โบราณของดาวเสาร์, ดวงจันทร์ที่หายไป

นักวิทยาศาสตร์เสนอให้ดวงจันทร์ที่หายไปของดาวเสาร์ซึ่งพวกเขาเรียกว่าดักแด้ดึงดาวเคราะห์ดวงนั้น

ออกจนแยกออกจากกัน ก่อตัวเป็นวงแหวนและมีส่วนทำให้เกิดความเอียงของดาวเสาร์ มุมมองสีธรรมชาติของดาวเสาร์นี้สร้างขึ้นจากการรวมภาพหกภาพที่ถ่ายโดยยานอวกาศ Cassini ของ NASA เมื่อวันที่ 6 พฤษภาคม 2012 โดยมีลักษณะเป็นดวงจันทร์ไททันขนาดใหญ่ของดาวเสาร์ ซึ่งใหญ่กว่าดาวพุธ ด้านล่างของไททันเป็นเงาที่เกิดจากวงแหวนของดาวเสาร์ เครดิต: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

วงแหวนและเอียงของดาวเสาร์อาจเป็นผลจากดวงจันทร์ที่หายไปในสมัยโบราณจากการศึกษาใหม่พบว่า “การเผชิญหน้ากินหญ้า” อาจทำให้ดวงจันทร์แตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยเพื่อสร้างวงแหวนของดาวเสาร์

วงแหวนของดาวเสาร์ที่หมุนรอบเส้นศูนย์สูตรของดาวเคราะห์เป็นตัวบ่งชี้ที่ชัดเจนว่าดาวเคราะห์กำลังหมุนด้วยความเอียง ก๊าซยักษ์ที่มีแถบคาดเข็มขัดหมุนทำมุม 26.7 องศาเมื่อเทียบกับระนาบที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ เนื่องจากความลาดเอียงของดาวเสาร์เข้าใกล้ดาวเสาร์ที่อัตราเกือบเท่ากันกับวงโคจรของ ดาวเนปจูนเพื่อนบ้านนักดาราศาสตร์จึงสงสัยมานานแล้วว่าความเอียงนี้มาจากปฏิกิริยาโน้มถ่วงกับดาวเนปจูน

ดาวเสาร์เป็นดาวเคราะห์ดวงที่หกจากดวงอาทิตย์และเป็นดาวเคราะห์ที่ใหญ่เป็นอันดับสองในระบบสุริยะของเรา ดาวเสาร์ ซึ่งเป็นก๊าซยักษ์อย่างดาวพฤหัสบดีเป็นลูกบอลขนาดใหญ่ที่ทำจากไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นส่วนใหญ่ แม้จะไม่ใช่ดาวเคราะห์ดวงเดียวที่มีวงแหวน แต่ไม่มีวงแหวนใดที่งดงามหรือซับซ้อนเท่าดาวเสาร์ ดาวเสาร์ยังมีดวงจันทร์อีกหลายสิบดวง ได้รับการตั้งชื่อตามเทพเจ้าโรมันแห่งเกษตรกรรมและความมั่งคั่ง ซึ่งเป็นบิดาของดาวพฤหัสบดีด้วย

อย่างไรก็ตาม การศึกษาแบบจำลองใหม่โดยนักดาราศาสตร์ที่MITและที่อื่น ๆ พบว่าในขณะที่ดาวเคราะห์ทั้งสองดวงอาจมีการประสานกัน แต่ดาวเสาร์ก็รอดพ้นจากการดึงของเนปจูน อะไรเป็นสาเหตุของการปรับแนวดาวเคราะห์ดวงนี้? ทีมวิจัยมีสมมติฐานหนึ่งที่ผ่านการทดสอบอย่างพิถีพิถัน นั่นคือ ดวงจันทร์ที่หายไป การศึกษาของพวกเขาถูกตีพิมพ์ในวารสารScienceเมื่อวันที่ 15 กันยายน

ในการศึกษานี้ ทีมวิจัยได้เสนอว่าดาวเสาร์ซึ่งปัจจุบันมีดวงจันทร์ 83 ดวง ครั้งหนึ่งเคยเก็บดาวบริวารอีกดวงหนึ่งเป็นอย่างน้อย ดาวเทียมพิเศษที่พวกเขาตั้งชื่อว่าดักแด้ นักดาราศาสตร์แนะนำว่า Chrysalis โคจรรอบดาวเสาร์เป็นเวลาหลายพันล้านปี ดึงและดึงดาวเคราะห์ในลักษณะที่คงความเอียงหรือ “ความเอียง” สอดคล้องกับดาวเนปจูน

