Laut den Ergebnissen einer neuen Studie könnte Saturn sein ausladendes Ringsystem und seine unverwechselbare Neigung dem Tod eines alten Mondes namens Chrysalis verdanken.
Der Gasriese Saturn ist eine der spektakulärsten Sehenswürdigkeiten in unserem Sonnensystem. Obwohl er in der Vergangenheit das Ziel mehrerer ehrgeiziger Missionen war, bleiben jedoch wichtige Fragen offen, wie der ikonische Planet zu seinem beeindruckenden Ringsystem kam und warum genau er mit einer Neigung von 26,7 Grad relativ zu seiner Umlaufbahn umkreist.
Astronomen glauben seit einiger Zeit, dass der schwungvolle Winkel des Saturn das Ergebnis eines Gravitationswechselspiels zwischen dem Gasriesen, seinen 83 Monden und der vom Planeten Neptun auf ihn ausgeübten Anziehungskraft sei. Die Beziehung zu letzterem wurde hergestellt, als Astronomen erkannten, dass Saturns kreiselartige Bewegung sehr gut mit der orbitalen Kadenz von Neptun übereinstimmte.
Mit anderen Worten, es wurde angenommen, dass die beiden massiven Planeten eine starke Gravitationsassoziation teilen – auch bekannt als Resonanz.
Daten, die von der Raumsonde Cassini gesammelt wurden, die das Saturnsystem zwischen Juni 2004 und September 2017 erkundete, informierten weiter über die Beziehung, indem sie enthüllten, dass sich der massive Mond Titan mit einer überraschenden Geschwindigkeit von 11 cm pro Jahr vom Saturn entfernte.
Dies veranlasste einige Wissenschaftler zu der Annahme, dass der Gravitationseinfluss und die Auswärtsbewegung dieses natürlichen Satelliten – der deutlich größer als der Erdmond ist – wahrscheinlich für die Aufrechterhaltung der Umlaufbahnresonanz zwischen Saturn und Neptun verantwortlich war.
Diese Theorie basierte jedoch auf einer wichtigen und weitgehend undefinierten Eigenschaft des Saturn – seinem „Trägheitsmoment“. Dies ist im Wesentlichen der Begriff, der verwendet wird, um die Massenverteilung innerhalb eines Himmelskörpers zu beschreiben.
Das Trägheitsmoment ist ein wichtiger Faktor für Astronomen, die die Bahneigenschaften einer Welt verstehen wollen, da die Verteilung und Dichte der Masse im Inneren eines Planeten einen erheblichen Einfluss auf seine Neigung haben kann. Wenn Wissenschaftler das Trägheitsmoment nicht gut verstehen, wird es daher schwieriger, die Geschichte dieses Planeten genau herauszufinden, wenn beispielsweise Computermodelle verwendet werden.
Cassinis Vermächtnis
Nun, ein Team von Forschern jetzt haben verwendete Cassini-Daten aus dem letzten Teil seiner Mission – bekannt als “Grand Finale” – zur Verfeinerung des Trägheitsmoments von Saturn und entdeckte, dass es außerhalb des Bereichs liegt, der erforderlich ist, um eine Umlaufbahnresonanz mit Neptun aufrechtzuerhalten.
Während des „großen Finales“ wurde Cassini angewiesen, eine Reihe gewagter Tauchgänge zwischen der Wolkenoberfläche des Saturn und seinen innersten Ringen zu unternehmen. Insgesamt wurden 22 Tauchgänge durchgeführt, bei denen die Raumsonde Daten über die innere Struktur des Saturn und die Massenverteilung darin sammelte.
Das Team verwendete Computermodelle, um eine Karte der Massenverteilung von Saturn zu erstellen, die zu Cassinis realen Gravitationsmessungen passte. Obwohl es knapp war, zeigten die Ergebnisse des Teams, dass die Anziehungskraft von Titan nicht ausreicht, um die Gravitationsresonanz zwischen Saturn und Neptun aufrechtzuerhalten. Nach Saturns heutiger Neigung zu urteilen, glaubt das Team jedoch, dass es in der Vergangenheit eine Resonanz gab, die Milliarden von Jahren andauerte und später gebrochen wurde.
Um das Geheimnis zu lüften, begann das Team, Computersimulationen durchzuführen, die im Wesentlichen die Uhr der Planetenentwicklung von Saturn zurückdrehten, um zu versuchen, Gravitationsinstabilitäten zu entdecken, die für den Bruch mit Neptun verantwortlich sein könnten.
Nach zahlreichen Simulationen kam das Team zu dem Schluss, dass Saturn einst mindestens einen weiteren großen Satelliten beherbergte, der ungefähr so groß war wie der Mond Iapetus, der am heutigen Tag einen Durchmesser von 457 Meilen (736 km) hat.
Der Tod eines Mondes
Nach den Ergebnissen der Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Science, hätte der Gravitationseinfluss dieses lange toten Mondes die zerbrechliche Resonanz zwischen Saturn und Neptun aufrechterhalten. Im Laufe von mehreren Milliarden Jahren hätte dieser Gravitationstanz zwischen den Gasriesen und Monden die Saturnachse langsam in eine extreme Neigung gebracht.
Die Beziehung sollte jedoch nicht von Dauer sein. Das Team schätzt, dass der Mond vor etwa 160 Millionen Jahren mit dem Gravitationseinfluss seiner Geschwister Titan und Iapetus in Konflikt geriet und immer näher an die Oberfläche des Saturn gedrängt wurde.
Schließlich wäre Chrysalis von den enormen Kräften, die auf sie ausgeübt wurden, zerfetzt worden. Der Großteil der Mondmasse wäre unter der Wolkenoberfläche des Saturn verschwunden. Eine kleine Menge würde diesem Schicksal jedoch entkommen und sich schließlich um den Äquator herum ansiedeln.
Mit der Zerstörung des Mondes wurde die fein ausbalancierte Resonanz gebrochen, was Saturn mit seiner charakteristischen Umlaufbahnneigung und den Voraussetzungen für das fantastische Ringsystem hinterließ, das wir heute sehen.
Anthony Wood ist ein freiberuflicher Wissenschaftsautor für IGN
Bildnachweis: NASA/JPL/Space Science Institute