'방목하는 만남'이 달을 부숴서 토성의 고리를 형성했을 수 있다는 새로운 연 구 제안 - Sciencetimes

행성의 적도 주위를 빙빙 도는 토성의 고리는 행성이 기울어져 회전하고 있다는 사실을 알려줍니다. 띠 모양의 거인은 태양을 공전하는 평면에 대해 26.7도 각도로 회전합니다. 천문학자들은 이 기울기가 해왕성의 궤도와 거의 같은 속도로 토성의 기울기가 마치 회전하는 팽이처럼 세차운동을 함에 따라 이웃 해왕성과의 중력 상호작용에서 비롯된 것이라고 오랫동안 의심해 왔습니다.

그러나 MIT와 다른 곳의 천문학자들에 의한 새로운 모델링 연구에 따르면 두 행성이 한때 동기화되었을 수 있지만 이후 토성은 해왕성의 끌어당김에서 벗어났습니다. 이 행성 재배열의 원인은 무엇입니까? 팀은 하나의 세심하게 테스트된 가설을 가지고 있습니다. 바로 사라진 달입니다.

에 나타난 연구에서 과학, 팀은 오늘날 83개의 위성을 보유하고 있는 토성이 한때 번데기라는 이름의 추가 위성을 적어도 하나 더 숨겨두었음을 제안합니다. 연구원들은 형제들과 함께 번데기가 수십억 년 동안 토성을 공전하면서 해왕성과 공명하여 기울기 또는 “경사”를 유지하는 방식으로 행성을 당기고 당기고 있다고 제안합니다.

그러나 팀은 약 1억 6천만 년 전에 번데기가 불안정해져서 인공위성을 떼어 놓은 방목하는 조우에서 행성에 너무 가까이 왔다고 추정합니다. 달의 손실은 토성을 해왕성의 손아귀에서 제거하고 현재의 기울기로 남겨두기에 충분했습니다.

게다가 연구원들은 번데기의 부서진 몸체 대부분이 토성에 영향을 미쳤을 수 있지만 파편의 일부는 궤도에 떠 있는 채로 남아 있었고 결국 작은 얼음 덩어리로 부서져 행성의 특징적인 고리를 형성했을 수 있다고 추측합니다.

따라서 누락된 위성은 두 가지 오래된 미스터리를 설명할 수 있습니다. 토성의 현재 기울기와 이전에 약 1억 년 전으로 추정되었던 고리의 나이는 행성 자체보다 훨씬 젊습니다.

이번 연구의 주저자이자 MIT 행성과학 교수인 잭 위즈덤(Jack Wisdom)은 “나비의 번데기처럼 이 위성은 오랫동안 휴면 중이었다가 갑자기 활성화되면서 고리가 나타났다”고 말했다.

이 연구의 공동 저자로는 MIT의 Rola Dbouk, 버클리 캘리포니아 대학의 Burkhard Militzer, 애리조나 대학의 William Hubbard, 캘리포니아 대학 산타 크루즈의 Francis Nimmo와 Bryna Downey, Wellesley College의 Richard French가 있습니다.

진보의 순간

2000년대 초, 과학자들은 토성의 기울어진 축이 행성이 해왕성과 공명 또는 중력 결합에 갇힌 결과라는 아이디어를 제시했습니다. 그러나 2004년부터 2017년까지 토성을 도는 NASA의 카시니 우주선이 관측한 결과 문제에 새로운 반전이 일어났다. 과학자들은 토성의 가장 큰 위성인 타이탄이 예상보다 빠른 속도로 연간 약 11센티미터의 속도로 토성에서 멀어지고 있다는 것을 발견했습니다. 타이탄의 빠른 이동과 중력으로 인해 과학자들은 달이 기울어져 토성이 해왕성과 공명하도록 하는 원인이 될 가능성이 있다는 결론을 내렸습니다.

