Astronomen breken zich al jaren het hoofd over de oorsprong van de ringen van Saturnus, de ongewone kanteling van de planeet en zijn vreemde band met Neptunus. Nu blijkt dat een uiteengescheurde maan al deze mysteries kan verklaren.
Saturnus heeft zowel zijn kanteling als zijn ringen mogelijk te danken aan een maan die uit elkaar is gescheurd. Op basis van metingen van ruimtevaartuig Cassini hebben astronomen de ontwikkeling van de planeet en zijn omgeving gesimuleerd. Daaruit volgt dat een extra maan, die tussen 100 miljoen en 200 miljoen jaar geleden werd vernietigd, beide mysterieuze kenmerken kan verklaren. Deze zou zich tussen de andere Saturnusmanen Titan en Iapetus hebben bevonden.
De as van Saturnus is ongeveer 27 graden gekanteld ten opzichte van het vlak waarin hij ronddraait. Die kanteling verandert langzaam door een verschijnsel dat precessie wordt genoemd en vergelijkbaar is met een tol die op een tafel wiebelt. De snelheid van deze precessie is bijna precies gelijk aan de precessiesnelheid van Neptunus.
Thomas Hertog werkte samen met Stephen Hawking en onderzoekt de oerknal
Tijd en natuurwetten zijn voortgekomen uit de oerknal, in een chaotisch proces van toevalligheden, zegt theoretisch natuurkun ...
Daarom dachten astronomen tot dusver dat de twee planeten elkaars beweging via de zwaartekracht voortdurend beïnvloeden. Als dat het geval is, kan deze zogeheten resonantie in combinatie met de beweging van Titan – de grootste maan van Saturnus – de kanteling van de ringenplaneet verklaren.
Weer overeind
Planeetwetenschapper Jack Wisdom van de Amerikaanse universiteit MIT vond met zijn team echter aanwijzingen voor een ander scenario. Met gegevens van Cassini ontdekten ze dat Saturnus zich net buiten het gebied bevindt waarbinnen resonantie met Neptunus mogelijk is. Dat wijst erop dat de planeet relatief kort geleden uit dit gebied is geduwd. Ook concludeerden de wetenschappers op basis van Titans huidige beweging dat als Saturnus eerder wel in het resonantiegebied zat, hij nu een kanteling van ongeveer 36 graden had moeten hebben, in plaats van 27.
Volgens Wisdom en zijn team zijn de eigenschappen van Saturnus verklaarbaar als er ooit een extra maan rond de planeet draaide. Die maan moet dan op een gegeven moment zijn vernietigd of weggeslingerd. Daardoor werd Saturnus met geweld uit het resonantiegebied met Neptunus geduwd en kwam hij weer wat meer rechtop te staan. ‘Bij zo’n gebeurtenis zou het hele systeem door elkaar zijn geschud, zodat Saturnus weer overeind werd gezet’, zegt astronoom Maryame El Moutamid van de Cornell-universiteit in New York, die niet bij dit werk betrokken was.
Vlinder
Als de extra maan is vernietigd, zijn de achtergebleven brokstukken later mogelijk uitgegroeid tot de ringen van Saturnus. Dat bracht de onderzoekers op het idee de verwoeste maan Chrysalis te noemen, naar de Engelse naam voor de vorm die een rups aanneemt als hij in een vlinder verandert. ‘De vlinder blijft lang in deze popfase sluimeren. Dan ontpopt hij zich en slaat hij zijn vleugels uit’, zegt Wisdom. ‘Op dezelfde manier was dit lange tijd gewoon een kleine ijsmaan. Maar toen werd hij uit elkaar gerukt en kwamen de ringen plotseling tevoorschijn.’
Als deze gebeurtenis tussen 100 miljoen en 200 miljoen jaar geleden plaatsvond, zou dat in één klap drie raadsels verklaren: de huidige kanteling van Saturnus, hoe dicht de planeet zich bij het resonantiegebied met Neptunus bevindt en het ontstaan van zijn ringen. De onderzoekers voerden 390 simulaties uit van Saturnus en zijn omgeving, inclusief Chrysalis. 17 daarvan kwamen vrij goed overeen met het systeem dat we nu zien, met ringen en al.
Hoe elegant deze verklaring ook lijkt, volgens El Moutamid zal ze moeilijk te bewijzen zijn. ‘Maar de natuurkunde erachter is niet verkeerd. De simulaties laten zien dat de kans klein is dat dit scenario heeft plaatsgevonden, maar niet verwaarloosbaar klein.’ Om erachter te komen of Chrysalis echt heeft bestaan, is misschien een ruimtevaartuig nodig dat extreem dicht rond Saturnus draait en op die manier gedetailleerde waarnemingen kan doen.
