, że pochodzą one z pierwotnej materii – że ich wiek jest równy wiekowi samej planety, czyli wynosi ok. 4 miliardów lat. Jednak w 2012 astronomowie francuscy odkryli, że oddziaływania pływowe – grawitacyjne oddziaływanie księżyców wewnętrznych z płynami głęboko we wnętrzu Saturna – sprawiają, że księżyce stosunkowo szybko zwiększają promień swojej orbity. To wskazuje natomiast na to – zważając na ich obecne położenie – że księżyce jak i pierścienie są stosunkowo młodym nabytkiem Saturna.”

Cuk, Luke Dones i David Nesvorny z Southwest Research Institute wykorzystali modele komputerowe do odtworzenia przeszłości dynamicznej wewnętrznych księżyców lodowych Saturna. Podczas gdy nasz Księżyc ma całą orbitę dla siebie, to wiele księżyców Saturna musi współdzielić swoje orbity. Wszystkie ich orbity stopniowo się powiększają pod wpływem oddziaływań pływowych, ale w różnym tempie. To sprawia, że pary księżyców od czasu do czasu wchodzą w tzw. rezonanse orbitalne (tzn. okres orbitalny jednego księżyca stanowi równą część (1/2 czy 1/3) okresu orbity innego. W takich szczególnych konfiguracjach nawet niewielkie księżyce o słabej grawitacji mogą silnie wpływać na orbity innych, wydłużając je lub zmieniając ich nachylenie.

Tetyda ze swoim olbrzymim kanionem Ithaca Chasma. Uważamy, że Ithaca Chasma powstała wskutek silnych oddziaływań pływowych miliony lat temu, kiedy Tetyda znalazła się w rezonansie orbitalnym z sąsiednim księżycem Dione. Źródło: NASA
Tetyda ze swoim olbrzymim kanionem Ithaca Chasma. Uważamy, że Ithaca Chasma powstała wskutek silnych oddziaływań pływowych miliony lat temu, kiedy Tetyda znalazła się w rezonansie orbitalnym z sąsiednim księżycem Dione. Źródło: NASA

Porównując obecne nachylenia orbit i te przewidywane przez symulacje komputerowe, naukowcy dowiedzieli się sporo o tym o ile urosły orbity księżyców Saturna. Okazuje się, że w przypadku niektórych najważniejszych satelitów Saturna – Tetydy, Dione czy Rei, ich orbity zostały mniej zmienione niż wcześniej uważano. Stosunkowo niewielkie nachylenie ich orbit wskazuje, że nie doświadczyły one zbyt wielu rezonansów orbitalnych.  To oznacza, że najprawdopodobniej powstały niezbyt daleko od miejsc, w których się teraz znajdują.

Ale właśnie – kiedy one powstały? Cuk wraz ze swoim zespołem wykorzystał dane zebrane przez sondę Cassini,  aby odpowiedzieć na to pytanie. Sonda Cassini obserwowała lodowe gejzery na powierzchni Enceladusa. Zakładając, że energia niezbędna do „napędzania” tych gejzerów pochodzi bezpośrednio z oddziaływań pływowych i że poziom aktywności geotermalnej na Enceladusie jest mniej więcej stały, oznacza to, że pływy wewnątrz Saturna są stosunkowo silne. Według analiz przeprowadzonych przez zespół, byłyby one zdolne przesunąć księżyce na niewielką odległość wskazaną w symulacjach w czasie zaledwie 100 milionów lat. A to z kolei oznacza, że powstanie głównych księżyców Saturna, za wyjątkiem bardziej odległych Tytana i Japeta, można datować na erę dinozaurów.

„Powstaje zatem pytanie – co spowodowało tak późne powstanie wewnętrznych księżyców Saturna?” mówi Cuk. „Podejrzewamy, że Saturn miał podobny zbiór księżyców już wcześniej, ale ich orbity zostały zaburzone przez jakieś szczególne rezonanse orbitalne związane z ruchem Saturna wokół Słońca. W pewnym momencie orbity księżyców zaczęły się przecinać i dochodziło do zderzeń poszczególnych księżyców. Z gruzu pozostałego po zderzeniach mogły się uformować pierścienie i obecny zestaw księżyców.”

Jeżeli powyższe wyniki są prawidłowe, to jasne pierścienie Saturna mogły powstać później niż na Ziemi pojawiły się dinozaury i naprawdę mamy szczęście, że możemy je dzisiaj obserwować.

Wyniki badań opublikowano w najnowszym wydaniu Astrophysical Journal.

Więcej informacji:

Źródło: ApJ/SETI Institute/phys.org