Choć na pierwszy rzut oka mogłoby się wydawać, że wraz z upływem czasu w Układzie Słonecznym niemal nic się nie zmienia – przecież Ziemia zawsze w ciągu 365 dni obiega Słońce, a co miesiąc mamy do czynienia z pełnią księżyca – w rzeczywistości w Układzie Słonecznym zmiany zachodzą nieustannie. Na przykład, planety powoli, ale stopniowo oddalają się od Słońca, a większość księżyców oddala się od swoich planet.
Do takich księżyców należy Tytan, jeden z naturalnych satelitów Saturna. Tak się jednak składa, że Tytan może oddalać się od gazowego giganta znacznie szybciej, niż sądzono – nawet sto razy szybciej. Pokazały to wyniki badań opublikowanych w czasopiśmie Nature Astronomy.
Pędzący księżyc
Odkrycie dokonane przez autorów wymienionej pracy ma ogromne znaczenie. Sugeruje ono bowiem, że słynny księżyc powstał dużo bliżej swojej planety-matki, niż dotychczas uważano, a w ciągu jakichś 4,5 miliarda lat swojego istnienia oddalił się od niej o około 1,2 miliona kilometrów. To z kolei może świadczyć, że w przeszłości naukowcy mylili się w wielu kwestiach na temat Saturna i jego Księżyców, a w szczególności na temat zjawiska znanego jako przyspieszenie pływowe (ang. tidal acceleration).
„Większość wcześniejszych prac przewidywała, że księżyce takie jak Tytan lub księżyc Jowisza – Callisto, powstały w odległościach orbitalnych podobnych do miejsc, w których widzimy je teraz.”, wyjaśnia Jim Fuller, astrofizyk-teoretyk z Politechniki Kalifornijskiej. „To wskazuje, że księżycowy układ Saturna i potencjalnie jego pierścienie formowały się i ewoluowały dynamiczniej, niż uważano.”
Kluczowym elementem zjawiska przyspieszenia pływowego jest tak zwane tarcie pływowe (ang. tidal friction). Jego efekty możemy dostrzec także na Ziemi. Obrót planety powoduje, że w ciągu doby w danym miejscu zmienia się siła przyciągania grawitacyjnego Księżyca i Słońca, odkształcając oceany oraz wywołując przypływy i odpływy. To ciągłe odkształcanie powoduje jednak tarcie i wytwarza ciepło, działając niczym gigantyczny hamulec dla obrotu Ziemi. Poza tym, deformuje ono ziemskie pole grawitacyjne, które z kolei wpływa na Księżyc, przyspieszając jego ruch orbitalny. Za sprawą przyznawanej w ten sposób dodatkowej energii Księżyc stopniowo się od nas oddala, w tempie około 3,82 centymetra rocznie.
Podobne zjawisko ma miejsce w przypadku Saturna i Tytana, ale dotychczas sądzono, że nie jest ono równie intensywne, jak w przypadku Ziemi i Księżyca. To dlatego, że Saturn jest planetą gazową – jego chmury powinny wytwarzać mniejsze tacie niż nasze oceany i skały. Zgodnie ze standardowymi teoriami Tytan powinien oddalać się od Księżyca o około 0,1 centymetra rocznie.
Diametralna różnica
Najnowsze badania, przeprowadzone z użyciem dwóch różnych metod analitycznych, pokazały jednak, że Tytan oddala się w tempie 11 centymetrów rocznie. Podczas swoich wysiłków naukowcy wykorzystali przede wszystkim dane zebrane przez sondę Cassini.
„Korzystając z dwóch zupełnie niezależnych zestawów danych – astrometrycznych i radiometrycznych – oraz dwóch różnych metod analitycznych, uzyskaliśmy w stu procentach spójne wyniki.”, powiedział Valery Lainey z Obserwatorium Paryskiego.
Tytan, zdjęcie wykonane przez sondę Cassini. | Źródło: NASA/JPL/University of Arizona
Ale dlaczego Tytan oddala się od Saturna szybciej, niż uważano? Ten fakt może wyjaśniać teoria jednego z autorów badań – Jima Fullera – z 2016 roku. Zgodnie z nią za omawiany stan rzeczy prawdopodobnie odpowiada mechanizm zaobserwowany wcześniej w przypadku gwiazd binarnych – blokowanie rezonansowe (ang. resonance locking). Mechanizm ten ma występować, gdy siła grawitacyjna księżyca ściska planetę, powodując jej oscylacje. To prowadzi rzekomo do wydzielania dużych ilości energii – energii odpychającej księżyc do planety.
Jeżeli Fuller ma rację, istnieje prawdopodobieństwo, że księżyce Jowisza również oddalają się od niego szybciej niż sądzono. Być może dane zebrane przez sondę Juno pozwolą to wykazać.
Źródło: Nature Astronomy, Foto. tyt. NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute