Undersøgelsen beskriver historien om Saturns små indre måner

De små indre måner i Saturn ligner kæmpe ravioli og spaetzle. Deres spektakulære form er blevet afsløret af Cassini-rumfartøjet. For første gang, forskere fra universitetet i Bern viser, hvordan disse måner blev dannet. De ejendommelige former er et naturligt resultat af sammensmeltede kollisioner mellem små måner af samme størrelse, som computersimuleringer viser.

Da Martin Rubin, astrofysiker ved universitetet i Bern, så billederne af Saturns måner Pan og Atlas på internettet, han var forundret. Nærbillederne taget af Cassini-rumfartøjet i april 2017 viste genstande, som NASA i sin pressemeddelelse beskrev som flyvende tallerkener med en diameter på omkring 30 km. Med deres store kamme og løgformede centre, Pan og Atlas lignede også kæmpe ravioli. Martin Rubin undrede sig over, hvordan disse ejendommelige genstande var dannet og spurgte sin kollega Martin Jutzi, om de kunne være resultatet af kollisioner, magen til den, der dannede kometen Chury, som Jutzi tidligere havde demonstreret med computersimuleringer.

Martin Jutzi og Adrien Leleu, begge medlemmer af NCCR PlanetS, tog udfordringen med at beregne dannelsesprocessen af ​​Saturns små indre måner. Den første, simple tests fungerede godt. "Men derefter, vi tog tidevandskræfterne i betragtning og problemerne hobede sig op, " husker Adrien Leleu. "Forholdene tæt på Saturn er meget specielle, " bekræfter Martin Jutzi. Da Saturn har 95 gange mere masse end Jorden, og de indre måner kredser om planeten i en afstand på mindre end halvdelen af ​​afstanden mellem Jorden og Månen, tidevandet er enormt og trækker næsten alt fra hinanden. Derfor, Saturns indre måner kunne ikke have dannet sig med disse ejendommelige former ved gradvis ophobning af materiale omkring en enkelt kerne. En alternativ model kaldet pyramideform antyder, at disse måner blev dannet af en række sammensmeltninger af små måneletter af samme størrelse.

Efter at have løst deres indledende problemer, forskerne kunne verificere det pyramideformede regime, men endnu mere:De viste, at månesletternes kollisioner resulterede i præcis de former, som Cassini havde afbildet. Tæt på frontale fusioner fører til fladtrykte objekter med store ækvatoriale højdedrag, som observeret på Atlas og Pan. Med lidt mere skrå anslagsvinkler, kollisioner resulterede i aflange spaetzle-lignende former, der lignede den 90 km lange måne Prometheus, som den blev fotograferet af Cassini.

Frontalkollisioner har høj sandsynlighed

Baseret på månernes nuværende kredsløb og deres kredsløbsmiljø, forskerne kunne vurdere, at stødhastighederne var af størrelsesordenen nogle få 10 m/s. Simulering af kollisioner i dette område for forskellige anslagsvinkler, de fik forskellige stabile former, der ligner ravioli og spaetzle, men kun til lave anslagsvinkler. "Hvis anslagsvinklen er større end ti grader, de resulterende former er ikke længere stabile, " siger Adrien Leleu. Enhver andeformet genstand som kometen Chury ville falde fra hinanden på grund af Saturns tidevand. "Det er derfor, Saturns små måner ser meget anderledes ud end kometer, der ofte har tolobede former, " forklarer Martin Jutzi.

Interessant nok, frontale sammenstød er ikke så sjældne, som man skulle tro. De små indre måner menes at stamme fra Saturns ringe, en tynd skive placeret i planetens ækvatorialplan. Da Saturn ikke er en perfekt sfære, men snarere oblat, det gør det svært for enhver genstand at forlade dette smalle plan. Så, frontalkollisioner er hyppige, og anslagsvinklen har en tendens til at blive endnu lavere ved efterfølgende stød. "En betydelig del af sådanne sammensmeltede kollisioner finder sted enten ved det første møde eller efter 1-2 hit-and-run-begivenheder, " opsummerer forfatterne i deres papir offentliggjort i dag i Natur astronomi . "I denne henseende, Saturn er næsten et legetøjssystem til at studere disse processer, siger Martin Rubin.

Selvom forskerne hovedsageligt fokuserede på de små indre måner i Saturn, de fandt også en mulig forklaring på et mangeårigt mysterium vedrørende Saturns tredjestørste måne ved navn Iapetus. Hvorfor har Iapetus en oblate form og en karakteristisk ækvatorial højderyg? "Vores modelleringsresultater tyder på, at disse egenskaber kan være et resultat af en sammensmeltning af måner af lignende størrelse, der finder sted med en tæt på frontal anslagsvinkel, ligner de mindre måner, " opsummerer forskerne.