Hal Levison på Saturns rare måne Iapetus

"Iapetus er en av de rare tingene i solsystemet, sa Hal Levision, " og når vi studerer det mer og mer, blir det mer og mer våt. "

Hal Levison, en planetforsker ved Southwest Research Institute i Boulder, Colorado, snakker om Iapetus, den tredje største av mer enn 60 måner på planeten Saturn. Et av månens uvanlige trekk er en fjellkjede som er omtrent 15 kilometer, eller ni miles høy, som nesten omkranser Iapetus ved ekvator. Dr. Levison presenterte et papir på et møte i april 2011 i den amerikanske divisjonen for astronomiske samfunn om dynamisk astronomi, som ble holdt i Austin, Texas, hvor han viste bevis for at månen Iapetus kan ha hatt en ring med rombergarter, som det er foreldreplaneten Saturn, som kollapset på månen og dannet fjellryggen. Dr. Levison snakket med EarthSky's Jorge Salazar.

Saturns måne Iapetus, Image Credit: NASA / JPL / Space Science Institute

Hva skjer på Saturn s måne, Iapetus?

Iapetus er noe av det rare i solsystemet. Naturligvis er rare ting kule. Det var til og med kjent å være rart på oppdagelsestidspunktet, da Cassini, som først så det, innså at han bare så det på den ene siden av Saturn. Årsaken til det er på grunn av en stor albedo-forskjell. Det vil si en lysstyrkeforskjell mellom hver side av Iapetus. Den ene siden er nesten helt jet svart. Den andre er hvit. Når vi studerer det mer og mer, blir det mer og mer lurt.

Det jeg er interessert i er to kjennetegn ved Iapetus. Det første er at hvis du noen gang har sett et bilde av det fra Cassini, er det første folk sa da bilder begynte å komme ned, it ser ut som en valnøtt. Det vil si, det s klemt ved polene sammenlignet med radius, og det ser ut som et objekt som spinner på 16 timer. Men faktisk snurret det på 79 dager. Så det fikk denne fossiliserte bula som ser ut til å komme fra en tid da den snurret mye raskere enn den er i dag.

Bare langs ekvator er en ås som er omtrent 15 kilometer høy og 50 kilometer bred, som vi kan se, i alle fall i sirkler minst 110 grader av satellitten. På grunn av ufullstendig dekning kan det faktisk gå rundt. Det er derfor analogien til en valnøtt er en god.

Vi snakker om en fjellrygg som er 6 miles, eller 15 kilometer høy, som spenner over ekvator?

Fjell på Iapetus, Image Credit: NASA / JPL / Space Science Institute

Ikke nødvendigvis fordi det er nesten sammenhengende steder. Det ser ut som en leppe. Det første jeg tenkte på da jeg så det var en produksjonsfeil. Da jeg var liten, lekte jeg med disse ballene som var laget av to gummihalver som var limt sammen. Og det er en liten ås langs ekvator. Det er slik denne tingen ser ut, bortsett fra at de er en slags utenfor sentrum. Så jeg tenkte, åh, det var en av disse ballene som ble feilprodusert.

Problemet prøver å forstå hvordan en slik merkelig ting kan oppstå. Det er mennesker som har jobbet med ideen om at det hele var internt, at det var svinn på grunn av avkjøling, og den indre oppvarmingen på grunn av Aluminium-26 kan oppstå. Og det kan kanskje gi deg den rare formen.

Vi har jobbet med en annen idé. Og det vil si at det faktisk var en ring rundt Iapetus som kollapset på overflaten og laget en ås. Det er et annet problem. Vi har snakket om mønet, men husk at det første jeg sa var formen. Det ser ut som det spinner på 16 timer, veldig raskt, men det spinner faktisk veldig sakte. Og et av problemene for mennesker som prøver å forstå denne avspinningen, er at det i de klassiske ideene, det er Saturn som gjør alt de-spinning. Iapetus snurrer veldig fort. Det sa en tidevannsbukser hevet på Iapetus på grunn av Saturn. Det utlignet litt fra å peke direkte mot Saturn, som får Iapetus til å snurre.

Det samme skjer på jord-måne-systemet. Når jorden snurrer, blir det tidevannsbukken, som blir forskjøvet litt fra månen. Som et resultat avtar jorden litt. Og Jorden beveger seg sakte fra månen. Det samme argumentet kan gjøres for Iapetus.

Problemet er at hvis du ser på dette, i det minste naivt, er at for å få dette til å fungere og få mye energi spredt i Iapetus når det snurrer, må Iapetus være fin og squishy og maleable. Hvis den er stiv, vil den ikke spinne veldig raskt. Men for å beholde sin opprinnelige form på 16 timer, må den være stiv. Så du har denne inkonsekvensen. For å få satellitten til å spinne i solsystemets tidsalder, trenger du noe som er litt pysete. Men for å bevare bula, trenger du noe som er stivt. Og det har vært veldig vanskelig å prøve å løse begge disse begrensningene på samme tid. Vi har klart å gjøre det, men det krever litt fancy fotarbeid når det gjelder montering av modellene.

