Satürn’ün ekvator bölgesi etrafında dönen halkaları, gezegenin eğimli şekilde döndüğünü belli ediyor. Bu kemerli dev, Güneş etrafındaki yörünge düzlemine göre 26,7 derecelik bir açıyla dönüyor. Gökbilimciler uzun bir süredir bu eğikliğin, Satürn’ün komşusu Neptün’le olan kütleçekim etkileşimlerinden kaynaklandığını düşünmüştü çünkü Satürn’ün eğikliği, dönen bir topaç gibi Neptün’ün yörüngesiyle neredeyse aynı oranda devinim sergiliyor.
Fakat Massachusetts Teknoloji Enstitüsü ve diğer kurumlarda çalışan gökbilimcilerin yürüttüğü yeni bir modelleme çalışması, bu iki gezegen bir zamanlar eşgüdümlü hareket etmiş olabilse bile Satürn’ün Neptün’ün çekiminden kurtulduğunu gösteriyor. Peki bu gezegenlerin yeniden hizalanmasını sağlayan şey neydi? Araştırma takımının titizlikle test edilmiş bir hipotezi var: Kayıp bir uydu.
Science bülteninde çıkan bir çalışmada araştırmacılar, günümüzde 83 uyduya ev sahipliği yapan Satürn’ün bir zamanlar Chrysalis adını verdikleri fazladan bir uydusunun daha olduğunu öne sürüyorlar. Bilim insanları, Chrysalis’in kardeşleriyle birlikte birkaç milyar yıldır Satürn’ün etrafında döndüğünü ve Neptün ile birlikte eğikliği muhafaza edecek şekilde gezegeni itip çektiğini ileri sürüyor.
Fakat araştırma takımı, yaklaşık 160 milyon yıl önce Chrysalis’in kararsız hale gelerek gezegene çok yaklaştığını ve bunun sonucunda gezegeni sıyırarak uzaklaştığını tahmin ediyor. Uydunun kaybolması, Satürn’ü Neptün’ün hakimiyetinden kurtarmaya ve günümüzdeki eğikliğiyle bırakmaya yetmiş.
Dolayısıyla bu kayıp uydu, uzun süredir devam eden iki gizemi; Satürn’ün günümüzdeki eğikliğini ve halkalarının yaşını açıklayabilir. Halkaların daha önce yaklaşık 100 milyon yıllık oldukları; yani gezegenin kendisinden çok daha genç oldukları tahmin edilmiş.
MIT’de çalışan gezegen bilimleri profesörü ve yeni çalışmanın baş yazarı Jack Wisdom, “Tıpkı bir kelebek kozası gibi bu uydu da uzun bir süredir beklemede kalıp aniden harekete geçmiş ve halkalar ortaya çıkmış” diyor.
İlerleme zamanı
Bilim insanları 2000’li yılların başlarında, Satürn’ün eğik ekseninin Neptün’ün yörünge rezonansında hapsolmasından kaynaklandığını ileri sürmüşler. Fakat 2004’ten 2017’ye kadar Satürn’ün yörüngesinde dolaşan NASA’nın Cassini uzay aracıyla yapılan gözlemler, bu probleme yeni bir boyut eklemişti. Bilim insanları Satürn’ün en büyük uydusu Titan’ın, Satürn’den tahmin edilenden daha hızlı uzaklaştığını (yılda yaklaşık 11 santimetre) keşfetmişlerdi. Titan’ın bu hızlı göçü ve meydana getirdiği çekim etkisi sebebiyle bilim insanları, Satürn’ün eğikliğinden ve Neptün ile olan yörüngesel rezonansının devam etmesinden uydunun sorumlu olduğuna kanaat getirmişti.
Fakat bu açıklama, bilinmeyen önemli bir şeye; Satürn’ün eylemsizlik momentine dayanıyor. Eylemsizlik momenti, kütlenin gezegenin iç kısmında nasıl dağıldığıyla ilgili. Satürn’ün eğikliği, maddenin merkezde veya yüzey yakınında daha yoğun olup olmamasına göre farklılık gösterebilirdi.
“Problemde ilerleme katetmek için Satürn’ün eylemsizlik momentini belirlememiz gerekiyordu” diyor Wisdom.