그러나 이 설명은 알려지지 않은 한 가지 주요 사항에 달려 있습니다. 토성의 관성 모멘트는 행성 내부에 질량이 분포하는 방식입니다. 토성의 기울기는 물질이 중심에 집중되어 있는지 표면 쪽으로 집중되어 있는지에 따라 다르게 작용할 수 있습니다.

Wisdom은 “문제를 해결하기 위해 우리는 토성의 관성 모멘트를 결정해야 했습니다.

잃어버린 요소

그들의 새로운 연구에서 Wisdom과 그의 동료들은 우주선이 정밀 지도에 극도로 근접한 접근을 한 임무의 한 단계인 “Grand Finale”에서 Cassini가 마지막으로 관찰한 일부를 사용하여 토성의 관성 모멘트를 찾아냈습니다. 지구 전체를 둘러싼 중력장. 중력장은 행성의 질량 분포를 결정하는 데 사용할 수 있습니다.

Wisdom과 그의 동료들은 토성의 내부를 모델링하고 Cassini가 관찰한 중력장과 일치하는 질량 분포를 확인했습니다. 놀랍게도, 그들은 새로 확인된 이 관성 모멘트가 토성을 해왕성과 가까이 있지만 해왕성과의 공명 바로 바깥에 위치시킨다는 것을 발견했습니다. 행성은 한때 동기화되었을 수 있지만 더 이상 동기화되지 않습니다.

“그런 다음 우리는 해왕성의 공명에서 토성을 제거하는 방법을 찾기 시작했습니다.”라고 Wisdom은 말합니다.

팀은 먼저 기존 위성 간의 자연적 불안정성이 행성의 기울기에 영향을 줄 수 있는지 여부를 확인하기 위해 토성과 위성의 궤도 역학을 시간적으로 거꾸로 진화시키는 시뮬레이션을 수행했습니다. 이 검색은 비어 있습니다.

그래서 연구원들은 행성의 자전축이 시간이 지남에 따라 어떻게 변하는지를 나타내는 수학적 방정식을 재조사했습니다. 이 방정식의 한 항에는 모든 위성의 기여가 있습니다. 팀은 이 합계에서 하나의 위성이 제거되면 행성의 세차 운동에 영향을 미칠 수 있다고 추론했습니다.

문제는 위성이 얼마나 거대해야 하고 토성을 해왕성의 공명에서 빼내기 위해 어떤 역학을 겪어야 하느냐는 것이었습니다.

Wisdom과 그의 동료들은 시뮬레이션을 실행하여 위성의 질량, 궤도 반경, 그리고 토성을 공명에서 떨어뜨리는 데 필요한 궤도 역학과 같은 위성의 속성을 결정했습니다.

그들은 토성의 현재 기울기가 해왕성과의 공명의 결과이며 토성의 세 번째로 큰 위성인 이아페투스 크기 정도의 위성인 번데기(Chrysalis)가 손실되어 공명을 피할 수 있었다고 결론지었습니다.

2억년에서 1억년 전 사이에 번데기는 혼돈의 궤도 영역에 진입하여 이아페투스 및 타이탄과의 긴밀한 조우를 여러 번 경험했으며, 결국 토성에 너무 가까이 다가와 위성을 산산이 조각내고 작은 부분만 남겼습니다. 파편이 흩어져 있는 고리처럼 행성을 도는 것입니다.

그들은 번데기의 손실이 토성의 세차 운동과 현재의 기울기, 그리고 고리의 늦은 형성을 설명한다는 것을 발견했습니다.

Wisdom은 “아주 좋은 이야기지만 다른 결과와 마찬가지로 다른 사람들이 검토해야 할 것입니다.”라고 말합니다. “하지만 이 잃어버린 위성은 불안정하기를 기다리는 번데기일 뿐인 것 같습니다.”

이 연구는 부분적으로 NASA와 국립과학재단의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2022/09/220915142436.htm