De kleine binnenmanen van Saturnus zien eruit als gigantische ravioli en spätzle. Hun spectaculaire vorm is onthuld door het Cassini-ruimtevaartuig. Voor de eerste keer, onderzoekers van de Universiteit van Bern laten zien hoe deze manen zijn ontstaan. De eigenaardige vormen zijn een natuurlijk resultaat van het samensmelten van botsingen tussen kleine manen van vergelijkbare grootte, zoals computersimulaties aantonen.

Toen Martin Rubin, astrofysicus aan de Universiteit van Bern, zag de beelden van de manen Pan en Atlas van Saturnus op internet, hij was verbaasd. De close-ups gemaakt door het Cassini-ruimtevaartuig in april 2017 toonden objecten die NASA in haar persbericht beschreef als vliegende schotels met een diameter van ongeveer 30 km. Met hun grote ruggen en bolvormige centra, Pan en Atlas leken ook op gigantische ravioli. Martin Rubin vroeg zich af hoe deze eigenaardige objecten waren ontstaan ​​en vroeg zijn collega Martin Jutzi of ze het resultaat konden zijn van botsingen, vergelijkbaar met degene die komeet Chury vormde, zoals Jutzi eerder had aangetoond met computersimulaties.

Martin Jutzi en Adrien Leleu, beide leden van de NCCR PlanetS, nam de uitdaging aan om het vormingsproces van de kleine binnenste manen van Saturnus te berekenen. De eerste, eenvoudige tests werkten goed. "Maar dan, we hebben rekening gehouden met de getijdenkrachten en de problemen stapelden zich op, " herinnert Adrien Leleu zich. "De omstandigheden in de buurt van Saturnus zijn heel bijzonder, " bevestigt Martin Jutzi. Aangezien Saturnus 95 keer meer massa heeft dan de aarde en de binnenste manen om de planeet draaien op een afstand van minder dan de helft van de afstand tussen de aarde en de maan, de getijden zijn enorm en trekken bijna alles uit elkaar. Daarom, De binnenste manen van Saturnus kunnen niet gevormd zijn met deze eigenaardige vormen door geleidelijke aanwas van materiaal rond een enkele kern. Een alternatief model genaamd piramidaal regime suggereert dat deze manen werden gevormd door een reeks samensmeltingen van kleine maantjes van vergelijkbare grootte.

Nadat ze hun eerste problemen hadden opgelost, de onderzoekers konden het piramidale regime verifiëren, maar meer nog:ze toonden aan dat de botsingen van de maantjes resulteerden in precies de vormen die Cassini had afgebeeld. Nabij frontale fusies leiden tot afgeplatte objecten met grote equatoriale richels, zoals waargenomen op Atlas en Pan. Met iets meer schuine impacthoeken, botsingen resulteerden in langgerekte spaetzle-achtige vormen die sterk leken op de 90 km lange maan Prometheus zoals deze werd gefotografeerd door Cassini.

Frontale botsingen hebben een grote kans

Gebaseerd op de huidige baan van de manen en hun baanomgeving, de onderzoekers konden inschatten dat de inslagsnelheden in de orde van enkele 10 m/s lagen. Simuleren van botsingen in dit bereik voor verschillende impacthoeken, ze kregen verschillende stabiele vormen vergelijkbaar met ravioli en spätzle, maar alleen voor lage impacthoeken. "Als de impacthoek groter is dan tien graden, de resulterende vormen zijn niet meer stabiel, "zegt Adrien Leleu. Elk object in de vorm van een eend zoals komeet Chury zou uit elkaar vallen vanwege de getijden van Saturnus. "Daarom zien de kleine manen van Saturnus er heel anders uit dan kometen die vaak tweelobbige vormen hebben, ", legt Martin Jutzi uit.

interessant, de frontale botsingen zijn niet zo zeldzaam als men zou denken. Men denkt dat de kleine binnenmanen afkomstig zijn van de ringen van Saturnus, een dunne schijf in het equatoriale vlak van de planeet. Omdat Saturnus geen perfecte bol is, maar eerder afgeplat, het maakt het moeilijk voor elk object om dit smalle vlak te verlaten. Dus, bijna frontale botsingen komen vaak voor en de botshoek heeft de neiging om nog kleiner te worden bij volgende ontmoetingen. "Een aanzienlijk deel van dergelijke samensmeltende botsingen vindt plaats bij de eerste ontmoeting of na 1-2 hit-and-run-gebeurtenissen, " vatten de auteurs samen in hun paper dat vandaag is gepubliceerd in Natuurastronomie . "In dit opzicht, Saturnus is bijna een speelgoedsysteem om deze processen te bestuderen, ', zegt Martin Rubin.

Hoewel de onderzoekers zich vooral richtten op de kleine binnenmanen van Saturnus, ze vonden ook een mogelijke verklaring voor een al lang bestaand mysterie over de op twee na grootste maan van Saturnus, Iapetus genaamd. Waarom heeft Iapetus een afgeplatte vorm en een kenmerkende equatoriale rand? "Onze modelresultaten suggereren dat deze kenmerken het resultaat kunnen zijn van een samensmelting van manen van vergelijkbare grootte die plaatsvindt met een bijna frontale impacthoek, vergelijkbaar met de kleinere manen, ’ vatten de onderzoekers samen.