Kayıp unsur
Wisdom ve meslektaşları, yeni çalışmalarında Cassini’nin “Büyük Final”inde yaptığı son gözlemlerden bazılarını kullanarak Satürn’ün eylemsizlik momentini belirlemeye karar vermişler. Büyük Final, uzay aracının gezegene olağanüstü derecede yaklaştığı ve böylelikle gezegenin tamamı etrafındaki kütleçekim alanını hassas şekilde çıkardığı bir görev aşamasıydı. Bu kütleçekim alanı, gezegendeki madde dağılımının belirlenmesinde kullanılabiliyor.
Wisdom ve meslektaşları Satürn’ün iç kısmını modelleyerek, Cassini’nin gözlemlediği kütleçekim alanıyla uyuşan bir madde dağılımı belirlemişler. Şaşırtıcı bir keşif yaparak, yeni belirlenen bu eylemsizlik momentinin Satürn’ü Neptün ile olan rezonansın yakınına ve bu rezonansın hemen dışına yerleştirdiğini bulmuşlar. Gezegenler bir zamanlar eşgüdümlü hareket etmiş olabilseler de, artık böyle değiller.
“Ardından, Satürn’ün Neptün’ün rezonansından ne şekillerde çıkabileceğini aramaya koyulduk” diyor Wisdom.
Araştırma takımı ilk olarak, mevcut uydular arasında bulunan doğal istikrarsızlıkların gezegenin eğikliğine etki edip etmediğini görmek üzere Satürn ve uydularının yörünge dinamiklerini geriye doğru evrimleştiren canlandırmalar yürütmüş. Bu araştırmadan sonuç çıkmamış.
Araştırmacılar sonrasında bir gezegenin yalpalama hareketini tarif eden matematiksel denklemleri yeniden incelemişler. Yalpalama, bir gezegenin dönüş ekseninin zamanla nasıl değiştiğini gösteriyor. Bu denklemin bir koşulu, tüm uyduların yaptığı katkıları içeriyor. Araştırma takımı, toplamdan bir uydunun çıkarılması halinde gezegenin yalpalamasının etkilenebileceğini belirlemiş.
Sorulması gereken soru ise Satürn’ün Neptün’ün rezonansından çıkması için bu uydunun ne kadar ağır olması ve hangi dinamiklerin gerçekleşmesi gerekeceğiymiş.
Wisdom ve meslektaşları, bir uydunun kütlesi ile yörünge çapı gibi özelliklerini ve Satürn’ü rezonanstan çıkarmak için gerekecek yörünge dinamiklerini belirlemek amacıyla sanal canlandırmalar yürütmüşler.
Canlandırmalar sonucunda Satürn’ün günümüzdeki eğikliğinin, Neptün ile olan rezonanstan ve uydusu Chrysalis’in kaybından kaynaklandığına karar vermişler. Hemen hemen Satürn’ün en büyük üçüncü uydusu Iapetus’un boyutunda olan Chrysalis, gezegenin rezonanstan çıkmasını sağlamış.
200 ila 100 milyon önceki bir zamanda, Chrysalis kaotik bir yörünge bölgesine girerek Iapetus ve Titan ile birkaç kez yakınlaşmış. Nihayetinde Satürn’ün çok yakınına gelerek, kendisini parçalara ayıran bir sıyırma çarpışması yaşamış. Bu çarpışma sonucunda uydunun geriye kalan ufak bir bölümü, gezegenin etrafında enkazla dolu bir halka halinde dönmeye başlamış.
Araştırmacılar Chrysalis’in bu kayboluşunun, Satürn’ün yalpalamasını ve günümüzdeki eğikliği ile halkalarının sonradan oluşumunu açıkladığını bulmuşlar.
“Çok güzel bir hikaye fakat tüm öteki sonuçlar gibi diğer bilim insanları tarafından incelenmesi gerekecek” diyor Wisdom. “Ancak görünüşe göre bu kayıp uydu, sadece istikrarsız hale gelmeyi bekleyen bir kozaymış.” (Chrysalis İngilizce’de koza demek).
Araştırma kısmen NASA ve ABD Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenmiş.
Kaynak: Jennifer Chu/Massachusetts Teknoloji Enstitüsü. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
