Niezależnie od tego, czy pierścienie Saturna są współczesne, czy starożytne, jego księżyce są tak stare jak sama planeta

Saturn słynie z dwóch rzeczy: charakterystycznych struktur pierścieniowych i dużego systemu naturalnych satelitów. Obecnie odkryto 146 księżyców i satelitów krążących wokół pierścieniowego olbrzyma, z czego 24 to zwykłe satelity. Należą do nich siedem największych księżyców: Tytan, Rea, Japetus, Dione, Tetyda, Enceladus i Mimas, które są lodowymi ciałami, które prawdopodobnie zawierają wewnętrzne oceany. Ponadto istnieją nierozwiązane kwestie dotyczące wieku tych księżyców, a niektórzy podejrzewają, że powstały one w późniejszym czasie (jak pierścienie Saturna, które mają kilkaset milionów lat).

Aby odpowiedzieć na te pytania, międzynarodowy zespół astronomów stworzył serię symulacji o wysokiej rozdzielczości połączonych z ulepszonymi szacunkami populacji obiektów transneptunowych (TNO). Pozwoliło im to na skonstruowanie chronologii uderzeń najbardziej pokrytych kraterami regularnych księżyców Saturna – Mimasa, Enceladusa, Tetydy, Dione i Rhei. Te konkretne ograniczenia wiekowe dotyczą 4,1 i 4,4 miliarda lat temu W przypadku wszystkich pięciu wewnętrzne dwa księżyce wydają się młodsze niż trzy zewnętrzne. Wyniki te mogą mieć ważne implikacje dla naszego zrozumienia powstawania i ewolucji pływowej księżyców w zewnętrznym Układzie Słonecznym.

Badania prowadziła Emily Wai Wong, badaczka w Instytucie Instytut Nauk o Ziemi (ELSI) w Tokijskim Instytucie Technologii. Dołączył do niej Ramon Bracer, profesor nadzwyczajny w ELSI i Instytut Badań nad Aktywami w Centrum Badań Astronomii i Nauk o Ziemi (ORI-RCAES), Stephanie C. Werner, zastępca dyrektora Centrum siedlisk planetarnych (PHAB) na Uniwersytecie w Oslo i główna naukowiec Michelle R. Kirchhoffa z Uniwersytetu w Oslo Południowo-Zachodni Instytut Badawczy (sui ri). „Ich papier”Starożytne regularne księżyce Saturnaniedawno ukazał się w czasopiśmie Ikar.

Usuń dziś wszystkie reklamy z Universe

Dołącz do Patreona za jedyne 3 USD!

Uzyskaj doświadczenie bez reklam na całe życie

Ponieważ do układu Saturna nie wysłano jeszcze przykładowych misji powrotnych, ustalenie dokładnego wieku jego satelitów jest niezwykle trudne. Zamiast radioaktywnych próbek datowanych na podstawie datowań Wong i jej zespół zaczęli tworzyć chronologię kraterów satelitów. Datując kratery uderzeniowe na powierzchni, można określić pewne ogólne ograniczenia dotyczące czasu istnienia tych księżyców. Pierwszym krokiem w tym procesie było modelowanie szybkości powstawania kraterów w zewnętrznym Układzie Słonecznym, gdzie migracja planet-olbrzymów prowadziła do okresów bombardowań przez przemieszczone TNO i inne obiekty.

W Poprzednie badanieWong i jej współpracownicy symulowali oś czasu zewnętrznego Układu Słonecznego, rozpoczynając od początku migracji planet-olbrzymów, który, jak ustalili, miał miejsce 4,5 miliarda lat temu. Następnie wykorzystali predykcyjne symulacje Monte Carlo, aby określić oczekiwaną gęstość kraterów, zakładając dwa różne rozkłady wielkości i częstotliwości TNO napotykających planety-olbrzymy i ich satelity. Łączy się je w celu uzyskania wieku powierzchni satelitów z gęstszymi kraterami, takich jak Jowisz, Saturn i Uran, który waha się od 3,8 do 4,4. Miliard lat.

Niestety, ta i inne poprzednie symulacje przez ostatnie 3,5 miliarda lat charakteryzowały się słabą dokładnością ze względu na ograniczoną liczbę planetozymali w ich symulacjach. Uniemożliwiło im to uzyskanie dokładnego wieku satelitów o małej gęstości kraterów (takich jak Enceladus), a uzyskany wiek wykazał znaczne różnice w zależności od dwóch różnych rozmiarów TNO. Jak zauważają w swoim artykule:

„W tej pracy uzyskaliśmy dokładniejszą chronologię kraterów na regularnych lodowych satelitach, którą można zastosować do całej historii Układu Słonecznego. Obliczyliśmy typowy wiek powierzchni wspomnianych satelitów dla różnych średnic kraterów izochron zbliżonych do tych znalezionych dla Księżyca i Marsa w wewnętrznym Układzie Słonecznym.” Zastosowaliśmy tę nową chronologię do wewnętrznych księżyców Saturna, aby obliczyć dokładniejszy wiek powierzchni modelu dla ich powierzchni najbardziej pokrytych kraterami.

Na tej podstawie obliczyli nowy wiek regularnych księżyców Saturna, który był o około 110 do 300 milionów lat starszy niż poprzednie szacunki uzyskane przez Wonga i jego współpracowników. Szacunkowy wiek uzyskany w tym badaniu dla pokrytych kraterami równin Mimasa i Enceladusa wynosił odpowiednio 4,16 Ga i 4,10 Ga, podczas gdy szacunki dla Tetydy, Dione i Rhei wynosiły około 4,4 Ga – z niepewnością wynoszącą około 300 milionów lat. Zauważyli także interesującą prawidłowość w tych szacunkach i napisali:

„Bez względu na zastosowane podejście, wiek powierzchni satelitów na ogół przebiega według wzoru rosnącego wieku wraz ze wzrostem odległości orbity, z wyjątkiem Mimasa i Enceladusa: te dwa najbardziej wewnętrzne, mniejsze księżyce są odwrócone, a ich powierzchnie są o około 200 milionów lat młodsze niż satelity Tethys, Dione i Rhea.

Wyniki te wskazują, że regularne księżyce Saturna są starożytne, co ma wpływ na ich powstawanie i ewolucję pływów. Zastosowane przez nich techniki mają zastosowanie także do księżyców Jowisza, Urana i być może Neptuna, pozwalając astronomom dowiedzieć się wiele o ewolucji tych planet, ich księżycach i historii Układu Słonecznego.

Dogłębna lektura: arXiv