Satürn'ün Halkaları ve Eğimi, Neptün ile Etkileşimden Değil, Satürn'ün Artık Yok Olmuş Bir Uydusundan Kaynaklanıyor Olabilir!

Gezegenin ekvatoru etrafında dönen Satürn halkaları, gezegenin bir eğimde döndüğünü meydana çıkarıyor. Kemerli dev, Güneş'in yörüngesinde döndüğü düzleme göre 26.7 derecelik bir açıyla kendi ekseni etrafında dönüyor. Astronomlar uzun zamandır, bu eğimin, komşusu Neptün ile olan kütleçekimsel etkileşimlerden kaynaklandığını düşünüyordu. Böyle düşünmelerinin sebebi ise; Satürn'ün eğiminin, dönen bir topaç gibi Neptün'ün yörüngesiyle hemen hemen aynı oranda devinmesiydi.

MIT ve başka yerlerdeki astronomların yaptığı yeni bir modelleme çalışması, iki gezegen eskiden senkronize olmuşlarsa bile Satürn'ün artık Neptün'ün çekiminden kurtulduğunu buldu. Bu gezegenlerin yeniden hizalanmasından ne sorumluydu? Ekibin titizlikle test edilmiş bir hipotezi bulunuyor: Kayıp bir uydu!

Science dergisindeki bir çalışmada ekip, bugün 83 uyduya sahip Satürn'ün bir zamanlar en az bir tane daha, "Chrysalis" adını verdikleri ekstra bir uyduya sahip olduğunu düşünüyor.^[1] Araştırmacılara göre; kardeşleriyle beraber Chrysalis, Satürn'ün yörüngesinde birkaç milyar yıl boyunca döndü. Bu esnada gezegeni, Neptün ile rezonans içinde, gezegenin eğimini veya eğikliğini koruyacak şekilde çekiştiriyordu.

Ancak yaklaşık 160 milyon yıl önce, ekibe göre, Chrysalis dengesizleşti ve gezegene sürtünecek kadar çok yaklaştı. Bunun sonucunda da uydu, parçalara ayrıldı. Uydunun kaybı, Satürn'ü Neptün'ün hâkimiyetinden çıkarıp bugünkü eğimiyle bırakmaya yeterliydi. Araştırmacılara göre ayrıca, Chrysalis'in parçalanmış gövdesinin çoğu Satürn'ü etkilemiş olsa da parçalarının bir kısmı yörüngede asılı kalmış ve sonunda küçük buzlu parçalara ayrılarak gezegenin imza halkalarını oluşturmuş olabilir.

Dolayısıyla kayıp uydu, uzun zamandır var olan iki gizemi açıklayabilir: Satürn'ün günümüzdeki eğimi ve eskiden 100 milyon yaşında yani gezegenden daha genç olduğu düşünülen halkaların yaşı. MIT'deki gezegen bilimi profesörü ve yeni çalışmanın başyazarı Jack Wisdom şöyle söylüyor:

Tıpkı bir kelebeğin krizaliti gibi, bu uydu uzun süre hareketsizken bir anda aktif oldu ve halkalar ortaya çıktı.

İlerleme Anı!

2000'lerin başlarında bilim insanları; Satürn'ün eğimli ekseninin, gezegenin Neptün'ün rezonansında veya kütleçekimsel etkileşimde sıkışmasının bir sonucu olduğunu öne sürdü. Ancak, NASA'nın 2004 ile 2017 arasında Satürn'ün yörüngesinde dönen Cassini uzay aracından alınan gözlemler, probleme yeni bir boyut kazandırdı. Bilim insanları, Satürn'ün en büyük uydusu olan Titan'ın, her yıl 11 santimetrelik bir oranla beklenilenden daha hızlı bir şekilde Satürn'den uzaklaştığını buldular. Titan'ın bu hızlı göçü ve kütleçekimsel çekimine dayanarak bilim insanları, uydunun, Satürn'ün eğiminden ve Neptün ile rezonansının korunmasından sorumlu olduğu sonucuna vardı.

