Największy księżyc Saturna, spowity smogiem Tytan, może być wynikiem dramatycznego połączenia dwóch innych księżyców, które zapoczątkowało kawalkadę skutków – w tym powstawanie pięknych pierścieni Saturna.
Kiedy Cassini-Huygens misja przybyła do układu Saturna w 2004 roku, została powitana przez menażerię tajemnicze księżyce z dziwnymi właściwościami. tytandrugi co do wielkości księżyc w układ słonecznyjest także jedynym księżycem w naszym kosmicznym sąsiedztwie, który posiada atmosferę przesyconą cząsteczkami organicznymi. Następnie jest Hyperion, poobijane i posiniaczone ciało, które wygląda jak przewracający się gigantyczny pumeks Saturn. Tymczasem świat yin-yang Japetusa, z jego dwukolorowymi półkulami, jak się uważa, powstał w wyniku przejścia przez pierścień E Saturna – który jest utworzony przez materię wyrzuconą z Enceladusgejzery — ma najbardziej nachyloną orbitę ze wszystkich głównych księżyców Saturna, nachyloną pod kątem 15,5 stopnia do płaszczyzny równikowej Saturna.
Teraz astronomowie pod kierownictwem Matiji Ćuka z Instytutu SETI zaczęli podejrzewać, że powstanie Tytana, którego znamy dzisiaj, w wyniku zderzenia i połączenia dwóch księżyców, mogło zapoczątkować serię wydarzeń, które doprowadziły do wszystkich innych osobliwości Saturna, które widzimy dzisiaj.
Wskazówka do tego wszystkiego pochodzi z pomiarów Cassini dotyczących „momentu bezwładności” Saturna, który jest regulowany przez rozkład masy wewnątrz samego Saturna. Ten moment bezwładności jest czynnikiem kontrolującym stopień wahań osi obrotu Saturna niczym bączek – jest to zjawisko znane jako precesja. Uważano, że okres precesji Saturna pokrywa się z okresem odległym Neptunorbitę Saturna, wywołując rezonans grawitacyjny, który zaczął przyciągać Saturna pod kątem 26,7 stopnia w stosunku do płaszczyzny jego orbity wokół słoneczny. To nachylenie ma dodatkową zaletę, ponieważ pozwala nam wyraźniej widzieć pierścienie Saturna Ziemia.
Jednak pomiary wewnętrznego rozkładu masy wykonane przez Cassini wykazały, że nieco więcej masy Saturna było skoncentrowane w centrum, niż sądzono. Zmienia to zatem moment bezwładności Saturna, co nieznacznie wytrąca go z rezonansu z orbitą Neptuna.
Najwyraźniej coś wytrąciło Saturna z synchronizacji z Neptunem, w wyniku czego masa została ponownie rozłożona wewnątrz Saturna. Ale co mogło tego dokonać?
Pomimo tego, że są znacznie mniej masywne od Saturna, księżyce planety z pierścieniami mogą mieć zaskakująco duży wpływ na planetę. Pierwotnie, aby wyjaśnić, co wytrąciło Saturna z rezonansu z Neptunem, naukowcy wysunęli teorię, że dawno temu Saturn miał inny lodowy księżyc, który nazwali Poczwarką. Stwierdzili, że orbita tego księżyca mogła zostać zakłócona w wyniku bliskiego spotkania z Tytanem i zbliżyła się zbyt blisko Saturna, gdzie około 100 milionów lat temu rozerwały go grawitacyjne siły pływowe. Podczas gdy większość szczątków spadła na Saturna, część pozostała na orbicie, tworząc pierścienie. Tymczasem interakcja z Poczwarką byłaby czynnikiem powodującym rozszerzenie orbity Tytana, co z kolei spowodowałoby utratę synchronizacji Saturna z Neptunem.
To była niezła teoria, ale kiedy zespół Ćuka przetestował ją w symulacjach, odkrył, że w zdecydowanej większości przypadków Poczwarka zderzała się z Tytanem. Jednak zamiast być ślepą uliczką dla hipotezy Poczwarki, symulacje otworzyły kolejne drzwi, a kluczem okazał się inny księżyc Saturna, Hyperion, krążący tuż za Tytanem.
Tytan i Hyperion to kolejny przykład rezonansu grawitacyjnego. Ich orbity są ze sobą powiązane: na każde cztery orbity Saturna, które Tytan wykonuje, Hyperion wykonuje dokładnie trzy orbity, krążąc bezładnie wokół planety z pierścieniami.
„Hyperion, najmniejszy z głównych księżyców Saturna, dostarczył nam najważniejszej wskazówki na temat historii układu” – powiedział Ćuk w swoim oświadczenie. „W symulacjach, w których dodatkowy księżyc stawał się niestabilny, Hyperion często ginął i przetrwał tylko w rzadkich przypadkach. Stwierdziliśmy, że blokada Tytan–Hyperion jest stosunkowo młoda, ma zaledwie kilkaset milionów lat. Datuje się to mniej więcej na ten sam okres, kiedy zniknął dodatkowy księżyc. Być może Hyperion nie przetrwał tego wstrząsu, ale w jego wyniku powstał. Gdyby dodatkowy księżyc połączył się z Tytanem, powstałyby fragmenty w pobliżu orbity Tytana. Dokładnie tam miałby powstać Hyperion”.
Ćuk sugeruje, że Poczwarka istniała naprawdę i rzeczywiście zderzyła się i połączyła z proto-Tytanem 100–200 milionów lat temu oraz że to właśnie to zderzenie ukształtowało większość tego, co widzimy w układzie Saturna.
Na przykład przed zderzeniem Tytan mógł bardziej przypominać lodowaty, pozbawiony powietrza księżyc Jowisza, Callisto, ze starożytną i zniszczoną powierzchnią. W wyniku zderzenia cała powierzchnia Tytana została wyczyszczona, co wyjaśniałoby, dlaczego pod gęstą atmosferą Tytana znajduje się tak mało kraterów. I ta atmosfera wyciekłaby z wnętrza Tytana podczas zderzenia. Zderzenie wyrzuciło Tytana na orbitę wokół Saturna, powodując poszerzenie i wydłużenie jego orbity. Dopiero teraz zaczyna stopniowo stawać się ponownie bardziej okrągły.
Według dalszych symulacji przeprowadzonych przez naukowców z Uniwersytetu w Edynburgu i NASA Ames Research Center, zmiana orbity Tytana spowodowała, że jego siły pływowe siały spustoszenie na wewnętrznych księżycach średniej wielkości, powodując ich zderzenie. Podczas gdy księżyce utworzyły się z większości gruzu, część lodowych cząstek osiadła wokół Saturna, tworząc jego układy pierścieni.
Symulacje pokazują również, że Poczwarka zakłóciłaby orbitę Japetusa, prowadząc do jej dużego nachylenia.
To ładna, zgrabna hipoteza – ale obecnie to wszystko. Chociaż koncepcja jest zgodna z faktami, nie ma jeszcze bezpośrednich dowodów. Wysłana przez NASA misja Dragonfly na Tytana, której wystrzelenie jest zaplanowane na rok 2028, może być pierwszą, która znajdzie takie dowody, szukając dalszych oznak młodego wieku powierzchni Tytana, wskazujących na wstrząsy, które nastąpiły po zderzeniu z Poczwarką ponad 100 milionów lat temu.
Odkrycia zespołu Ćuka zostały przyjęte do publikacji w czasopiśmie Planetary Science Journal, a wydruk wstępny jest dostępny w repozytorium papierowym arXiv.
