Naar aardse maatstaven, Saturnusmaan Titan is een vreemde plaats. Groter dan de planeet Mercurius, Titan is gehuld in een dikke atmosfeer (het is de enige maan in het zonnestelsel die er een heeft) en bedekt met rivieren en zeeën van vloeibare koolwaterstoffen zoals methaan en ethaan. Daaronder ligt een dikke korst van waterijs, en daaronder kan een oceaan met vloeibaar water zijn die mogelijk leven zou kunnen herbergen.

Nutsvoorzieningen, tientallen jaren van metingen en berekeningen hebben aangetoond dat de baan van Titan rond Saturnus zich uitbreidt - wat betekent:de maan wordt steeds verder van de planeet verwijderd - met een snelheid die ongeveer 100 keer sneller is dan verwacht. Het onderzoek suggereert dat Titan veel dichter bij Saturnus werd geboren en naar de huidige afstand van 1,2 miljoen kilometer migreerde (ongeveer 746, 000 mijl) over 4,5 miljard jaar.

De bevindingen worden beschreven in een paper dat in het tijdschrift verschijnt Natuurastronomie op 8 juni

"Het meeste eerdere werk had voorspeld dat manen zoals Titan of de maan Callisto van Jupiter werden gevormd op een baanafstand vergelijkbaar met waar we ze nu zien, " zegt Jim Fuller van Caltech, assistent-professor theoretische astrofysica en co-auteur van het nieuwe artikel. "Dit houdt in dat het Saturnus-maanstelsel, en mogelijk zijn ringen, hebben gevormd en dynamischer geëvolueerd dan eerder werd gedacht."

Om de basisprincipes van orbitale migratie te begrijpen, we kunnen naar onze eigen maan kijken. De maan van de aarde oefent een kleine aantrekkingskracht uit op de planeet terwijl deze draait. Dit is de oorzaak van getijden:de ritmische rukbewegingen van de maan zorgen ervoor dat de oceanen van de aarde van de ene naar de andere kant uitpuilen. Wrijvingsprocessen in de aarde zetten een deel van deze energie om in warmte, het zwaartekrachtveld van de aarde vervormt zodat het de maan naar voren trekt in zijn baan. Dit zorgt ervoor dat de maan energie krijgt en geleidelijk verder van de aarde af beweegt, met een snelheid van ongeveer 3,8 centimeter per jaar. Dit proces is echt geleidelijk, Hoewel; De aarde zal de maan niet "verliezen" totdat zowel de aarde als de maan over ongeveer zes miljard jaar door de zon worden verzwolgen.

Titan oefent een vergelijkbare aantrekkingskracht uit op Saturnus, maar de wrijvingsprocessen in Saturnus worden gewoonlijk als zwakker beschouwd dan die in de aarde vanwege de gasvormige samenstelling van Saturnus. Standaardtheorieën voorspellen dat, vanwege de afstand tot Saturnus, Titan zou moeten migreren met een trage snelheid van maximaal 0,1 centimeter per jaar. Maar de nieuwe resultaten spreken deze voorspelling tegen.

In het werk dat in de Nature Astronomy-paper wordt beschreven, twee teams van onderzoekers gebruikten elk een andere techniek om de baan van Titan over een periode van 10 jaar te meten. een techniek, astrometrie genoemd, produceerde nauwkeurige metingen van de positie van Titan ten opzichte van achtergrondsterren in afbeeldingen gemaakt door het Cassini-ruimtevaartuig. De andere techniek, radiometrie, gemeten Cassini's snelheid zoals het werd beïnvloed door de zwaartekracht van Titan.

"Door twee volledig onafhankelijke datasets te gebruiken - astrometrische en radiometrische - en twee verschillende analysemethoden, we hebben resultaten behaald die volledig in overeenstemming zijn, " zegt de eerste auteur van de studie, Valéry Lainey voorheen van JPL (die Caltech beheert voor NASA), nu van het Observatorium van Parijs, PSL-universiteit. Lainey werkte met het astrometrieteam.

De resultaten zijn ook in overeenstemming met een theorie voorgesteld in 2016 door Fuller, die voorspelde dat de migratiesnelheid van Titan veel sneller zou zijn dan standaard getijdentheorieën geschat. Zijn theorie merkt op dat wordt verwacht dat Titan Saturnus door de zwaartekracht samenknijpt met een bepaalde frequentie die de planeet sterk doet oscilleren, net zoals het zwaaien van je benen op een schommel met de juiste timing je hoger en hoger kan brengen. Dit proces van getijforcering wordt resonantievergrendeling genoemd. Fuller stelde voor dat de hoge amplitude van de oscillatie van Saturnus veel energie zou verdrijven, wat er op zijn beurt voor zou zorgen dat Titan sneller van de planeet weg zou migreren dan eerder werd gedacht. Inderdaad, de waarnemingen vonden allebei dat Titan wegtrekt van Saturnus met een snelheid van 11 centimeter per jaar, meer dan 100 keer sneller dan eerdere theorieën voorspelden.

"De resonantievergrendelingstheorie kan van toepassing zijn op veel astrofysische systemen. Ik doe nu wat theoretisch werk om te zien of dezelfde fysica kan gebeuren in dubbelstersystemen, of exoplaneetsystemen, ' zegt Voller.

Het artikel is getiteld "Resonantie vergrendeling in gigantische planeten aangegeven door de snelle orbitale expansie van Titan."