Ringen van Saturnus mogelijk ontstaan uit botsing tussen twee manen

De ringen van Saturnus zouden kunnen zijn ontstaan uit het puin van twee ijzige voorlopermanen die een paar honderd miljoen jaar geleden met elkaar in botsing kwamen en uiteenspatten; puin dat niet in de ringen terechtkwam zou ook kunnen hebben bijgedragen aan de vorming van enkele van de huidige manen van Saturnus. Dit volgt uit nieuwe simulaties uitgevoerd door planeetonderzoekers van de universiteit van Glasgow, de universiteit van Oslo en het Ames Research Center van de NASA en het Seti Institute en de universiteit van Durham.

De meeste hedendaagse hoogwaardige metingen over Saturnus zijn afkomstig van de Cassini ruimtesonde van de NASA dat 13 jaar lang de planeet en zijn systemen heeft bestudeerd nadat het in 2004 in een baan om Saturnus kwam.

Een analyse van Cassini-gegevens gaf aan dat de ringen van Saturnus veel jonger waren dan aanvankelijk werd gedacht.

Om dit verder te onderzoeken hebben Dr. Jacob Kegerreis van het Ames Research Center van de NASA en zijn collega’s gemodelleerd hoe verschillende botsingen tussen voorlopermanen in het systeem van Saturnus eruit kunnen hebben gezien.

De simulaties van het team werden uitgevoerd met een resolutie die meer dan 100 keer hoger was dan eerdere dergelijke onderzoeken en waarbij gebruik werd gemaakt van de open-source applicatiecode SWIFT en wetenschappers het beste inzicht kregen in de geschiedenis van het Saturnus-systeem.

De ringen van Saturnus bevinden zich tegenwoordig dicht bij de gigantische planeet, binnen wat bekend staat als de Roche-limiet – de verste baan waar de zwaartekracht van een planeet krachtig genoeg is om grotere rots- of ijsmassa’s te desintegreren die dichterbij komen. Materiaal dat zich verder weg bevindt kan samenklonteren en manen vormen.

Door bijna 200 verschillende versies van de inslag te simuleren ontdekten de onderzoekers dat een breed scala aan botsingsscenario’s de juiste hoeveelheid ijs in de Roche-limiet van Saturnus zou kunnen verspreiden en waar het zich in ringen zou kunnen nestelen.

En hoewel alternatieve verklaringen niet hebben kunnen aantonen waarom er bijna geen gesteente in de ringen van Saturnus zit zou dit soort botsingen dat wel kunnen verklaren.

Volgens de onderzoekers leidt dit scenario van nature tot ijsrijke ringen. Wanneer de ijzige voorlopermanen tegen elkaar botsen wordt het gesteente in de kernen van de botsende lichamen minder wijd verspreid dan het bovenliggende is.

IJs en rotsachtig puin zouden ook andere manen in het systeem hebben getroffen, wat mogelijk een cascade van botsingen zou kunnen veroorzaken.

Een dergelijk vermenigvuldigend effect zou alle andere voorlopermanen buiten de ringen hebben kunnen verstoren, waaruit de huidige manen hadden kunnen ontstaan.

Maar wat had deze gebeurtenissen überhaupt in gang kunnen zetten? Twee van de voormalige manen van Saturnus zouden in botsing kunnen zijn gekomen door de doorgaans kleine effecten van de zwaartekracht van de Zon die die hun banen rond de planeet destabiliseerde.

In de juiste configuratie van banen kan de extra trekkracht van de Zon een sneeuwbaleffect veroorzaken – een resonantie – waardoor de meestal cirkelvormige en vlakke banen van de manen worden verlengd en gekanteld totdat hun banen elkaar kruisen, wat resulteert in een botsing onder hoge snelheid.

Saturnusmaan Rhea draait vandaag de dag net voorbij de plek waar een maan deze in resonantie zou tegenkomen.

Net zoals de maan van de Aarde migreren de satellieten van Saturnus in de loop van de tijd weg van de planeet. Dus als Rhea oud was zou de maan in het recente verleden de resonantie hebben overschreden.

Like the Earth’s Moon, Saturn’s satellites migrate outward from the planet over time.

Echter de baan van Rhea is zeer cirkelvormig en vlak. Dit suggereert dat de maan niet de destabiliserende effecten van de resonantie heeft ervaren en in plaats daarvan recenter is ontstaan.

De onderzoekers concluderen dat de impact van twee gedestabiliseerde ijzige manen een veelbelovend scenario is voor de recente vorming of verjonging van de ringen van Saturnus en het opnieuw aangroeien van middelgrote manen.

Toekomstig werk aan de lange termijnevolutie van het puin dat de baan kruist, gecombineerd met verdere en meer gedetailleerde modellering van botsingen tussen zowel ijzige manen als kleinere fragmenten zal helpen de implicaties van dit scenario voor de ringen van Saturnus, zijn manen, hun kraters en andere oppervlakteomgevingen.

Hun artikel is verschenen in de Astrophysical Journal.

Artikel: L.F.A. Teodoro et al. 2023. A Recent Impact Origin of Saturn’s Rings and Mid-sized Moons. ApJ 955, 137; doi: 10.3847/1538-4357/acf4ed

Eerste publicatie: 4 oktober 2023
Bron: sci-news