Wie lässt sich die einzigartige Neigung Saturns und die Jugendlichkeit seiner Ringe erklären? Eine neue Hypothese stellt die Idee eines katastrophalen Ereignisses in der Vergangenheit seines größten Mondes, Titan, in den Raum.
Messungen von Cassini zeigten, dass die Massenverteilung im Inneren Saturns leicht von früheren Modellen abweicht. Diese Entdeckung verändert die Berechnung seines Trägheitsmoments und bringt den Planeten aus einer lang anhaltenden gravitativen Resonanz mit der Umlaufbahn Neptuns. Ohne diese stabilisierende Wechselwirkung hätte Saturn eine ausgeprägte Achsneigung entwickelt.
Künstlerische Darstellung der Titan-Landschaft mit dunstiger Atmosphäre.
Wissenschaftler haben auch die Existenz eines heute verschwundenen Eismondes namens Chrysalis in Betracht gezogen. Numerischen Simulationen zufolge wäre dieser Mond durch Titan gestört worden, bevor er sich gefährlich Saturn näherte. Vor etwa 100 Millionen Jahren hätten die Gezeitenkräfte des Gasriesen ihn dann auseinandergerissen. Seine Trümmer würden heute die Ringe bilden, während die Gravitationswechselwirkung mit Chrysalis die Umlaufbahn Titans verändert hätte.
Allerdings zeigten die Modellierungen ein wahrscheinlicheres alternatives Szenario: Chrysalis kollidierte häufiger mit Titan selbst, anstatt in der Nähe Saturns zerrissen zu werden. Diese Verschmelzung von Chrysalis mit einem Proto-Titan hätte dann die Oberfläche des Mondes umgestaltet, was seine geringe Anzahl an Kratern sowie die Entstehung seiner dichten Atmosphäre erklären würde. Das katastrophale Ereignis hätte auch Material aus den inneren Schichten Titans freigesetzt.
Infolge dieses Aufpralls hätte sich die veränderte Umlaufbahn Titans sowohl verbreitert als auch gestreckt. Diese Veränderung hätte wiederum andere Satelliten wie Hyperion beeinflusst, dessen Bahnresonanz mit Titan genau auf diesen Zeitraum datiert werden würde. Hyperion könnte sogar ein Relikt dieser Kollision sein, der sich aus den ausgeworfenen Fragmenten zusammengelagert hat, wie in der im
Planetary Science Journal veröffentlichten Arbeit dargelegt.
Die durch dieses Ereignis ausgelösten Störungen hätten auch Iapetus geprägt und ihm seine stark geneigte Umlaufbahn verliehen. Darüber hinaus hätten Kollisionen zwischen den inneren Monden große Mengen eisiger Partikel freigesetzt und so zur Bildung der Saturnringe beigetragen. Simulationen stützen dieses Szenario.
Obwohl diese Hypothese mit den aktuellen Beobachtungen übereinstimmt, bedarf sie der Bestätigung. Die NASA-Mission Dragonfly, deren Start für 2028 geplant ist, könnte nach Hinweisen auf die Jugendlichkeit der Titanoberfläche suchen und vielleicht greifbare Beweise für diese Ereignisse liefern. Die Forscher hoffen, auf diese Weise die Geschichte des Saturnsystems genauer rekonstruieren zu können.
Die gravitative Resonanz
Gravitative Resonanz tritt auf, wenn zwei Himmelskörper Umlaufbahnen haben, deren Perioden in einem einfachen Verhältnis zueinander stehen, beispielsweise 4:3 oder 2:1. Diese Beziehung kann ihre Bahnen über lange Zeiträume entweder stabilisieren oder destabilisieren und ihre Bewegung um ein massereicheres Objekt wie einen Planeten beeinflussen.
Im Sonnensystem werden solche Resonanzen zwischen mehreren Monden und Planeten beobachtet. Die Jupitermonde liefern ein Beispiel dafür, wobei Resonanzen die Regelmäßigkeit ihrer Umlaufbahnen bewahren. Diese Wechselwirkungen können die Körper vor Kollisionen schützen oder sie im Gegenteil zu Begegnungen führen.
Für Saturn stellt die Resonanz zwischen Titan und Hyperion einen bemerkenswerten Fall dar. Ihre gebundene Umlaufbahn bedeutet, dass auf vier Umrundungen Saturns durch Titan Hyperion genau drei vollendet.
Die gravitative Resonanz ist somit ein wertvolles Werkzeug, um die Geschichte von Planetensystemen zu modellieren. Sie ermöglicht es Astronomen, Bahnänderungen über Millionen von Jahren zurückzuverfolgen und liefert Hinweise auf frühere Episoden, die die Welten geformt haben, die wir heute beobachten.
Quelle: Planetary Science Journal