Naukowcom udało się wyjaśnić, dlaczego dwa księżyce Saturna – Pandora i Prometeusz, poruszają się nieregularnie po swoich orbitach. Te dwa małe księżyce o nieregularnym kształcie są powiązane ze sobą oraz pierścieniem F planety tak subtelnymi oddziaływaniami grawitacyjnymi, że przewidywanie ich ruchu po orbicie jest prawie niemożliwe.

Pandora i Prometeusz to obiekty, które odpowiadają za szczególnie skomplikowany kształt pierścienia F Saturna, w szczególności za jego małą szerokość. Są jakby jego “pasterzami”. Oddziaływanie Pandory powstrzymuje pierścień przed rozciągnięciem się na zewnątrz, a Prometeusza – do wewnątrz. Ich istnienie przewidzieli jeszcze przed odkryciem satelitów przez Voyagera, tylko na podstawie cech pierścienia, naukowcy Peter Goldreich i Scott Tremaine.

Obserwacje ruchu księżyców w ostatnich latach nie zgadzały się z wynikami, które zostały wyliczone na podstawie danych zebranych przez sondę Voyager w latach 1980 i 1981. Ich pozycja na orbicie odbiega o około 20 stopni od pozycji wyliczonych na podstawie danych sondy Voyager z lat 1980-1981, kiedy księżyce te zostały odkryte. Pandora “spieszy się”, a Prometeusz “spóźnia” w swej wędrówce. Przy uwzględnieniu rozmiarów orbity, odechylenie od przewidywanej pozycji wynosi około 160 tysięcy kilometrów w jedną albo drugą stronę.

Chaotyczne grawitacyjne oddziaływania pomiędzy nimi mogą wyjaśnić te rozbieżności” – powiedziała dr Nicole Rappaport z NASA Jet Proipulsion Laboratory w Pasadenie. Wraz z profesorem Peterem Goldreichem z California Institute of Technology przedstawili oni swoje wyniki w tym tygodniu na corocznym spotkaniu American Astronomical Society’s Division of Planetary Sciences w Birmingham.

Chaotyczne oddziaływanie, które na początku nie jest istotne w obliczaniu orbity, może na przestrzeni wielu lat doprowadzić do wielkich zmian, których wcześniejsze przewidzenie było niemożliwe. Za każdym razem (co około 28 dni) kiedy Pandora mija Perseusza dochodzi między nimi do silniejszego oddziaływania grawitacyjnego. Ponieważ orbity obu obiektów nie są kołowe, odległość między księżycami przy takich spotkaniach za każdym razem jest inna. Przez to zaburzenie we wszelkie obliczenie ruchu księżycy po orbicie wkrada się w chaos, zmiany nie są ani okresowe, ani przewidywalne.

Nicole Rappaport i Peter Goldreich przewidzieli 20 lat temu, że ruch Pandory może być chaotyczny. “To jest jak sen, który się urzeczywistnił” – powiedział Goldreich na temat obserwacji, które pasowały do przewidywań. Dla niego, to kolejne po odkryciu księżyców, urzeczywistnienie wyników przewidywań.

To samo oddziaływanie grawitacyjne, które odpowiada za utrzymanie wąskiego kształtu pierścienia F, oddala równocześnie od niego Pandorę i Prometeusza – “zawracając” cząsteczki w kierunku pierścienia księżyce są “odpychane”. Jeszcze większy wpływ na oddalanie księżyców ma znajujący się bliżej Saturna pierścień A. Naukowcy przewidują więc powolne rozszerzenie się pierścienia F i pojawiły się nowe pytania na temat dalszych losów grubości pierścienia i jego “pasterzy”.

Jedna ze starszych teorii głosiła, że pierścień jest bardzo młody (liczy sobie około 10 milionów lat) i dlatego też może być taki wąski. W porównaniu z wiekiem Saturna, to tak jakby powstał on trzy minuty temu, podczas gdy cała planeta miałaby wiek 24 godzin. Niektórzy naukowcy uznają, że jest mało prawdopodobnym, żeby teorię tę się udało potwierdzić.

Konkurencyjną teorię opracowali w 1982 roku Rappaport, Goldreich i Tremaine. Związana ona była z założeniem chaotycznego ruchu Pandory. Przełom nastąpił w latach dziewięćdziesiątych, kiedy w związku z korzystnym nachyleniem pierścieni planety w kierunku Ziemi, nastał dobry czas na ich obserwacje. Za pomocą między innymi Teleskopu Kosmicznego Hubble’a stwierdzono odchylenie położenia księżyców od wcześniej wyliczonego. Po raz pierwszy okazało się, że nie zawsze astronomowie potrafią przewidzieć pozycję obiektu na orbicie.

Golreich i Rappaport zademonstrowali, że stosując model chaotyczny, można otrzymać pozycje satelitów bardzo zbliżone do tych zaobserwowanych przez HST. “Chaos wynika z grawitacyjnego oddziaływania między księżycami” – powiedział Rappaport. – “To pierwsza obserwacja chaotycznego ruchu orbitalnego w Układzie Słonecznym“. Wcześniej udało się tylko zaobsewaoać chaotyczny ruch innego księżyca Satuna, Hyperiona, dookoła własnej osi.

Golreich i Rappaport mają nadzieję, że ich praca pozowli również rozwiązać problem wieku pierścieni.

Autor

Zbigniew Artemiuk