Naš jedini prirodni satelit, Mesec, odlazi polako od nas, sve dublje i dublje u svemir i za to je sam kriv. On povlači okeane na Zemlji, stvara plimsko ispupčenje koje zbog brze rotacije Zemlje istrčava napred… O tome imate priču ovde, a sad nas više interesuje drugi prirodni satelit, Titan. Mesec smo pomenuli samo zato da bismo videli kako on nije jedini koji se udaljava od matične planete, a i zato da bismo kasnije poredili mehanizme koji do tog udaljavanja dovode.

Titan Saturn

Titan ima prečnik od 5150 kilometara, najveći je satelit Saturna i drugi po veličini mesec u Sunčevom sistemu (posle Jupiterovog Ganimeda). Jedini je poznati mesec koji ima gustu atmosferu i koji na površini ima tečnost: jezera metana i etana.

Sve do nedavno naučnici su mislili da skoro sve znaju o kretanju to velikog satelita, pa i kojom brzinom se on udaljava od svoje matične planete. Ta pretpostavljena brzina je iznosila 0,1 centimetar godišnje. Ali sad su na osnovu podataka koje je na Zemlju poslao orbiter Kasini*, naučnici došli do zaključka da se Titan od Saturna udaljava čak sto puta brže: 11 centimetara godišnje! Dakle, umesto 0,1 cm čitavih 11 cm tokom jedne godine. 

* orbiter Kasini koji je preko jedne decenije obletao Saturn, više ne postoji, planski je srušen na Saturn 2017, ali je pre toga poslao obilje podatka koji se i dalje proučavaju


Saturn je nastao vrlo rano, kao jedno od prvih tela Sunčevog sistema pre nekih 4,6 milijardi godina, zatim su nastali njegovi brojni sateliti, među njima i Titan. Titan se sada nalazi na 1,2 miliona kilometara daleko od planete i ranije se pretpostavljalo da je na toj razdaljini otprilike i nastao. Sada, kada se računa i njegova brzina udaljavanja, izlazi da je nekada taj satelit bio prilično blizu Saturna. Izlazi zapravo da se čitav Saturnov sistem širio i to znatno brže nego što su raniji radovi to sugerisali.

To za nas obične ljubitelje astronomije ne znači puno, ali naučnici su sada u stanju da provere nove teorije pa i to kako planete utiču na orbite svojih satelita. Sem toga, ovi podaci mogu doprineti i zaključku o starosti samih satelita. Ako znamo kojom brzinom se udaljavaju od matične planete možemo zaključiti pre koliko vremena su bili znatno bliže tj. koliko su stari. 

  Fuller
Jim Fuller

O svemu ovome čitao sam neke članke koji su se u zadnje vreme pojavili u raznim elektronskim časopisima, ali nigde nisam uspeo da pronađem jasno objašnjenje kako i zbog čega dolazi do udaljavanja Titana od Saturna i to tako neočekivano velikom brzinom. Teoriju je kreirao mladi astrofizičar sa Kalteha Džim Fuler (Jim Fuller) sa saradnicima i to je manje - više sve što sam uspeo da saznam. Na to sam se u jednom razgovoru putem i-mejla požalio prof. Milanu Mijiću (koji živi i radi u Kaliforniji), a on mi reče da je Fuller izuzetno sposoban mlad istraživač i da se ovde radi o predivnom teorijskom modelu koji su eto merenja potvrdila. Reč po reč, iz naše korespodencije izronilo je objašnjenje koje ovde prepričavam.

Ključ rešenja je došao iz studija unutrašnje strukture Saturna. Skorašnja merenja kretanja čestica u prstenovima Saturna su pokazala da ta planeta kao celina ima kompleksne oscilacije, i po površini i po dubini. Neke od tih oscilacija postoje još od početka formiranja Saturna i njihova frekvenca se polako menja. Druge oscilacije su posledica plimskih talasa koje stvaraju sateliti Saturna.  


http://www.tapir.caltech.edu/~fuller/Movies/Spiral.mp4
. Izvor: Jim Fuller, Caltech.

Kao što merenja zemljotresa na Zemlji omogućavaju da se upozna njena unutrašnjost tako su i studije Saturnovih prstenova omogućile da se stvori prilično detaljna slika o unutrašnjosti te planete i da se klasifikuju i sračunaju njene razne vibracije i oscilacije.  Razlog je što unutrašnje oscilacije dovode do preraspodele masa unutar Saturna, što periodično menja njegovo gravitaciono polje.

