Titan migrerer væk fra Saturn 100 gange hurtigere end tidligere forudsagt

Efter jordiske standarder, Saturns måne Titan er et mærkeligt sted. Større end planeten Merkur, Titan er svøbt i en tyk atmosfære (det er den eneste måne i solsystemet, der har en) og dækket af floder og have af flydende kulbrinter som metan og ethan. Under disse er en tyk skorpe af vandis, og under det kan der være et flydende vandhav, der potentielt kan rumme liv.

Nu, årtiers målinger og beregninger har afsløret, at Titans kredsløb omkring Saturn udvider sig - hvilket betyder, månen kommer længere og længere væk fra planeten - med en hastighed omkring 100 gange hurtigere end forventet. Forskningen tyder på, at Titan blev født meget tættere på Saturn og migrerede ud til sin nuværende afstand på 1,2 millioner kilometer (ca. 746, 000 miles) over 4,5 milliarder år.

Resultaterne er beskrevet i et papir, der vises i tidsskriftet Natur astronomi den 8. juni.

"Det meste tidligere arbejde havde forudsagt, at måner som Titan eller Jupiters måne Callisto blev dannet i en kredsløbsafstand svarende til, hvor vi ser dem nu, " siger Caltechs Jim Fuller, adjunkt i teoretisk astrofysik og medforfatter på det nye papir. "Dette indebærer, at det saturniske månesystem, og potentielt dens ringe, har dannet og udviklet sig mere dynamisk end tidligere antaget."

For at forstå det grundlæggende i orbital migration, vi kan se til vores egen måne. Jordens måne udøver en lille tyngdekraft på planeten, mens den kredser. Det er det, der forårsager tidevand:Månens rytmiske træk får Jordens oceaner til at bule fra side til side. Friktionsprocesser inde i jorden omdanner noget af denne energi til varme, forvrængning af jordens tyngdefelt, så den trækker månen frem i sin bane. Dette får månen til at få energi og gradvist bevæge sig længere væk fra jorden, med en hastighed på omkring 3,8 centimeter om året. Denne proces er virkelig gradvis, selvom; Jorden vil ikke "miste" månen, før både jorden og månen er opslugt af solen om cirka seks milliarder år.

Titan udøver et lignende træk på Saturn, men friktionsprocesserne inde i Saturn menes normalt at være svagere end dem i Jorden på grund af Saturns gasformige sammensætning. Standardteorier forudsiger, at på grund af dens afstand fra Saturn, Titan burde migrere væk med en langsom hastighed på højst 0,1 centimeter om året. Men de nye resultater modsiger denne forudsigelse.

I arbejdet beskrevet i Nature Astronomy papiret, to hold af forskere brugte hver sin teknik til at måle Titans kredsløb over en periode på 10 år. En teknik, kaldet astrometri, producerede præcise målinger af Titans position i forhold til baggrundsstjerner i billeder taget af Cassini-rumfartøjet. Den anden teknik, radiometri, målte Cassinis hastighed, da den blev påvirket af Titans gravitationspåvirkning.

"Ved at bruge to fuldstændig uafhængige datasæt - astrometriske og radiometriske - og to forskellige analysemetoder, vi opnåede resultater, der er i fuld overensstemmelse, " siger undersøgelsens første forfatter, Valéry Lainey tidligere fra JPL (som Caltech administrerer for NASA), nu af Paris Observatory, PSL Universitet. Lainey arbejdede med astrometriteamet.

Resultaterne er også i overensstemmelse med en teori foreslået i 2016 af Fuller, som forudsagde, at Titans migrationshastighed ville være meget hurtigere end standard tidevandsteorier anslået. Hans teori bemærker, at Titan forventes at presse Saturn gravitationsmæssigt med en bestemt frekvens, der får planeten til at svinge kraftigt, på samme måde som at svinge benene på en gynge med den rigtige timing kan køre dig højere og højere. Denne proces med tidevandskraft kaldes resonanslåsning. Fuller foreslog, at den høje amplitude af Saturns oscillation ville sprede en masse energi, hvilket igen ville få Titan til at migrere udad væk fra planeten i en hurtigere hastighed end tidligere antaget. Ja, observationerne fandt begge, at Titan migrerer væk fra Saturn med en hastighed på 11 centimeter om året, mere end 100 gange hurtigere end tidligere teorier forudsagt.

"Resonanslåseteorien kan gælde for mange astrofysiske systemer. Jeg er nu i gang med noget teoretisk arbejde for at se, om den samme fysik kan ske i binære stjernesystemer, eller exoplanetsystemer, " siger Fuller.

Papiret har titlen "Resonanslåsning i gigantiske planeter indikeret af Titans hurtige kredsløbsudvidelse."