Egykorvolt holdból születhettek a Szaturnusz gyűrűi

A Szaturnusz gyűrűi gyönyörűek, de igen nehéz magyarázatot találni a létezésükre. Egy bolygókutatókból álló csapatnak, a Science folyóiratban közzé tett tanulmánya szerint nemrégiben sikerült új ötlettel előállnia a kialakulásukról egy korábban létezett holdjával való túl közeli találkozás miatt darabjaira szakadt a kis égitest, melynek maradványaiból jöttek létre a gyűrűk.

A bolygó egyenlítője mentén lévő gyűrűk árulkodnak arról is, hogy a Szaturnusz tengelyferdesége jelentős: 26,7 fokos a keringési síkjához képest. A korábbi elméletek azzal magyarázták ezt, hogy a Neptunusszal való gravitációs összehangolódás eredménye lehet, mivel a precessziója (vagyis a tengelye körkörös elmozdulása; ezt jól megfigyelhetjük például egy búgócsigán) szinte megegyezik a Neptunusz keringésével. Azonban azóta a Szaturnusz és a Neptunusz kiszabadultak egymás gravitációs szinkronjából, és a kutatók modellszámításai alapján egy hiányzó hold lehet a felelős ezért az eseményért.

A Szaturnusz jelenleg a Naprendszerben rekorderként 83 hold gazdája, úgy tűnik, egykor legalább egy holddal többet birtokolt – a hiányzó egykori holdnak a kutatók a Chrysalis (ez a pillangók bábja angolul) munkanevet adták. E hold és társai évmilliárdokon át keringtek a Szaturnusz körül oly módon, hogy a tengelyferdesége a gravitációs kölcsönhatások révén a Neptunusszal összehangolódott. Azonban, a becslések szerint úgy 160 millió éve instabillá vált a Chrysalis pályája és túl közel került a bolygóhoz, majd ennek hatására feldarabolódott, a maradványai egy része pedig a gyűrűk anyagaként pályán maradhatott a Szaturnusz körül (a többi a Szaturnuszba hullott).
A hold elvesztésével megszűnt az a gravitációs összhang is, amely a Neptunusszal egy ütemben mozgatta a Szaturnuszt. Egy ilyen eseménysorozat egyszerű magyarázattal szolgálhatna mind a Szaturnusz jelenkori tengelyferdeségére, mind a kb. 100 millió évesre becsült gyűrűinek kialakulására.

„Mint egy bábjában fejlődő pillangó, a hold is sokáig inaktív volt, majd hirtelen megmozdulva létrehozta a gyűrűket” – magyarázta Jack Wisdom, a kutatás vezetője, az MIT bolygókutató professzora.

A 2000-es években vetették fel a tengelyferdeség okaként a Neptunusszal gravitációs összehangolódást, és a Cassini űrszonda mérései alapján úgy tűnt, a Titán nevű óriáshold pályamódosulása a felelős érte: a hold a korábban ismertnél jóval gyorsabban (évi 11 centivel) távolodik a Szaturnusztól. A Titán távolodása és gravitációs hatása alapján akkoriban arra jutottak a szakemberek, hogy feltehetően ez az égitest felelős a ferdeségért és a Neptunusszal való rezonanciáért is. Ezzel az elmélettel egyetlen probléma van csupán: precízen ismerni kellene a Szaturnusz tehetetlenségi nyomatékát, ez pedig attól függ, miként oszlik el a belsejében a tömeg. (Másként viselkedne a bolygó tengelye, ha a bolygó magjában vagy a felszíne közelében volna több anyag.) Wisdom professzor hozzátette: „Ahhoz, hogy előreléphessünk e kérdésben, meg kellett határoznunk a Szaturnusz tehetetlenségi nyomatékát.”

Ehhez a szakemberek a Cassini utolsó méréseinek adatait használták fel, a Nagy Finálé során extrém közeli útvonalon repült el a szonda a Szaturnusz felett, hogy minél teljesebb gravitációs térképet készíthessen róla. E gravitációs adatokból lehet a bolygó belsejének tömeg-elrendeződését kiszámítani.

Az így elvégzett számítások azonban különös eredményt hoztak: a Szaturnusz ugyan közel járt a Neptunusszal való gravitációs rezonanciához, ám nem volt teljes az összhang közöttük, vagyis úgy tűnik, egykor fennállt, ám mára megszűnhetett a rezonanciájuk. No de mi történhetett?

Először olyan pályadinamikai szimulációkat futtattak a kutatók, amelyben a jelenből visszafelé haladtak az időben, így azt igyekeztek kideríteni, hogy a holdak körében valamilyen természetes instabilitás esetleg belezavarhatott-e a bolygó tengelyferdeségébe – azonban a számításokból nemleges válasz született. Eztán a bolygó precessziójával, illetve a holdjainak precesszióra kifejtett hatásával végeztek modellszámításokat, és ebből jutottak el a feltételezett egykori Chrysalis holdhoz. Ez a hold kb. akkora lehetett, mint a mostani harmadik legnagyobb Szaturnusz-hold, a Iapetus. Valamikor a 100-200 millió évvel ezelőtti időszakban e hold pályája kaotikussá vált, többször megközelítette a Titánt és az említett Iapetus-t, majd végül túl közel került a Szaturnuszhoz, s e súroló közelség idején annak gravitációja szétszaggatta a holdat. A tömegének egy kis maradéka törmelékként, a gyűrűk formájában továbbra is a bolygó körül kering. Ezek az események pedig elegendőek voltak mind a tengelyferdeséghez, mind a gyűrűkhöz.

Az elmélet ugyan tetszetős, de maguk a kutatók is hangsúlyozták, hogy még több kollégájuknak is kell ellenőrzéseket végezni, hogy bizonyossággal kijelenthessék, tényleg így zajlottak az események.