Księżyc Saturna Iapetus i jego dziwna „skórka”. Źródło zdjęcia: NASA / JPL / SSI. Kliknij, aby powiększyć.
Czy jest dla obserwatora bardziej tajemnicza i piękna planeta niż Saturn? Podczas gdy wszystkie cztery gazowe olbrzymy w naszym Układzie Słonecznym mają układ pierścieniowy, tylko Saturna można zobaczyć z Ziemi. Astronomowie z podwórka od dawna byli podekscytowani, widząc dwa jasne pierścienie i ciemny podział Cassini, podczas gdy teleskopy obserwacyjne zidentyfikowały wiele oddzielnych pierścieni i luk. Dopiero na początku lat 80. ubiegłego wieku, kiedy Voyager stworzył „przelot”, zdawaliśmy sobie sprawę z ponad tysiąca pojedynczych pierścieni związanych grawitacją Saturna i jego wielu małych księżyców. Same pierścienie są niczym więcej niż lodowymi cząsteczkami o różnej wielkości, od drobinek kurzu po głazy. Do tego skomplikowanego tańca dołączają satelity - od atmosferycznego Tytana wielkości Merkurego po wirujący, ekscentrycznie krążący Hyperion. Od końca XVIII wieku znamy Tytana, Mimasa, Enceladusa, Tethysa, Dione, Rheę i Japeta. Nasze badania wykazały, że cztery księżyce odgrywają kluczową rolę w kształtowaniu układu pierścieni Saturna - Pan, Atas, Pandora i Prometeusz. Wiemy, że wysoce odblaskowa powierzchnia Enceladusa składa się z lodu, a Iapetus jest o wiele jaśniejszy z jednej strony niż z drugiej…
I mógł zebrać pierścień, który przetoczył się przez zmiany orbity.
Od czasu jego odkrycia w 1672 roku byliśmy świadomi, że wiodąca półkula Japeta jest w pełni ciemniejsza niż strona spodnia. Dzięki zdjęciom misji Cassini wykonanym w grudniu 2004 r. Odkryto obecność dużego grzbietu równikowego na ciemnej stronie Japeta.
Według listu z badań geofizycznych przedłożonego 29 kwietnia przez Paulo C.C. Freire of Arecibo Observatory, „… ten grzbiet i ciemna powłoka półkuli, na której leży, są ściśle ze sobą powiązane i są wynikiem zderzenia z krawędzią pierwotnego pierścienia Saturna, ostatecznie spowodowanego nagłą zmianą orbity Japeta ”. Freire mówi: „Ze względu na swój wyjątkowy charakter odtąd będziemy odnosić równikowy grzbiet Japetusa po prostu jako„ Rindge ”, co oznacza, że ta cecha nie jest grzbietem w zwykłym tego słowa znaczeniu; tj. łańcuch górski spowodowany procesem tektonicznym. Ten model w naturalny sposób wyjaśnia wszystkie unikalne cechy tego satelity; i prawdopodobnie jest to rozwiązanie jednej z najstarszych tajemnic w astronomii Układu Słonecznego. ”
Jednym z naukowych celów obrazowania przelotowego Cassini było rzucić nieco światła na ciemną stronę Japeta, zwaną Cassini Regio. Ku zaskoczeniu badaczy, odkrył wielki grzbiet równikowy w przeciwieństwie do wszystkiego, co znajduje się w Układzie Słonecznym - grzbiet tak symetryczny w stosunku do Cassini Regio, że te dwie cechy muszą być ze sobą powiązane, jak wcześniej przyznała Carolyn Porco - szef Cassini Zespół obrazowania. Większość wskazówek wskazuje, w jaki sposób układ pierścieniowy i księżyce formujące kiedyś krążyły wokół samego Saturna.
Obecne rozumienie powstawania układu słonecznego (oraz, w mniejszej skali, układu Saturna) wskazuje, że wiele planetoid (i proto-satelitów) mogło kiedyś wystartować na orbitach, które później stały się niestabilne. Mogli się zderzyć lub zostali wyrzuceni ze swojego systemu przez bliskie spotkania z innymi. W przypadku Saturna możliwe jest, że mogły zostać zakłócone pływowo podczas zbliżania się do grawitacji Saturna i uformowania układów pierścieniowych. Bliżej planety, w obszarze znanym jako „Strefa Roche”, pływ pływowy Saturna zapobiega tworzeniu proto-satelity z cząstek pierścienia. Aby teoria zderzenia pierścienia była zgodna z obrazem Cassiniego, Iapetus musiał być jednym z tych księżyców o niestabilnych orbitach.
Dowody wskazują na to, że coś zmieniło orbitę Japeta przed zderzeniem z materiałem pierścienia. Gdyby tak się nie stało, pierścień dostosowałby się do grawitacji Japeta, o czym świadczą satelity obecnie osadzone w pierścieniach. W przypadku tych satelitów nie może wystąpić scenariusz kolizji. W warunkach Japeta jego orbita była koniecznie mimośrodowa, inaczej nie istniałyby różnice prędkości między Japetusem a cząsteczkami pierścienia i ponownie - nie dochodziło do zderzeń.
