2016.04.01. - A Szaturnusz néhány holdja a dinóknál is fiatalabb lehet

Egy új számítógépes szimuláció szerint az óriásbolygó néhány nagy holdja, sőt maga a fenséges gyűrűrendszer is legfeljebb százmillió éves lehet, azaz fiatalabb, mint a krétaidőszak végén kipusztult dinoszauruszok többsége.

A kutatás vezetője, Matija Ćuk (SETI Institute) szerint a Szaturnusz-holdak pályáinak folyamatos változása tette lehetővé azokat a szimulációkat, melyek eredményeként kiderült, hogy a Szaturnusz belső jeges holdjainak históriája csillagászati értelemben rendkívül rövid, azok a gyűrűrendszerrel együtt valószínűleg az óriásbolygó létezésének legutolsó két százaléknyi időszakában jöttek létre.

Bár a Szaturnusz gyűrűrendszerét már az 1600-as évek óta ismerjük, a gyűrűk kora még ma is kérdéses. Kézenfekvő feltételezés lenne, hogy ősi, a négymilliárd éves bolygóval egyidős képződményről van szó. 2012-ben azonban francia kutatók megállapították, hogy a belső holdak az árapályerők - a holdak és a bolygó belseje közti gravitációs kölcsönhatás - következtében eléggé gyors ütemben növekvő sugarú pályákon kifelé spiráloznak. A jelenlegi pozícióikat figyelembe véve ez viszont azt jelenti, hogy a belső holdak és feltehetően a gyűrűrendszer is viszonylag új képződmények.

Ćuk és kollégái, Luke Dones és David Nesvorný (Southwest Research Institute) numerikus integrálással próbálták felderíteni a Szaturnusz belső, jeges holdjainak múltbeli dinamikai viselkedését. Míg a Föld körüli térséget egyedül a Hold uralja, a Szaturnusz körüli téren sok holdnak kell osztoznia. Az árapályerők hatására mindegyik pályamérete lassan nő, az ütem azonban eltérő. Ez azt eredményezi, hogy időnként ún. rezonancia-párok alakulnak ki a holdak között. Ez azt jelenti, hogy ekkor a pár két tagja éppen olyan pályákon kering a Szaturnusz körül, hogy a keringési periódusaik aránya kis egész számok hányadosaként írható fel, például 1:2, 2:3, stb. Ebben a konfigurációban még az egyébként gyenge gravitációs terű kisebb holdak is jelentékeny hatást tudnak kifejteni egymás pályáira, aminek következtében azok elnyúltabbak lesznek, síkjuk pedig elhajlik a rezonancia előtti pályasíktól.

Az új eredmény szerint a Szaturnusz jeges belső holdjai, például a Tethys, a Dione és a Rhea 100 millió évnél fiatalabbak lehetnek, míg a külső holdak, például a bolygó legnagyobb kísérője, a Titan a Szaturnusszal egyidősek.
[NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute / Kevin M. Gill]

A jelenlegi és a számítógépes szimulációk által előrejelzett pályahajlásokat összehasonlítva a kutatók meg tudták határozni, hogy a holdak pályaméretei milyen ütemben nőttek a múltban. Kiderült, hogy a legfontosabb holdak némelyike (Tethys, Dione és Rhea) esetében a pályaváltozások kevésbé drámaiak, mint azt eddig gondolták. A viszonylag kis pályahajlások azt jelzik, hogy ezek a holdak nem haladtak keresztül sok rezonancián, azaz nagyjából ott keletkezhettek, ahol most is keringenek. De mikor történt ez a keletkezés? Ćuk és munkatársai a Cassini űrszonda adatait használták a kérdés megválaszolására. Ha feltesszük, hogy a Cassini által az Enceladus holdon megfigyelt gejzírek működéséhez szükséges energia közvetlenül az árapály-kölcsönhatás következménye, és az Enceladus geotermikus aktivitása nagyjából állandó, akkor az árapályerőknek nagyon intenzívnek kell lenniük. A szimulációk szerint ilyen intenzitású árapályerők hatására a vizsgált holdaknak már 100 millió év alatt jelentékeny pályaváltozásokat kellett volna elszenvedniük, amit a rezonancia-analízis nem igazol. A sokkal távolabb keringő Titan és Iapetus nem, de a belső holdak nem lehetnek idősebbek 100 millió évnél, azaz valamikor a krétaidőszak közepén keletkezhettek.

Továbbra is kérdés azonban, hogy mi okozhatta ezt a kései kialakulást. Ćuk és kollégáinak feltelezése szerint a Szaturnusznak korábban is hasonló holdgyűjteménye volt, mint ma, ezek pályáit azonban egy speciális, a Szaturnusz Nap körüli keringésével kapcsolatos rezonancia is zavarta, aminek következtében a szomszédos holdak pályái keresztezhették egymást, így a holdak összeütközhettek. Az új holdak és a gyűrűk pedig ezen ütközések törmelékéből keletkeztek.

Ha tehát az eredmény igaz, a Szaturnusz fényes gyűrűi a dinoszauruszok virágkora után jöhettek létre, mi pedig szerencsések vagyunk, hogy ma láthatjuk azokat.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal c. folyóiratban fog megjelenni.

Forrás:

• ScienceDaily 2016.03.28.