Titan verwijdert zich sneller van Saturnus dan we dachten

Titan in een baan om Saturnus
Titan in een baan rond Saturnus. Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

 

Titan migreert 100 maal sneller weg van Saturnus dan eerder werd aangenomen. De ontdekking schudt onze kennis over Saturnus en de oorsprong van zijn natuurlijke satellieten behoorlijk door elkaar.

Titan is de enige maan in ons zonnestelsel met een atmosfeer. De maan beweegt zich met een snelheid van 11 centimeter per jaar weg van Saturnus. Dit staat in een artikel dat deze week in het tijdschrift Nature is gepubliceerd. De eerdere schatting was 0,1 cm per jaar en dat is 100 maal langzamer dan de nieuwe schatting.

In de onmetelijke grootte van de ruimte lijkt die kleine verplaatsing van triviaal belang maar net als onze schuivende continenten, hebben deze kleine stapjes een enorm effect over een groter periode. Voor Titan betekent dit dat men de astrofysische geschiedenis opnieuw moet bekijken. Vermoedelijk geldt dit voor het Saturnussysteem als geheel. De herziene waarde past in een recent voorgestelde theorie die precies met dit fenomeen heeft te maken: de naar buitengaande migratie van manen van planeten.

Manen met voldoende massa oefenen een kleine gravitationele aantrekkingskracht uit op hun planeet. Dat zorgt voor een tijdelijke uitstulping. Deze onophoudelijke getijdenwerking zorgt voor een verstoring van een zwaartekrachtsveld van de planeet waardoor de maan voorwaarts in zijn baan wordt geduwd en weg van zijn planeet. We zien hetzelfde bij de Aarde en de Maan. Onze maan verwijderd zich met een snelheid van 3,8 cm per jaar van de Aarde. We gaan onze maan nooit kwijtraken. De verplaatsing gaat namelijk zo langzaam dat Aarde en Maan al lang door de Zon zijn vernietigd voor de Maan ons kan verlaten.

De nieuwe schatting werd mogelijk gemaakt door de analyse van de gegevens die de Cassini ruimtesonde van de NASA gedurende zijn 13 jarig verblijf in het Saturnusstelsel heeft verzameld. De Cassini-missie eindigde in 2017 toen de ruimtesonde bewust het wolkendek van de beringde planeet indook. Met behulp van een methode die astronomen astrometrie noemen, kon men de sterren op de achtergrond op de afbeeldingen van de Cassini in kaart brengen en zo een statisch overzicht maken dat als referentie diende. De andere techniek, radiometrie, bepaalde de snelheid van de ruimtesonde als die werd beïnvloed door de aantrekkingskracht van Titan. Door de gegevens te gebruiken van deze onafhankelijke technieken konden de wetenschappers een schatting maken van de buitenwaartse beweging van Titan. De beide methodes bleken dezelfde waarde op te leveren.

De nieuwe schattingen roepen serieuze vragen op over wanneer Saturnus en zijn manen zijn ontstaan. Saturnus is ongeveer 4,6 miljard jaar geleden ontstaan toen ook het zonnestelsel ontstond maar er is weinig bekend over de herkomst van de ringen en de vele manen,

Titan is momenteel ongeveer 1,2 miljoen kilometer van Saturnus verwijderd maar als men de nieuwe snelheid gebruikt om terug te rekenen in de tijd dan zou de maan dicht bij Saturnus moeten zijn ontstaan. Volgens deze bevindingen zou het Saturnusstelsel veel sneller moeten zijn gegroeid dan algemeen wordt aangenomen.

Het nieuwe artikel ondersteunt ook perfect een voorstel dat vier jaar geleden door de theoretische natuurkundige Jim Fuller werd gedaan. Hij stelde een langzamere buitenwaartse drift voor, voor de buitenste manen als gevolg van een kleinere invloed van de zwaartekracht. De theorie van Fuller suggereert dat de buitenste manen wellicht in een speciaal baanpatroon zijn opgesloten. Zoals het in het persbericht van de universiteit van Californië is verwoord:

Zijn theorie zegt dat van Titan wordt verwacht dat hij Saturnus met een bepaalde frequentie gravitationeel samenknijpt, waardoor de planeet sterk gaat schommelen. Dit is te vergelijken met het slingeren van je benen op een schommel die je met de juiste timing hoger en hoger kan brengen. Dit proces van het dwingen van de getijden wordt resonantievergrendeling genoemd. Fuller stelde voor dat de hoge amplitude van de schommeling van Saturnus veel energie zou verspillen. Dit zou er op zijn beurt voor zorgen dat Titan sneller naar buiten toe zou migreren dan eerder werd gedacht.

De nieuwe berekeningen sluiten goed aan bij dit idee want Fuller’s modellen zijn volledig in overeenstemming met de gegevens van de Cassini ruimtesonde. Opwindend genoeg zou Fuller’s model van toepassing kunnen zijn op verschillende soorten astrofysische contexten zoals o.a. dubbelstersystemen en exoplaneetsystemen.

Artikel: Resonance locking in giant planets indicated by the rapid orbital expansion of Titan

Eerste publicatie: 9 juni 2020
Bron: Gizmodo