อย่างไรก็ตาม ทีมงานคาดการณ์ว่าเมื่อราว 160 ล้านปีก่อน ดักแด้เริ่มไม่เสถียรและเข้าใกล้ดาวเคราะห์ของมันมากเกินไปในการเผชิญหน้ากันที่ดึงดาวเทียมออกจากกัน การสูญเสียดวงจันทร์ก็เพียงพอแล้วที่จะขจัดดาวเสาร์ออกจากการจับของดาวเนปจูนและปล่อยให้มันเอียงในปัจจุบัน

นอกจากนี้ นักดาราศาสตร์คาดการณ์ว่าในขณะที่ร่างที่แตกของ Chrysalis ส่วนใหญ่อาจส่งผลกระทบกับดาวเสาร์ เศษเสี้ยวของมันอาจจะยังลอยอยู่ในวงโคจร ในที่สุดก็แตกเป็นชิ้นน้ำแข็งเล็กๆ เพื่อสร้างวงแหวนที่เป็นลายเซ็นของดาวเคราะห์

ดักแด้ ดาวเทียมที่หายไปจึงสามารถอธิบายความลึกลับที่มีมายาวนานสองประการ: การเอียงของดาวเสาร์ในปัจจุบันและอายุของวงแหวนซึ่งก่อนหน้านี้คาดว่าจะมีอายุประมาณ 100 ล้านปี ซึ่งอายุน้อยกว่าดาวเคราะห์มาก

มุมมองของ Cassini จากวงโคจรรอบดาวเสาร์ 2010นี่คือมุมมองของ Cassini จากวงโคจรรอบดาวเสาร์เมื่อวันที่ 2 มกราคม 2010 ในภาพนี้ วงแหวนที่อยู่ทางด้านกลางคืนของดาวเคราะห์ได้รับความสว่างอย่างมากเพื่อให้เห็นลักษณะเด่นของวงแหวนได้ชัดเจนยิ่งขึ้น ด้านกลางวัน วงแหวนจะส่องสว่างทั้งจากแสงแดดโดยตรง และด้วยแสงที่สะท้อนจากยอดเมฆของดาวเสาร์ เครดิต: ASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

“เช่นเดียวกับดักแด้ของผีเสื้อ ดาวเทียมดวงนี้หยุดนิ่งนานและจู่ ๆ ก็เริ่มทำงาน และวงแหวนก็ปรากฏขึ้น” แจ็ค วิสดอมกล่าว เขาเป็นผู้เขียนหลักของการศึกษาใหม่และเป็นศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่ MIT

ผู้ร่วมวิจัยได้แก่ Rola Dbouk จาก MIT, Burkhard Militzer จาก University of California at Berkeley, William Hubbard จาก University of Arizona, Francis Nimmo และ Brynna Downey จาก University of California at Santa Cruz และ Richard French จาก Wellesley College

ช่วงเวลาแห่งความก้าวหน้าในช่วงต้นทศวรรษ 2000 นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอแนวคิดที่ว่าแกนเอียงของดาวเสาร์เป็นผลมาจากดาวเคราะห์ที่ติดอยู่ในเรโซแนนซ์หรือความโน้มถ่วงกับดาวเนปจูน อย่างไรก็ตาม การสังเกตการณ์ ของยานอวกาศ CassiniของNASAซึ่งโคจรรอบดาวเสาร์ตั้งแต่ปี

2547 ถึง 2560 ทำให้เกิดปัญหาใหม่ นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าไททัน ซึ่งเป็นดาวเทียมที่ใหญ่ที่สุดของดาวเสาร์ กำลังอพยพออกจากดาวเสาร์ด้วยคลิปที่เร็วกว่าที่คาดไว้ ในอัตราประมาณ 11 เซนติเมตรต่อปี การอพยพอย่างรวดเร็วของไททันและแรงดึงดูดของไททัน ทำให้นักวิทยาศาสตร์สรุปได้ว่าดวงจันทร์น่าจะมีส่วนรับผิดชอบต่อการเอียงและทำให้ดาวเสาร์สอดคล้องกับดาวเนปจูน

