Oude Kosmische Botsing Kan Saturnusringen en Titan Hebben Gevormd

Verenigde Staten - Ekhbary Nieuwsagentschap

Oude Kosmische Botsing Kan Saturnusringen en Titan Hebben Gevormd

Saturnus, het ringjuweel van ons zonnestelsel, blijft wetenschappers fascineren met zijn raadselachtige kenmerken. Hoewel elke planeet unieke mysteries presenteert, maken Saturnus' spectaculaire ringsysteem en zijn 274 bevestigde manen het tot een primair doelwit voor planetaire verkenning. Een aanhoudende vraag is de oorsprong van deze ringen en hun verband met de talrijke satellieten van de planeet. Heersende theorieën suggereren dat de ringen de overblijfselen zouden kunnen zijn van een oude maanbotsing of materiaal dat is uitgestoten door manen die te dicht bij Saturnus kwamen en door zijn immense zwaartekracht werden verscheurd.

Een nieuw, belangrijk perspectief op deze voortdurende zoektocht wordt geboden door een recente studie die binnenkort in The Planetary Science Journal zal worden gepubliceerd. Met de titel "Origin of Hyperion and Saturn's Rings in A Two-Stage Saturnian System Instability" (Oorsprong van Hyperion en Saturnusringen in een Tweeledige Instabiliteit van het Saturnussysteem), presenteert het artikel, onder leiding van Matija Ćuk van het SETI Institute, een nieuwe, overtuigende hypothese. Het onderzoek is momenteel toegankelijk op arxiv.org.

De auteurs verklaren: "De leeftijd van de ringen en enkele van Saturnus' manen is een open vraag, en meerdere bewijslijnen wijzen op een recente (enkele honderden miljoenen jaren geleden) cataclysme die de ontwrichting van vroegere manen inhield." Hun onderzoek postuleert dat Titan, de grootste maan van Saturnus en de op één na grootste in het zonnestelsel, een centrale drijfveer is in de evolutie van het Saturnussysteem. De voortdurende getijdenmigratie van Titan, weg van Saturnus, oefent een krachtige invloed uit op het hele systeem. "De obliquiteit van Saturnus en de baan van de kleine maan Hyperion dienen beide als een verslag van de vroegere orbitale evolutie van Titan", merken de onderzoekers op.

De axiale kanteling van Saturnus, van ongeveer 26,7 graden, is bijzonder ongebruikelijk. Van gasreuzen wordt doorgaans verwacht dat ze met veel kleinere kantelingen ontstaan, wat suggereert dat een belangrijke gebeurtenis in het verleden verantwoordelijk was voor het opleggen van deze obliquiteit. Het nieuwe onderzoek suggereert dat deze kanteling inderdaad verband kan houden met de externe migratie van Titan. "Saturnus' obliquiteit werd waarschijnlijk gegenereerd door een seculiere spin-orbit resonantie met de planeten, terwijl Hyperion gevangen raakte in een gemiddelde bewegingsresonantie met Titan, beide fenomenen worden aangedreven door de orbitale expansie van Titan", leggen de auteurs uit.

Eerdere hypothesen hadden het bestaan van een extra maan in de vroege geschiedenis van Saturnus gepostuleerd. In dit scenario zou deze hypothetische maan een nauwe ontmoeting hebben gehad met de massieve Titan, uit zijn baan zou zijn gestoten en vervolgens zou zijn uiteengevallen om de ringen van Saturnus te vormen. Om deze mogelijkheid te onderzoeken, gebruikten de onderzoekers geavanceerde simulaties. Hun doel was om te testen of een extra maan Saturnus inderdaad dicht genoeg kon naderen om zijn ringen te vormen. Het team gelooft dat hun bevindingen verschillende langdurige raadsels van het Saturnussysteem kunnen oplossen, waaronder de verrassend jonge leeftijd van Saturnusringen, de vreemde kanteling van de maan Iapetus (ongeveer 15 graden gekanteld ten opzichte van het equatoriale vlak van Saturnus) en de ongebruikelijke migratiesnelheid van Titan en het gebrek aan inslagkraters op zijn oppervlak.

Hier komt de maan Hyperion in beeld. Hyperion zelf is een anomalie; het is een van de grootste bekende hemellichamen die geen sferische vorm hebben bereikt, met een onregelmatige, vaak als walnootvormig beschreven vorm. Iapetus is ook opmerkelijk vanwege zijn ongebruikelijke equatoriale richel en zijn scherp contrasterende heldere en donkere halfronden, maar ook zijn vorm is als walnootvormig beschreven.

"Hyperion, de kleinste van Saturnus' grote manen, gaf ons de belangrijkste aanwijzing over de geschiedenis van het systeem", verklaarde hoofdauteur Ćuk in een persbericht. "In simulaties waarbij de extra maan instabiel werd, ging Hyperion vaak verloren en overleefde het alleen in zeldzame gevallen. We realiseerden ons dat de Titan-Hyperion lock relatief jong is, slechts een paar honderd miljoen jaar oud. Dit dateert uit ongeveer dezelfde periode waarin de extra maan verdween. Misschien heeft Hyperion deze omwenteling niet overleefd, maar is eruit voortgekomen. Als de extra maan met Titan zou zijn gefuseerd, zou het waarschijnlijk fragmenten in de buurt van de baan van Titan hebben geproduceerd. Dat is precies waar Hyperion zou zijn gevormd.”

Volgens de simuleresultaten vormde Hyperion zich ook toen de spin-orbit resonantie van Saturnus met andere planeten werd verstoord. De onderzoekers theoretiseren dat deze extra maan, "proto-Hyperion" genoemd, een middelgrote externe satelliet was. De verstoring van Saturnus' spin-orbit resonantie destabiliseerde proto-Hyperion, wat leidde tot de botsing ervan met proto-Titan, ongeveer 400 miljoen jaar geleden.

Een deel van het puin van deze titanische botsing hoopte zich op Hyperion op, wat mogelijk zijn onregelmatige vorm verklaart. Bovendien zouden de zwaartekrachtverstoringen van proto-Hyperion voorafgaand aan de botsing de orbitale kanteling van Iapetus kunnen verklaren en de orbitale excentriciteit van Titan hebben verhoogd. Dit leidde tot een cascade van gebeurtenissen: de resonantie-interacties van Titan met de binnenste manen zoals "Proto-Dione" en "Proto-Rhea" leidden tot destabilisatie, verdere botsingen en de uiteindelijke heraccumulatie van Saturnus' binnenste manen en zijn spectaculaire ringen. Het grootste deel van het puin aggregeerde tot manen, terwijl een kleiner deel de ringen vormde.

De voorgestelde fusie van proto-Titan en proto-Hyperion biedt ook een verklaring voor het gebrek aan significante inslagkraters op Titan. Ondanks Titan's oude oorsprong, is het oppervlak volgens deze theorie effectief te jong om een groot aantal kraters te hebben verzameld.

Beelden van Saturnus' systeem brengen onvermijdelijk een gevoel van dynamische evolutie over. Het nieuwe model van de onderzoekers presenteert een samenhangende tijdlijn die veel van de meest raadselachtige kenmerken van het systeem elegant verklaart. Hoewel de beschreven gebeurtenissen honderden miljoenen jaren geleden plaatsvonden en directe bevestiging moeilijk blijft, biedt dit onderzoek een krachtig nieuw raamwerk voor het begrijpen van de geschiedenis van een van de meest fascinerende werelden van het zonnestelsel.

Ekhbary Nieuwsagentschap