Hvordan studerer man denne månen av Saturn, under overflaten, uten å egentlig dra dit?

Det gjør vi ved å kjøre numeriske eksperimenter. Dette er den typen spill jeg spiller hele tiden. Du ser solsystemet slik det er i dag. Og du prøver å finne ut hvordan det kunne komme dit. Måten vi gjør det på, har vi en tendens til å bygge en datamaskinmodell som har all fysikken som du tror kan ha vært viktig; utgjør opprinnelige forhold på mange måter; stikk dem i koden din; la dem slipe en stund; og det dukker opp et svar som vi synes solsystemet skal se ut; vi sammenligner det med det vi ser og sier ja, dette er bra, dette er dårlig; og prøv å bestemme om det var de første forholdene dine som var gale, eller at fysikken din var galt. Og du fortsetter å iterere til du får noe som det vi ser.

Folk er kanskje kjent med ringene til planeten Saturn, sett gjennom et teleskop. Men det du snakker om er ringer rundt en måne av Saturn?

Ja. Teorien vår, som vi foreslår for spinning av Iapetus, er at Iapetus gjennomgikk en kollisjon med en annen satellitt, som var omtrent 10 prosent av sin egen masse.

Dette er igjen, en annen analogi med jordmånen. Våre favorittideer angående dannelsen av månen er at noe med størrelsen på Mars traff jorden og skapte en plate av materiale rundt jorden i den kollisjonen, som anklaget for å danne månen.

Vi foreslår nesten det samme scenariet på Iapetus, at det ble rammet av noe om en tidel av massen, som igjen er det vi tror skjedde med jorden da han dannet månen. Det skapte en ring av materiale rundt Iapetus. På utsiden av den ringen, materiale som er akkretert for å danne en satellitt. Og det indre av den ringen, ting regnet ned i en disk, bare på ekvatoren til Iapetus, og dannet broen.

Nå tidligere sa jeg at det er vanskelig å komme frem til en modell som involverer nettopp det som både vil spinne Iapetus og beholde buen. Ved å legge til satellitten, som siden den er mye nærmere enn Iapetus, avspinner den tidevis mye mer effektivt og lar oss de-spinne den veldig raskt og fremdeles holde den stiv nok til at den kan beholde sin form.

Hvor godt holder denne teorien oppe med at Saturns måne Iapetus kolliderte med en stor rombergart for å gi den funksjonene vi har snakket om i dag?

Denne ideen er i sin spede begynnelse. Det er en måte å komme med den brede ideen på, og skrive et papir og si til kollegene, det er det jeg gjør på dette møtet, “Her er denne rare ideen. Og det ser ut til, for første gang, å jobbe. ”Du kan skrive ned enkle ligninger som definerer hva vi tror denne oppførselen kommer til å bli, og viser at du på en måte kan få det riktige svaret.

Og så, i løpet av det neste året eller to, eller enda lenger, bygger vi flere og mer sofistikerte modeller, noen som involverer hvordan mønet vil vokse, og se om broen som vi kan bygge på Iapetus fra denne ringen ser ut som broen vi ser. Vi har noen foreløpige resultater som antyder at det kan være riktig. Mer kompliserte modeller om evolusjonen, tidevannsutviklingen til Iapetus ved bruk av mer og mer sofistikerte modeller for det indre av satellitten. Nå gjør vi noe veldig enkelt. Og på hvert trinn tar vi det datamaskinmodellene sier og sammenligner det med det vi ser, så godt vi kan, og ser om vi kan utelukke en ide eller ikke.

Hvorfor studerer forskere noe som en ås på Saturn-månen, hvorfor den vitenskapelige interessen?
Interessen min er helt å prøve å finne ut hvordan Jorden dannet seg - hvorfor det er der den er, hvorfor den har massen den gjør og har den kjemiske sammensetningen den gjør, hvorfor den har en måne som vi ser. Det er min viktigste interesse. Så når jeg ser rundt på resten av solsystemet, er det jeg leter etter måter å studere prosess på - fysikken som går i å bygge planeter. Og når vi ser noe vi ikke forstår, som denne veldig rare satellitten av Saturn. når vi ser noe vi ikke forstår, er det et utmerket laboratorium for å teste prosessene som vi synes var viktige her. Og å se på Iapetus, for eksempel, og denne fjæringen, gir oss begrensninger for hvordan interiøret utviklet seg, noe som forteller oss noe om dens kjemiske sammensetning. Eller, hvis vår modell har rett, hvordan påvirkninger genererer ringer og plater, noe som kan være viktig for eksempel på den månedannende påvirkningen. Så dette er analogier. Alle disse verdenene er analogier med Jorden og det vi ser her. