Saturn wbrew pozorom nie jest jedyną planetą Układu Słonecznego, która otoczona jest układem skalistych i lodowych pierścieni. Zdecydowanie jednak jest to najbardziej imponujący układ tego typu i wszystkie inne bledną przy nim. Mimo stuleci obserwacji wciąż nie wiemy tak naprawdę, w jaki sposób powstały owe pierścienie. Tym samym brakuje nam informacji o tym, w jaki sposób owe pierścienie i proces ich powstawania wiąże się z obecnością lodowych księżyców gazowego olbrzyma. Najnowsze symulacje przeprowadzone za pomocą superkomputerów wskazują jednak na fascynujące wydarzenie w odległej przeszłości planety.
Według najnowszych badań przeprowadzonych przez NASA pierścienie Saturna mogły wyewoluować z pozostałości dwóch lodowych księżyców, które zderzyły się i rozpadły kilkaset milionów lat temu. Odłamki zniszczonych księżyców, które nie trafiły do pierścieni, mogły z czasem przyczynić się do powstania niektórych obecnie istniejących księżyców Saturna.
Legendarna już misja Cassini pomogła naukowcom zrozumieć, jak młode – z astronomicznego punktu widzenia – są pierścienie Saturna i prawdopodobnie niektóre jego księżyce. Wiedza ta sprowokowała jednak nowe pytania dotyczące ich rzeczywistego pochodzenia.
Aby dowiedzieć się więcej, zespół badawczy zwrócił się do firmy Distributed Research wykorzystującej superkomputer Advanced Computing (DiRAC) na Uniwersytecie w Durham w Wielkiej Brytanii. Za jego pomocą naukowcy modelowali, jak mogły wyglądać różne zderzenia między prekursorami księżyców. Symulacje te przeprowadzono w rozdzielczości ponad 100 razy wyższej niż poprzednie tego typu badania, przy użyciu kodu symulacyjnego SWIFT o otwartym kodzie źródłowym, co umożliwiło naukowcom najlepszy wgląd w historię układu Saturna.
Pierścienie Saturna znajdują się obecnie blisko planety, w tak zwanej granicy Roche’a – najdalszej orbicie, na której siła grawitacji planety jest wystarczająco potężna, aby rozerwać większe ciała skalne lub lodowe, które się do niej choć trochę zbliżą. Materia krążąca dalej od Saturna może zlepiać się, tworząc księżyce.
Symulując prawie 200 różnych wersji uderzenia, zespół odkrył, że wiele różnych scenariuszy kolizji może rozproszyć odpowiednią ilość lodu do granicy Roche’a Saturna, gdzie może on osadzić się w pierścieniach.
I chociaż alternatywne wyjaśnienia nie były w stanie wykazać, dlaczego w pierścieniach Saturna prawie nie ma skał – są one zbudowane prawie w całości z kawałków lodu – ten typ kolizji może to wyjaśnić.
„Kiedy lodowe księżyce przodków zderzają się ze sobą, skała w jądrach zderzających się ciał jest rozproszona w mniejszym stopniu niż pokrywający je lód”.
Lód i odłamki skalne uderzyłyby także w inne księżyce układu, potencjalnie powodując kaskadę zderzeń. Taki efekt mnożenia mógł rozbić inne księżyce poza pierścieniami, z których mogły powstać dzisiejsze księżyce.
Ale co w ogóle mogło wprawić w ruch te wydarzenia? Dwa z byłych księżyców Saturna mogły zderzyć się ze sobą wskutek skumulowania się oddziaływań grawitacyjnych ze strony Słońca, które zdestabilizowało ich orbity wokół planety. Przy odpowiedniej konfiguracji orbit dodatkowe przyciąganie ze strony Słońca może wywołać efekt kuli śnieżnej – „rezonans” – który wydłuża i przechyla zwykle okrągłe i płaskie orbity księżyców, aż ich ścieżki się ze sobą przetną, prowadząc do zderzenia.
Księżyc Saturna, Rhea, krąży dziś tuż poza miejscem, w którym księżyc napotkałby ten rezonans. Podobnie jak Księżyc na Ziemi, satelity Saturna z czasem oddalają się od planety. Tak więc, gdyby Rhea była bardzo stara, w niedawnej przeszłości także przecięłaby orbitę rezonansową. Jednak orbita Rhei jest bardzo okrągła i płaska. Sugeruje to, że nie doświadczył on destabilizującego wpływu rezonansu. A jeżeli tak, to całkiem możliwe, że księżyc ten powstał stosunkowo niedawno.
Nowe badania potwierdzają dowody na to, że pierścienie Saturna powstały niedawno, jednak nadal istnieje wiele pytań bez odpowiedzi. Jeśli przynajmniej niektóre z lodowych księżyców Saturna są również młode, co może to oznaczać dla potencjału życia w oceanach pod powierzchnią światów takich jak Enceladus? Czy możemy rozwikłać całą historię, począwszy od pierwotnego układu planety, przed uderzeniem, aż do dnia dzisiejszego?
Źródło: 1