Uderzenie pierścieniem sugeruje również, że ta zmieniona orbita miała okołonaturę na zewnętrznej krawędzi Strefy Roche, gdzie pierścienie mogą istnieć przez dłuższy czas. Jest to wskazówka, że Japet był prawdopodobnie znacznie bliżej Saturna niż jego obecnej orbity. „Istnienie skórki sugeruje, że orbita Japeta w chwili zderzenia była równikowa”, mówi Freire, „w przeciwnym razie zderzenie z pierścieniem nie spowodowałoby ostrej krawędzi, ale coś w rodzaju delikatnej ciemnej powłoki wiodącej półkuli. ” Podsumowując, satelita z równikową i ekscentryczną orbitą ma bardzo duże prawdopodobieństwo dalszej interakcji z innymi satelitami - zapewniając środki do ponownej zmiany na inną orbitę.
Teraz, kiedy już ustawiliśmy scenę, w jaki sposób zdjęcia wykonane z tej unikatowej skórki wspierają teorię? Według Freire'a „scenariusz zderzeń pierścienia naturalnie wytwarza liniową cechę dokładnie na równiku: jest to geometryczne przecięcie płaszczyzny pierścienia i powierzchni księżyca z (poprzednio) orbitą równikową”. Tektonika została bardzo dokładnie rozważona, ale tak idealnie liniowa formacja - zlokalizowana dokładnie na równiku - prawdopodobnie nie powstanie w wyniku procesów tektonicznych, a Japet nie wykazuje żadnych oznak aktywności wulkanicznej.
„Kolejną kluczową cechą skórki jest to, że jej wysokość zmienia się niezwykle powoli wraz z długością geograficzną”, mówi Freire, „Można tego oczekiwać po osadzeniu materiału z pierścienia, ale nigdy nie zaobserwowano tak stałej wysokości dla żadnej cechy tektonicznej. Jeśli pochodzenie skórki było tektoniczne i poprzedzało ciemną powłokę, niekoniecznie powinno ograniczać się do Cassini Regio. Jeśli datuje się później powłokę, to skórka budowana z upwellingu z wnętrza Japetus powinna być znacznie jaśniejsza niż otaczająca powierzchnia. ”
Przeprowadzono znaczną analizę informacji dostarczonych przez obrazowanie Cassini. Wzdłużna długość grzbietu jest mniejsza niż 180 stopni, co sugeruje, że Japet nigdy nie był w pełni w obszarze pierścienia - co wskazuje, że zderzył się on tylko z krawędzią pierścienia. Rozważania dotyczące mechaniki niebieskiej wskazują, że zderzenie z krawędzią pierścienia powinno spowodować ruch uderzenia cząsteczki na wschód w stosunku do powierzchni satelity. „To wyjaśnia ważny zaobserwowany fakt: chociaż Cassini Regio jest symetryczny w stosunku do krawędzi w kierunku północ / południe, nie jest tak w kierunku wschód / zachód.” Ten model kolizji sugeruje, że skórka byłaby wyższa po stronie zachodniej, gdzie uderzenia byłyby bliżej pionu, a następnie powoli robiłaby dygresję przesuwając się na wschód - fakt ten potwierdzają obrazy. Przy milionach kraterów uderzeniowych tworzących się co sekundę wzdłuż linii wzór ten stałby się nie do pomylenia. Sublimacja lodów zawartych w uderzających cząsteczkach spowodowałaby powstanie przejściowej atmosfery o silnym gradiencie ciśnienia z dala od skórki. Ten gradient wytworzyłby szybki wiatr zdolny do przenoszenia drobnego pyłu. Freire mówi: „W naszej hipotezie pył osadzony przez takie wiatry stanowi ciemną powłokę regionu znanego dziś jako Cassini Regio”. Taki scenariusz jest poparty innymi dowodami: „Ciemne smugi zaobserwowane na skraju Cassini Regio wskazują, że to wiatr wiał od równika, który osadził„ pył ”. Możemy być tego pewni, ponieważ zdjęcia Cassiniego wyraźnie pokazują, że kurz osadza się w dół od krawędzi krateru. ” Nie można tego wyjaśnić lotem balistycznym cząstek z równika, jak sugeruje lider zespołu obrazowania Cassini, Carolyn Porco. Nie można go wytworzyć we współczesnym Japecie, ponieważ nie ma atmosfery. Wniosek, że niegdyś istniała przejściowa atmosfera, staje się nieunikniony.
Czy te ekscytujące odkrycia mogą wynikać z wcześniejszego uderzenia jednym z pierścieni Saturna? Wskazówki na pewno sprawiają, że elementy układanki dobrze do siebie pasują. Dzięki pracy wykonanej przez badaczy takich jak Paulo Freire, mogliśmy rozwiązać tajemnicę 333-letniego Układu Słonecznego.
Napisane przez Tammy Plotner, z podziękowaniami dla Paula Freire'a za jego wkład.
