Het verlies van voormalige Saturnusmaan Chrysalis had een groot effect op de planeet zelf, zo wijzen computermodellen uit.

Het jonge zonnestelsel stond bol van de catastrofale aanvaringen tussen planeten, manen en asteroïden. Daarbij verdwenen er nogal eens ruimteobjecten of ontstonden er nieuwe. Maar iets minder lang geleden (lees: 100 tot 200 miljoen jaar geleden) vond er waarschijnlijk ook zo’n rampzalige gebeurtenis plaats. Een maan van Saturnus kwam te dicht bij de planeet, werd in stukken gescheurd en die stukken werden de ringen. Ook hielp de verdwenen maan Saturnus aan zijn sterk gekantelde draai-as. Zo stellen sterrenkundigen van het MIT in een publicatie in Science.

Lees ook:

• Hoe en wanneer zijn de ringen van Saturnus ontstaan?
• ‘Titan trekt veel sneller weg van Saturnus’
• Niet Jupiter maar Saturnus heeft de meeste manen

‘Trek- en duwwerk’

Je kunt ze al met een kleine telescoop vanaf de aarde zien: de prachtige brede ringen van Saturnus. Uniek in ons zonnestelsel. Die ringen lopen niet evenwijdig aan het vlak waarin Saturnus om de zon draait, maar aan de evenaar van de planeet. En die staat schuin omdat de draai-as van Saturnus een hoek van bijna 27 graden maakt ten opzichte van de denkbeeldige lijn loodrecht op dit omloopvlak. En dat is niet het enige wat zo bijzonder is aan de planeet: de draai-as wiebelt ook nog eens een beetje. Zoals een tol die bijna is uitgedraaid.

Lang werd gedacht dat dit gewiebel het gevolg was van de zwaartekracht die onder meer buurplaneet Neptunes uitoefent op Saturnus. Dat werkt als volgt. Telkens wanneer Neptunes tijdens zijn omloop om de zon in de buurt van Saturnus komt, ‘trekt’ hij een beetje aan de draai-as van de ringenplaneet. En wanneer hij verder weg is, ‘duwt’ hij aan de draai-as. Planeet kundigen spraken zelfs van resonantie: de bewegingen van de draai-as van Saturnus vallen dan precies samen met het trek- en duwwerk van Neptunes tijdens diens baan om de zon.

Uit resonantie

De nieuwe studie zet deze theorie op zijn kop. Het onderzoeksteam, onder leiding van Jack Wisdom, kreeg de laatste gegevens van het Cassini-ruimteschip – dat jarenlang om Saturnus heen vloog – onder ogen. Tijdens een extreme close-by bracht Cassini het zwaartekrachtsveld van de planeet gedetailleerd in kaart. Op basis hiervan wilden de onderzoekers de samenstelling van Saturnus bepalen. Zit de materie van Saturnus vooral geconcentreerd rondom zijn kern of ‘hangt’ het vooral aan de buitenkant (als een soort buikvet)? Dit heeft namelijk effect op de gekantelde draai-as en de genoemde resonantie.

De computermodellen toonden verrassend genoeg aan dat Saturnus’ draai-as weliswaar dicht bij resonantie is met Neptunes’ omloopbaan, maar het nét niet haalt. Ooit was dit volgens de onderzoekers wel het geval, maar iets heeft Saturnus uit die resonantie getrokken. Wat?

Uiteen gereten

Wisdom en zijn team voerden verschillende computersimulaties uit om achter dit mysterie te komen. Eerste ‘spoelden’ ze de tijd terug om te kijken of er iets vreemds gebeurde met de banen van Saturnus en diens manen. Dat bleek niet het geval.

Toen besloten de onderzoekers te kijken wat er zou gebeuren als Saturnus vroeger één maan meer had – hij bezit er nu 83 – en die op een bepaald moment gewoonweg zou verdwijnen. Dat bleek enorm verschil te maken. Het verlies van een maan ter grootte van Iapetus (de nu op twee na grootste Saturnusmaan) zou voldoende verstoring hebben gegeven om de draai-as van Saturnus uit de resonantie te laten ontsnappen.

Het verlies van Chrysalis – zoals de maan wordt genoemd – moet 200 tot 100 miljoen jaar geleden hebben plaatsgevonden. Volgens de simulaties werd de baan van Chrysalis instabiel en ging hij slingeren. Daarbij botste hij een paar keer bijna op andere manen. Ten slotte kwam Chrysalis te dicht bij Saturnus en daar werd hij in stukken uiteen gereten. Stukken die vervolgens de ringen van Saturnus werden.

Past mooi in elkaar

“Wat een leuk onderzoek; het leest als een detective!”, vertelt sterrenkundige en planeetdeskundige Daphne Stam van de TU Delft. “Er zijn veel onzekerheden in de analyse, maar zelfs dan is het mijns inziens een heel aannemelijke verklaring voor de net-niet-resonantie van Saturnus’ draai-as.”

“De computermodellen van de onderzoekers geven ook aan hoe groot die maan ongeveer geweest moet zijn”, vervolgt ze. “En hoewel Saturnus’ ringen enorm groot zijn – een paar honderdduizend kilometer van de planeet tot de rand – zijn ze minder dan honderd meter dik. De hoeveelheid materiaal in de ringen komt mooi overeen met die van de verdwenen maan. Verder valt het uiteenrukken van de maan zo’n 100 tot 200 miljoen jaar geleden overeen met de leeftijd van de ringen, zoals die uit andere Cassini-metingen is afgeleid. Het past allemaal erg mooi in elkaar!”

Toch zal een definitieve bevestiging volgens Stam nog moeten komen. “Dat zou bijvoorbeeld kunnen door een grondige computeranalyse van de huidige variaties van de samenstelling van de ringen: kloppen die met een uit elkaar gevallen ijsmaan? Of nog beter: een precieze datering van de ouderdom van de ringen door ringmateriaal te ‘vangen’ en in een lab chemisch te onderzoeken. Wie weet kan dat ooit in de toekomst!”

Bronnen: Science, MIT via EurekAlert!, AAAS via EurekAlert!

Beeld: NASA Hubble, CC-BY-SA 2.0

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!