토성의 고리는 약 100억 년 전이지만 어떻게 그렇게 최근에 형성될 수 있었는지는 불분명합니다. 띠 모양의 거인은 태양을 공전하는 평면에 대해 26.7도 각도로 회전합니다.

이후 토성의 기울기 해왕성의 궤도와 거의 같은 속도로 회전하는 팽이처럼 세차운동을 하는 천문학자들은 이 기울기가 해왕성과의 중력 상호작용으로 인한 것이라고 오랫동안 가설을 세워 왔습니다. Neptune.

두 행성이 한때 동기화되었을 수 있지만, MIT 그리고 다른 대학들은 그 사실을 발견했습니다. 토성 이후 해왕성의 끌어당김을 피했습니다. 

행성의 이러한 재정렬의 원인은 무엇입니까?

팀은 새로운 가설을 제시합니다. 그들은 토성 시스템에 이전에 번데기라는 이름의 추가 위성이 포함되어 있다고 제안했습니다. 와 함께 다른 위성들, 번데기는 수십억 년 동안 토성을 공전하면서 해왕성과 공명하여 기울기 또는 "경사"를 유지하는 방식으로 행성을 당기고 잡아당겼습니다.

그러나 번데기는 약 160억 XNUMX만 년 전에 불안정해졌으며 방목을 하면서 행성에 너무 가까이 다가가 위성을 산산조각 냈습니다. 달의 손실은 토성을 해왕성의 끌어당김에서 해방시키고 현재의 기울기를 주기에 충분했습니다. 또한 번데기 파편의 일부는 궤도에 떠 있는 채로 남아 있었고 결국 작은 얼음 덩어리로 부서져 행성의 특징적인 고리를 형성할 수 있었습니다.

천문학자들은 이 사라진 달이 두 가지 오랜 미스터리를 설명할 수 있다고 제안합니다. 토성의 현재 기울기와 토성의 고리 나이는 약 100억 년 전으로 추정되며 이는 행성 자체보다 훨씬 젊습니다.

MIT 행성과학 교수이자 이번 연구의 주저자인 Jack Wisdom은 다음과 같이 말했습니다. “나비의 번데기처럼 이 위성은 오랫동안 휴면 중이었다가 갑자기 활성화되어 고리가 나타났습니다.”

2000년대 초반에 과학자들은 토성이 중력 공명 또는 해왕성과의 연결 때문에 기울어진 축을 가지고 있다고 가정했습니다. 그러나 2004년부터 2017년까지 토성을 공전한 NASA 우주선인 카시니(Cassini)는 문제에 새로운 각도를 제공하는 발견을 했습니다. Titan, 토성의 가장 큰 위성은 예상보다 빠른 연간 약 11센티미터의 속도로 토성에서 이동하는 것으로 발견되었습니다. 이 빠른 이동과 중력으로 인해 과학자들은 달이 기울어져 토성이 해왕성과 공명하도록 하는 데 책임이 있을 가능성이 있다는 결론을 내릴 수 있었습니다.

MIT 행성과학 교수이자 이번 연구의 주저자인 Jack Wisdom은 다음과 같이 말했습니다. "문제를 진전시키기 위해 우리는 토성의 관성 모멘트를 결정해야 했습니다."

이 새로운 연구에서 과학자들은 우주선이 중력장을 정확하게 매핑하기 위해 극도로 근접한 접근을 한 임무의 한 단계인 "Grand Finale"에서 Cassini가 찍은 마지막 관찰 중 일부를 사용하여 토성의 관성 모멘트를 찾아냈습니다. 전체 행성 주위에. 중력장은 행성의 질량 분포를 결정하는 데 사용할 수 있습니다.

그들은 토성의 내부를 모델링하고 카시니가 관찰한 중력장과 일치하는 질량 분포를 확인했습니다. 놀랍게도, 새로 확인된 이 관성 모멘트는 토성을 해왕성과의 공명에 가깝지만 바로 바깥에 두었습니다. 행성은 한때 동기화되었을 수 있지만 더 이상 동기화되지 않습니다.

그들은 궤도 역학을 발전시키기 위해 시뮬레이션을 수행하는 것으로 시작했습니다. 토성과 그 위성 시간을 거꾸로. 그들은 기존 위성 사이의 자연적인 불안정성이 행성의 기울기에 영향을 줄 수 있는지 여부를 결정하기를 원했습니다. 이 검색은 비어 있습니다.

세차 운동으로 알려진 행성의 회전 축이 시간이 지남에 따라 어떻게 이동하는지 더 잘 이해하기 위해 과학자들은 그것을 설명하는 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.

시뮬레이션을 실행하여 과학자들은 번데기의 질량과 궤도 반경, 그리고 토성을 공명에서 제거하는 데 필요한 궤도 역학을 포함한 번데기의 속성을 결정했습니다. 그들은 토성과 해왕성 사이의 공명이 행성의 현재 기울기를 일으켰고 토성의 세 번째로 큰 위성인 이아페투스(Iapetus) 크기와 비슷한 위성 번데기의 손실로 인해 토성이 공명을 피할 수 있었다고 결론지었습니다.

과학자들은 다음과 같이 말했습니다. "200억년에서 100억년 전 사이에 번데기는 혼돈의 궤도 영역에 진입하여 이아페투스 및 타이탄과 몇 차례 가까운 조우를 경험했으며 결국 토성에 너무 가까이 다가가서 위성을 산산이 조각내고 작은 부분만 남겨 둡니다. 잔해가 흩뿌려진 고리처럼 행성을 도십시오."

"번데기의 손실은 토성의 세차 운동과 현재의 기울기, 그리고 늦은 고리 형성을 설명합니다."

지혜 말했다, “꽤 좋은 이야기지만 다른 결과와 마찬가지로 다른 사람들이 검토해야 할 것입니다. 그러나 이 잃어버린 위성은 불안정하기를 기다리는 번데기일 뿐인 것 같습니다.”

저널 참조 :

1. Jack Wisdom et al. 위성의 손실은 토성의 경사와 어린 고리를 설명할 수 있습니다. 과학. DOI : 10.1126/science.abn1234