ในที่สุดนักวิทยาศาสตร์ก็รู้เวลาของดาวเสาร์มุมมองจากยานอวกาศแคสสินีของนาซ่าแสดงให้เห็นว่าซีกโลกเหนือของดาวเสาร์ในปี 2559 เป็นส่วนหนึ่งของโลกใกล้กับครีษมายันในซีกโลกเหนือ หนึ่งปีบนดาวเสาร์คือ 29 ปีโลก; วันล่าสุด 10:33:38 ตามการวิเคราะห์ใหม่ของข้อมูล Cassini เครดิต: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

ทว่าคำอธิบายนี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยที่ไม่ทราบสาเหตุสำคัญประการหนึ่ง นั่นคือ โมเมนต์ความเฉื่อยของดาวเสาร์ ซึ่งเป็นการกระจายมวลภายในดาวเคราะห์ ความเอียงของดาวเสาร์อาจมีพฤติกรรมแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับว่าสสารมีความเข้มข้นอยู่ที่แกนกลางหรือพื้นผิวมากกว่า

Wisdom กล่าวว่า “เพื่อให้ปัญหาคืบหน้า เราต้องกำหนดโมเมนต์ความเฉื่อยของดาวเสาร์องค์ประกอบที่หายไปในการศึกษาครั้งใหม่นี้ Wisdom และเพื่อนร่วมงานของเขามองหาการตรึงโมเมนต์ความเฉื่อยของดาวเสาร์โดยใช้การสังเกตครั้งสุดท้ายของ Cassini ใน “Grand Finale” ซึ่งเป็นช่วงของภารกิจในระหว่างที่ยานอวกาศเข้าใกล้อย่างมากเพื่อทำแผนที่อย่างแม่นยำ สนามโน้มถ่วงรอบโลกทั้งใบ สนามโน้มถ่วงสามารถใช้เพื่อกำหนดการกระจายของมวลในโลก

Wisdom และเพื่อนร่วมงานของเขาจำลองการตกแต่งภายในของดาวเสาร์และระบุการกระจายของมวลที่ตรงกับสนามโน้มถ่วงที่ Cassini สังเกต น่าแปลกที่พวกเขาค้นพบว่าโมเมนต์ความเฉื่อยที่เพิ่งระบุได้นี้ทำให้ดาวเสาร์อยู่ใกล้ แต่อยู่นอกการสะท้อนของดาวเนปจูน ดาวเคราะห์อาจเคยมีการซิงค์กัน แต่ก็ไม่ได้อีกต่อไป

“จากนั้นเราก็ออกล่าสัตว์เพื่อหาทางดึงดาวเสาร์ออกจากเสียงสะท้อนของดาวเนปจูน” Wisdom กล่าว

ฮับเบิลดาวเสาร์ 2021การดูดาวเสาร์ในปี 2021 ของฮับเบิลแสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงของสีอย่างรวดเร็วและรุนแรงในแถบของซีกโลกเหนือของดาวเคราะห์ เครดิต: NASA, ESA, A. Simon (NASA-GSFC) และ MH Wong (UC Berkeley); การประมวลผลภาพ: A. Pagan (STScI)

ประการแรก ทีมงานได้จำลองสถานการณ์เพื่อวิวัฒนาการพลวัตการโคจรของดาวเสาร์และดวงจันทร์ของดาวเสาร์ย้อนเวลากลับไป เพื่อดูว่าความไม่เสถียรตามธรรมชาติของดาวเทียมที่มีอยู่อาจส่งผลต่อการเอียงของดาวเคราะห์หรือไม่ การค้นหานี้ว่างเปล่า

ดังนั้น นักวิจัยจึงตรวจสอบสมการทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายการเคลื่อนตัวของดาวเคราะห์อีกครั้ง ซึ่งเป็นการที่แกนหมุนของดาวเคราะห์เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา หนึ่งเทอมในสมการนี้มีส่วนร่วมจากดาวเทียมทั้งหมด ทีมงานให้เหตุผลว่าหากดาวเทียมดวงหนึ่งถูกลบออกจากยอดรวมนี้ อาจส่งผลต่อการเคลื่อนตัวของดาวเคราะห์

Releated