Coś rozbiło księżyc Saturna na kawałki. "To raczej nie grawitacja"
Saturn mógł stracić cały księżyc w gigantycznym zderzeniu. Skutkiem są nie tylko pierścienie, ale też dziwne orbity jego księżyców.
Potężna planeta, jasne pierścienie, gromada księżyców. Coraz więcej wskazuje na to, że Saturn narodził się z czystego chaosu. Zaginiony księżyc o roboczej nazwie Chrysalis mógł dosłownie roztrzaskać się o Tytana, największego saturnowego satelitę, a skutki tego zderzenia widzimy do dziś – w pierścieniach, orbitach księżyców, a nawet w tym, jak bardzo przechylony jest sam Saturn.
Saturn, który nie powinien tak wyglądać
Gdy sonda Cassini–Huygens dotarła do Saturna w 2004 r., naukowcy zobaczyli planetarny system pełen zagadek.
Tytan, czyli największy księżyc Saturna, ma gęstą atmosferę bogatą w związki organiczne, jeziora ciekłych węglowodorów na powierzchni i zaskakująco mało kraterów. Hyperion przypomina kosmiczną gąbkę: porowaty, nieregularny, jakby ulepiony z odłamków. Lapetus porusza się po orbicie dziwnie nachylonej względem równika planety, jakby ktoś go kiedyś szturchnął. A na to wszystko nakładają się spektakularne, stosunkowo młode pierścienie, mające około 100 mln lat, czyli świeżynka w skali Układu Słonecznego.
Do tego dochodzi jeszcze sam Saturn. Oś jego obrotu jest nachylona o prawie 27 stopni. Od tego przechylenia zależą pory roku na Saturnie i to, pod jakim kątem widzimy pierścienie z Ziemi. Od lat naukowcy próbowali połączyć te elementy w jedną spójną całość. Nowa hipoteza sugeruje, że kluczowe tu mogło być zderzenie księżyców, a nie tylko czysta grawitacja i powolna ewolucja orbit.
Co mówi wnętrze Saturna?
Sonda Cassini pozwoliła zmierzyć, jak masa jest rozmieszczona we wnętrzu planety. To z kolei mówi nam coś o tym, jak Saturn się zachowuje, gdy na jego oś działają grawitacyjne szarpnięcia innych planet.
Wcześniej zakładano, że tempo tego procesu u Saturna jest zsynchronizowane z ruchem Neptuna po orbicie. Takie zjawisko nazywa się rezonansem grawitacyjnym. To sytuacja, gdy dwie orbity wpadają w rytm, a ich wzajemne oddziaływanie może z czasem mocno zmieniać nachylenia osi i kształty orbit.
Nowe analizy danych Cassiniego pokazały jednak, że wewnątrz Saturna jest trochę więcej masy bliżej środka, niż sądzono. To subtelna różnica, ale wystarczyła, by wytrącić Saturna z tego rezonansu z Neptunem. Wniosek jest więc taki, że coś musiało w przeszłości mocno naruszyć delikatną równowagę sił działających na planetę.
Zaginiony księżyc Chrysalis – pierwszy podejrzany
Aby wyjaśnić tę łamigłówkę, wcześniej zaproponowano istnienie dodatkowego lodowego księżyca Saturna, nazwanego roboczo Chrysalis.
Scenariusz wyglądał tak, że Chrysalis krąży wokół Saturna po stosunkowo stabilnej orbicie. W wyniku bliskiego spotkania z Tytanem jego orbita zostaje zachwiana. Z czasem Chrysalis zbliża się za bardzo do planety i jest rozrywany przez siły pływowe. To te same siły, które na Ziemi powodują przypływy i odpływy, tylko tutaj działają dużo brutalniej. Większość szczątków spada na Saturna, ale część pozostaje na orbicie i z czasem układa się w pierścienie, które widzimy dziś.
Jednocześnie Tytan, popychany przez interakcję z Chrysalis, miałby stopniowo oddalać się od Saturna, wyciągając planetę z rezonansu z Neptunem. Brzmiało to jak spójna opowieść, dopóki zespół Matiji Ćuka z Instytutu SETI nie włączył komputerowych symulacji.
Te pokazały, że w przeważającej liczbie wariantów Chrysalis nie kończy w objęciach Saturna, tylko zderza się z Tytanem. Zamiast więc jednego zaginionego księżyca rozdarcia na pierścienie, pojawił się inny, być może jeszcze bardziej dramatyczny scenariusz.
Tytan po przejściach. Z lodowej bryły w świat z atmosferą
Co, jeśli Tytan, którego znamy dzisiaj, nie jest oryginalnym Tytanem, ale produktem kosmicznej kolizji?
Według nowej hipotezy:
- dawno temu Tytan mógł przypominać bardziej pokryte kraterami, lodowe światy typu Callisto (księżyc Jowisza),
- zderzenie z Chrysalis zmiotło znaczną część jego starej powierzchni, resetując geologiczną historię,
- podczas takiej kolizji wnętrze Tytana zostało gwałtownie podgrzane i wymieszane,
- uwięzione w lodzie gazy – w tym te, które dziś tworzą atmosferę bogatą w związki organiczne – mogły zostać uwolnione.
To tłumaczyłoby, dlaczego Tytan ma relatywnie młodą, słabo pokrytą kraterami powierzchnię i gęstą atmosferę, której pochodzenie od lat spędza naukowcom sen z powiek. Zderzenie tak dużych ciał ma jeszcze jeden efekt: orbita Tytana przestaje być spokojnym okręgiem. Księżyc zostaje kopnięty na bardziej wydłużoną ścieżkę, a z czasem poprzez działanie pływów grawitacyjnych ta orbita powoli znowu się wyrównuje.
To właśnie te gwałtowne zmiany mogły rozregulować cały system: od ruchu innych księżyców po oś obrotu samego Saturna.
Jak to sprawdzi misja Dragonfly?
Na razie to tylko spójna, ale wciąż hipotetyczna historia. Bez bezpośrednich dowodów pozostaje w sferze teorii. Szansa na weryfikację może jednak przylecieć na kilku wirujących śmigłach.
W drugiej połowie lat 20. Dragonfly ma wyruszyć w stronę Tytana. To niezwykły lądownik, który zamiast toczyć się po powierzchni, będzie nad nią latał niczym wielki, wielowirnikowy helikopter. Gęsta atmosfera Tytana sprzyja takim konstrukcjom, a naukowcom daje unikalną szansę badania wielu różnych miejsc w trakcie jednej misji.
Jeżeli Tytan rzeczywiście przeszedł w stosunkowo niedalekiej przeszłości totalny geologiczny reset, powinny zostać po tym konkretne ślady. Naukowcy będą szukać m.in. oznak młodej powierzchni, śladów głębokiego przemieszania lodu i skał oraz sygnałów, że jego atmosfera mogła wybuchowo uwolnić się z wnętrza podczas katastrofy.
Przeczytaj także:
Dragonfly nie rozwiąże od razu całej zagadki pierścieni Saturna, ale może dostarczyć brakujących puzzli: wieku i charakteru skorupy Tytana, składu jego powierzchni oraz historii jego atmosfery. Każda z tych informacji może wzmocnić albo podważyć pomysł wielkiego księżycowego zderzenia.