 

I tu su teoretičari uočili važnu mogućnost. Ukoliko se sinhronizuje period kruženja Titana oko Saturna sa periodom tih oscilacija onda imamo rezonancu. A rezonanca je (u fizici) „pojava koja nastaje kod sistema koji prisilno oscilira kad pri određenoj frekvenciji pobude postiže maksimalnu amplitudu osciliranja“. Pošto je ovo objašnjenje iz Vikipedije razumljivo uglavnom samo fizičarima daćemo primer koji će svaki roditelj razumeti. Imate ljuljašku i vašeg malog anđela na njoj (dete tu zapravo nije bitno, ali je primer slikovitiji). Ukoliko u određenim periodima ljuljašku lako gurnete ona se njiše sve više. E to je rezonanca. Naravno postoji određeno trenje koje usporava ljuljašku, ali ono pri rezonanciji ne dominira.

Vratimo se sad Titanu i Saturnu. Pri rezonanci plimske deformacije unutar Saturnove atmosfere maksimalno guraju jednu specifičnu oscilaciju u Saturnovom omotaču, isto kao što roditelj može da gurne gorepomenutu ljuljašku punom snagom onda kada je ona u najvišem položaju i za momenat zastane. Tako se rad koji Titan vrši na plimski talas potpuno predaje toj specifičnoj unutrašnjoj oscilaciji Saturna pa sam plimski talas ostaje gde jeste i vuče Titan. Pošto je u tom rezonantnom slučaju taj prenos energije najveći, plimski talas će biti najviše koliko je moguće ispred linije Saturn-Titan, pa će njegovo dejstvo na Titan biti veće i Titan će se udaljavati brže.  

Fizičari očekuju da period tih unutrašnjih oscilacija polako smanjuje u vremenu usled kompleksne evolucije unutrašnjosti Saturna. Fuler i njegovi saradnici su tu došli do važnog teorijskog otkrića koje je ilustrovano na ovoj slici. 

animacija

http://www.tapir.caltech.edu/~fuller/Movies/Encelsurf.mp4 Izvor: Jim Fuller, Caltech.

Satelit koji jednom uđe u rezonancu sa nekom specifičnom oscilacijom Saturna ostaje stalno u toj rezonanci iako se njen period polako menja sa vremenom. To dovodi to bržeg udaljavanja satelita od Saturna nego da nema rezonance

 

Fizičari kažu da se Titana udaljava od planete, ali ostaje u zaključanoj rezonanci (tj. orbitalni period Titana i unutrašnje oscilacije Saturna su u rezonanci). 

Brže nego očekivano udaljavanje Saturnovih satelita dovodi i do novog objašnjenja njihovog formiranja. 

Sturn Titan

Po Fulerovoj rezonantnoj teoriji kako se sporo menjaju periodi unutrašnjih oscilacija u omotaču Saturna tako se sateliti Saturna udaljavaju ostajući uvek u rezonanci. Oni su dakle formirani daleko bliže Saturnu u odnosu na to gde su sada. Na primer, Titan je sada ne oko četiri puta većem rastojanju od Saturna u odnosu na rastojanje na kome se formirao, kako ukazuje crvena strelica. Razlog tako velikog pomeranja je „zaključana“ rezonanca Titanovog orbitalnog perioda sa specifičnom oscilacijom u omotaču Saturna koja dovodi do toga da plimski talas “istrčava” ispred Titana najviše što može i gura ga najviše što može na višu orbitu. Efekat je najveći u slučaju Titana kao najmasivnijeg satelita, ali je prisutan i kod drugih satelita koji su po ovom scenariju takođe formirani bliže Saturnu.

 

E sad, to je teorija. Velika vest ovog leta je bila njena potvrda skorašnjim merenjima koristeći dva metoda.

Prvi metod, kako smo rekli je koristio precizna merenja položaja „Kasini“ orbitne stanice. Pošto i gravitaciono privlačenje Titana utiče na Kasini, analizom Kasinijevih orbita bilo je moguće dedukovati lokaciju Titana i odatle izmeriti njegovo godišnje udaljavanje.

Drugi metod se zasnivao na kompilaciji klasičnih astronomskih merenja položaja Titana i ostalih Saturnovih satelita sa Zemlje od 1886-te pa do sadašnjeg vremena.  Kombinacija oba metoda je dala pomenutu vrednost od 11 cm na godinu dana, kako je i predviđao model Fulera i njegovih saradnika.

Imamo dakle potpuno objašnjenje brzine udaljavanja Saturnovih satelita i novu sliku njihovog formiranja. A pošto je sav model baziran na hipotezi o unutrašnjoj strukturi Saturna imamo i indirektnu potvrdu naše slike o njoj, iako ne možemo da je vidimo. Zaista lep uspeh planetarne astronomije.

 


Dodaj komentar


Sigurnosni kod
Osveži