Chrysalis, de verloren maan die Saturnus zijn ringen gaf

That's one small step for a man, a giant leap for mankind, dat waren de woorden van Neill Armstrong toen hij zijn eerste stap op de maan zette. De ruimte en het universum interesseren ons allemaal, vind hier alles terug over ons zonnestelstel, de NASA, geplande ruimte missies en andere gebeurtenissen die ons allemaal aangaan.
Plaats reactie
Gebruikersavatar
univers
Observer
Berichten: 33354
Lid geworden op: 27 jan 2013, 11:10

Chrysalis, de verloren maan die Saturnus zijn ringen gaf

Bericht door univers » 16 sep 2022, 08:51

Afbeelding
Artistieke weergave van de maan Chrysalis die uiteenvalt in het intense zwaartekrachtveld van Saturnus. De brokken ijzige rots botsten uiteindelijk en versplinterden in kleinere stukken die werden verdeeld in de dunne ring die we vandaag zien. (Afbeelding tegoed B. Militzer en NASA)

Ringen lijken veel voor te komen rond planeten in het zonnestelsel, maar de dramatische ringen van Saturnus hebben astronomen lange tijd in verwarring gebracht, net als de steile helling van de ringen en de rotatie-as van de planeet ten opzichte van zijn baan rond de zon.

Wetenschappers laten nu zien dat de ringen en de helling nauw met elkaar verbonden zijn, en dat de sleutel een voormalige maan van Saturnus is die zo'n 160 miljoen jaar geleden uit elkaar werd gescheurd om de ringen te vormen. De onderzoekers noemden de verloren maan Chrysalis omdat deze in de ringen bloeide zoals een pop in een vlinder verandert.

Het nieuwe voorstel voor hoe Saturnus "Lord of the Rings" werd in ons zonnestelsel en hoe Saturnus zijn axiale kanteling kreeg, wordt deze week gepubliceerd in het tijdschrift Science . De hoofdauteur is Jack Wisdom , een professor in planetaire wetenschappen aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT), met belangrijke bijdragen van Burkhard Militzer aan de University of California, Berkeley.

Militzer, UC Berkeley hoogleraar aard- en planetaire wetenschap, maakte deel uit van een team dat in 2019 concludeerde dat de ringen van Saturnus relatief recent zijn , slechts 100 miljoen jaar geleden en misschien zelfs recenter gevormd. De planeet zelf is zo oud als het zonnestelsel, ongeveer 4,5 miljard jaar. De ringen kunnen puin zijn dat is overgebleven van de verwoesting door de getijden van een voormalige ijzige maan van Saturnus of de overblijfselen van een komeet die te dicht bij de planeet is afgedwaald.

De nieuwe theorie stelt voor dat de ringen van een voormalige maan zijn en een schatting geven van hoe massief die maan was - ongeveer zo groot als Iapetus, de op twee na grootste maan van Saturnus - en waarom de maan zo dicht bij de planeet kwam dat hij uit elkaar werd gescheurd . De onderzoekers concluderen dat ongeveer 99% van Chrysalis uiteindelijk werd opgeslokt door de gasreuzenplaneet, terwijl de rest de ringen vormde.

"De kanteling is te groot om het resultaat te zijn van bekende vormingsprocessen in een protoplanetaire schijf of van latere grote botsingen", zei Wisdom. “Er zijn verschillende verklaringen gegeven, maar geen enkele is volledig overtuigend. Het leuke is dat de voorheen onverklaarbare jonge leeftijd van de ringen natuurlijk wordt verklaard in ons scenario.”

De dans tussen Saturnus en Neptunus
Astronomen hebben al eerder vermoed dat de axiale helling van Saturnus het gevolg is van interacties van de zwaartekracht met zijn buitenste metgezel, Neptunus, omdat de helling van Saturnus, als een tol, met bijna dezelfde snelheid verloopt als de precessie van de baan van Neptunus. Zo'n interactie wordt een resonantie genoemd.

Afbeelding
Saturnus vandaag, zoals vastgelegd door het Cassini-ruimtevaartuig in 2010. De kenmerkende ringen van de planeet zijn slechts ongeveer 100 miljoen jaar oud. Onderzoekers stellen voor dat ze zijn gevormd toen de grootste maan van de planeet, Titan, 100-200 miljoen jaar geleden de baan van een kleinere maan destabiliseerde, waardoor deze de planeet graasde en uiteenviel, waarbij een klein deel van het puin de ijzige, rotsachtige ringen vormde die we zie vandaag. De theorie verklaart een ander Saturnus-mysterie - de grote helling van zijn rotatie-as ten opzichte van zijn baan. Krediet: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

In de nieuwe studie concluderen de onderzoekers dat Neptunus en Saturnus miljarden jaren lang in een resonerende dans waren die de kanteling van de draaias van Saturnus veroorzaakte. Maar de buitenwaartse beweging van Saturnusmaan Titan - de op een na grootste maan in het zonnestelsel - destabiliseerde het Saturnus-stelsel, waardoor het een maan verloor en uit resonantie viel. Het resultaat? Een heldere en mooie set ringen die de planeet vandaag sieren.

Zoals de meeste planeten, is Saturnus waarschijnlijk gevormd met zijn rotatie-as loodrecht op zijn baanvlak. Door de snelle rotatie van de planeet werd de vorm enigszins afgeplat, waardoor de zon en andere planeten een koppel konden uitoefenen dat de as kantelde. De 83 bekende manen van Saturnus - in het bijzonder Titan - zorgden voor andere hefbomen om aan te trekken. Gedurende de geschiedenis van het zonnestelsel hebben dergelijke sleepboten niet alleen de as van Saturnus gekanteld, maar veroorzaakten ze ook dat de as wiebelde, of precesde, als een top. De rotatie-as van de aarde precest ook.

Een verklaring voor de grote kanteling van de rotatie-as van Saturnus vandaag - momenteel 26,7 graden versus de 23,5 graden van de aarde - is dat de precessie is vergrendeld in een resonantie met de precessie van de baan van Neptunus, een planeet die half zo groot is en meer dan drie keer verder van de zon dan Saturnus. Deze resonantie zou een kleine helling van de rotatie-as van Saturnus in een grote helling hebben veranderd.

Enkele jaren geleden concludeerde een onderzoek dat de twee planeten nog steeds in resonantie zijn, maar Wisdom vond het moeilijk om dat resultaat te bevestigen, voornamelijk omdat het impulsmoment van Saturnus niet precies bekend was. Hoe hoger het impulsmoment - een product van de draaisnelheid van een planeet en het traagheidsmoment, dat wil zeggen de verdeling van de massa binnen de planeet - hoe beter een systeem bestand is tegen koppels van de zon of andere planeten.

"Jack kwam naar ons toe en zei: "Het enige dat ik niet zeker weet, is dit impulsmoment", zei Militzer. "Als het erg groot is, dan is het systeem in resonantie en kan Neptunus het werk doen: we begrijpen waarom de planeet verticaal ronddraaide, en Neptunus heeft het in de loop van de tijd gekanteld. Als het impulsmoment daarentegen klein is, valt het hele ding uit elkaar en moet je een andere theorie bedenken waarom Saturnus op zijn kant zou draaien.”

Cassini vliegt voorbij
Dankzij metingen van het zwaartekrachtveld van Saturnus gemaakt door de Cassini-missie in 2017 - dezelfde metingen waarmee Militzer en zijn collega's de massa van de ringen en hun leeftijd konden schatten - konden Militzer en co-auteurs een nauwkeurigere bepaling geven van de traagheidsmoment van de planeet en om het impulsmoment te berekenen. Verrassend genoeg bleek het net iets te klein te zijn voor de twee planeten om vandaag in resonantie te zijn. Maar berekeningen toonden aan dat Saturnus in resonantie zou zijn geweest als hij ooit een extra maan had gehad.

Afbeelding
Omdat de as van Saturnus gekanteld is, zien we de ringen vanuit verschillende perspectieven terwijl de planeet elke 29 jaar om de zon draait. De kanteling produceert ook seizoenen, zoals op aarde. Linksonder beleeft het noordelijk halfrond de herfst. Rechtsboven is het noordelijk halfrond in de winter. Krediet: NASA's Hubble-ruimtetelescoop

Dus hoe kwam Saturnus dan uit zijn miljarden jaren durende resonantie met Neptunus? In computersimulaties testten Wisdom en zijn collega's verschillende scenario's. Het meest waarschijnlijke, zo ontdekten ze, is dat Saturnusmaan Titan - die momenteel met zo'n 11 centimeter per jaar snel van de planeet naar buiten migreert - op een gegeven moment in resonantie kwam met de baan van een andere maan, Chrysalis, en zijn baan destabiliseerde. Chrysalis kwam uiteindelijk zo dicht bij Saturnus dat de zwaartekracht van de planeet hem uit elkaar scheurde, waarbij een deel ervan in een ring terechtkwam. Gezien de huidige migratiesnelheid van Titan, zou dat tussen 100 en 200 miljoen jaar geleden zijn gebeurd, bepaalden ze, in overeenstemming met de huidige schatting van de leeftijd van de ringen.

"Je verliest deze hele maan, en dan heb je een handvat minder om Saturnus rond te rukken," zei Militzer.

De uitgaande migratie van Titan werd pas onlangs ontdekt, zei Militzer.

"De snelle migratie van Titan geeft een nieuwe mogelijkheid om de kanteling van Saturnus te verklaren," zei hij. “De formule voor de precessiesnelheid van de spin-as hangt af van de aanwezigheid van de satellieten. Het systeem had dus aan de resonantie kunnen ontsnappen als Saturnus een extra satelliet had die verloren was gegaan, waardoor de precessiesnelheid voldoende was veranderd om aan de resonantie te ontsnappen, maar het systeem dicht bij de resonantie had gelaten.”

De onderzoekers hopen dat nauwkeurigere metingen van de bewegingen van Neptunus en van Saturnus en zijn manen hun hypothese zullen bevestigen.

"Het is een redelijk goed verhaal, maar net als elk ander resultaat zal het door anderen moeten worden onderzocht," zei Wisdom. "Maar het lijkt erop dat deze verloren satelliet slechts een pop was, wachtend op zijn instabiliteit."

Andere co-auteurs zijn afgestudeerde student Rola Dbouk van MIT, emeritus hoogleraar William Hubbard van de Universiteit van Arizona, professor Francis Nimmo en afgestudeerde student Brynna Downey van UC Santa Cruz, en Richard French van Wellesley College in Massachusetts.

Het werk werd gefinancierd door de National Aeronautics and Space Administration en de National Science Foundation.

https://news.berkeley.edu/2022/09/15/ch ... its-rings/
Een mens is net een open boek, je moet het enkel kunnen lezen.

Plaats reactie