De hypothese zou sommige dingen over de planeet kunnen verklaren waarvan men dacht dat ze niets met elkaar te maken hadden
De iconische ringen van Saturnus zijn een mysterie. Zo is zijn gekantelde baan. Een enkele ontbrekende maan zou beide kunnen verklaren.
Een enkele, gedoemde maan zou een paar mysteries over Saturnus kunnen ophelderen.
Deze hypothetische ontbrekende maan, Chrysalis genaamd, had kunnen helpen om Saturnus te kantelensuggereren onderzoekers 15 september in Wetenschap. De resulterende orbitale chaos zou toen kunnen hebben geleid tot de ondergang van de maan, waardoor deze werd verscheurd om de iconische ringen te vormen die de planeet vandaag omcirkelen.
“We vinden het leuk omdat het een scenario is dat twee of drie verschillende dingen verklaart waarvan eerder werd gedacht dat ze geen verband hielden”, zegt co-auteur Jack Wisdom, een planetaire wetenschapper aan het MIT. “De ringen zijn gerelateerd aan de kanteling, wie had dat ooit geraden?”
De ringen van Saturnus lijken verrassend jong, slechts 150 miljoen jaar of zo oud (SN: 14/12/17). Als de dinosauriërs telescopen hadden, hadden ze misschien een ringloze Saturnus gezien. Een ander mysterieus kenmerk van de gasreus is zijn bijna 27 graden kanteling ten opzichte van zijn baan rond de zon. Die helling is te groot om gevormd te zijn toen Saturnus dat deed of om het resultaat te zijn van botsingen die de planeet omver hebben geworpen.
Hoe een ontbrekende satelliet de helling van Saturnus en zijn ringen vormde
Toen Saturnus werd gevormd, was zijn draaias waarschijnlijk bijna recht op en neer (1). Maar toen de maan Titan zich van Saturnus verwijderde, hadden interacties tussen Titan, een andere maan genaamd Chrysalis en de planeet Neptunus Saturnus 36 graden kunnen kantelen (2). Chaos volgde, wat leidde tot de vernietiging van Chrysalis. De versnipperde maan vormde de ringen van Saturnus, en het verlies ervan zorgde ervoor dat de hellingshoek van Saturnus enigszins versoepelde tot de huidige waarde van ongeveer 27 graden (3).
Een gedoemde maan
Planetaire wetenschappers vermoeden al lang dat de kanteling gerelateerd is aan Neptunus, vanwege een toeval in timing tussen de manier waarop de twee planeten bewegen. De as van Saturnus wiebelt, of loopt, als een tol. De hele baan van Neptunus rond de zon wiebelt ook, als een worstelende hoelahoep.
De perioden van beide precessies zijn bijna hetzelfde, een fenomeen dat bekend staat als resonantie. Wetenschappers theoretiseerden dat de zwaartekracht van de manen van Saturnus – vooral de grootste maan, Titan – de planetaire precessies hielp uitlijnen. Maar sommige kenmerken van de interne structuur van Saturnus waren niet goed genoeg bekend om te bewijzen dat de twee tijdstippen met elkaar verband hielden.
Wisdom en collega’s gebruikten precisiemetingen van het zwaartekrachtveld van Saturnus van het Cassini-ruimtevaartuig, dat in 2017 in Saturnus stortte na 13 jaar in een baan om de gasreus, om de details van zijn interne structuur te achterhalen (SN: 15-09-17). In het bijzonder heeft het team het traagheidsmoment van Saturnus uitgewerkt, een maat voor hoeveel kracht er nodig is om de planeet om te kantelen. Het team ontdekte dat het traagheidsmoment dichtbij, maar niet precies, wat het zou zijn als de spin van Saturnus in perfecte resonantie zou zijn met de baan van Neptunus.
“We beweren dat het zo dichtbij is dat het niet toevallig kan zijn gebeurd”, zegt Wisdom. “Dat is waar deze satelliet Chrysalis binnenkwam.”
Na een hele reeks andere verklaringen te hebben overwogen, realiseerden Wisdom en collega’s zich dat een andere kleine maan Titan zou hebben geholpen om Saturnus en Neptunus in resonantie te brengen door zijn eigen zwaartekrachtsleepboten toe te voegen. Titan dreef weg van Saturnus totdat zijn baan synchroon liep met die van Chrysalis. De versterkte zwaartekrachtstoten van de grotere maan stuurden de gedoemde kleinere maan op een chaotische dans. Uiteindelijk dook Chrysalis zo dicht bij Saturnus dat hij de wolkentoppen van de reuzenplaneet schampte. Saturnus scheurde de maan uit elkaar en vermaalde langzaam de stukken in de ringen.
Uit berekeningen en computersimulaties bleek dat het scenario werkt, maar niet altijd. Van de 390 gesimuleerde scenario’s eindigden er slechts 17 met het uiteenvallen van Chrysalis om de ringen te maken. Aan de andere kant zijn massieve, opvallende ringen zoals die van Saturnus ook zeldzaam.
De naam Chrysalis kwam van dat spectaculaire einde: “Een pop is een cocon van een vlinder”, zegt Wisdom. “De satelliet Chrysalis was vermoedelijk 4,5 miljard jaar inactief. Toen kwamen plotseling de ringen van Saturnus eruit.”
Het verhaal hangt samen, zegt planetair wetenschapper Larry Esposito van de University of Colorado Boulder, die niet betrokken was bij het nieuwe werk. Maar helemaal overtuigd is hij niet. “Ik denk dat het allemaal aannemelijk is, maar misschien niet zo waarschijnlijk”, zegt hij. “Als Sherlock Holmes een zaak oplost, kan zelfs de onwaarschijnlijke verklaring de juiste zijn. Maar ik denk dat we er nog niet zijn.”