Fakat bu açıklama büyük bir bilinmeyene dayanıyordu: Satürn'ün eylemsizlik momenti, yani gezegenin içinde kütlenin nasıl dağıldığı. İçerisindeki maddenin çekirdekte mi yoksa yüzeye doğru mu daha yoğun olduğuna bağlı olarak, Satürn'ün eğimi de farklı davranıyor olabilirdi. Wisdom şöyle söylüyor:

Problemde ilerleme kaydetmek için Satürn'ün eylemsizlik momentini belirlememiz gerekiyordu.

Kayıp Öğe!

Yeni çalışmalarında Wisdom ve iş arkadaşları, Cassini'nin "Büyük Finali" esnasında çekilen son gözlemlerin bazılarını kullanarak Satürn'ün eylemsizlik momentini saptamaya çalıştılar. Büyük Final, tüm gezegeni saran çekim alanını tam olarak haritalamak için, uzay aracının gezegene aşırı yaklaştığı görev fazına deniyor. Çekim alanı, gezegendeki kütle dağılımını belirlemek için kullanılabiliyor.

Wisdom ve iş arkadaşları, Satürn'ün içini taklit ettiler ve Cassini'nin gözlemlediği çekim alanıyla uyuşan bir kütle dağılımı belirlediler. Şaşırtıcı bir şekilde, yeni saptanılan eylemsizlik momentinin Satürn'ü Neptün'ün rezonansının çok yakınına ama hemen dışarısına yerleştirdiğini buldular. Gezegenler bir zamanlar senkronize olsalar da artık değiller. Wisdom şöyle söylüyor:

Sonrasında, Satürn'ü Neptün'ün rezonansından çıkaracak yollar aramaya başladık.

Ekip öncelikle, var olan uydular arasındaki herhangi doğal bir dengesizliğin, gezegenin eğimini etkileyip etkilemediğini görmek istedi. Bunun için de Satürn ve uydularının yörünge dinamiklerini zamanda geriye doğru evrimleştirmek üzere simülasyonlar gerçekleştirdiler. Bu araştırmadan elleri boş döndüler.

Bu yüzden araştırmacılar, bir gezegenin devinimini, yani bir gezegenin dönüş eksenin zamanla nasıl değiştiğini, tanımlayan matematiksel denklemleri tekrardan incelediler. Bu denklemdeki bir terime tüm uyduların katkısı bulunuyordu. Ekip, bu toplamdan bir uydunun çıkarılmasının gezegenin devinimini etkileyebileceğini düşündü.

Asıl soru şuydu: Bu uydu ne kadar büyük olmalıydı ve Satürn'ü Neptün'ün rezonansından çıkarmak için ne tür dinamiklerden geçmeliydi? Wisdom ve ekibi; kütle, yörünge yarıçapı ve Satürn'ü rezonanstan atacak gerekli yörüngesel dinamikler gibi uydunun özelliklerini saptamak için simülasyonlar gerçekleştirdi.

Satürn'ün günümüzdeki eğiminin, Neptün ile rezonanası ve Chrysalis uydusunun kaybı olduğu sonucuna vardılar. Satürn'ün üçüncü en büyük uydusu lapetus büyüklüğündeki Chrysalis, gezegenin rezonanstan kaçmasına olanak tanımıştı.

200 ila 100 milyon yıl önce Chrysalis kaotik bir yörünge bölgesine girdi, Iapetus ve Titan ile bir dizi yakın karşılaşma yaşadı ve sonunda Satürn'e çok fazla yaklaştı. Satürn'e sürtündüğü bu karşılaşmada uydu, parçalara ayrıldı ve geriye enkaz dolu bir halka olarak gezegeni çevreleyen küçük bir kısmı kaldı. Araştırmacılar Chrysalis'in kaybının; Satürn'ün devinimini, bugünkü eğimini ve sonradan oluşan halkalarını açıkladığını buldular. Wisdom şöyle söylüyor:

Bu oldukça iyi bir hikâye ama tıpkı diğer tüm sonuçlar gibi, bunun da diğerleri tarafından incelenmesi gerekiyor. Ancak görünen o ki bu kayıp uydu, dengesizliğini elde etmeyi bekleyen bir krizalitmiş.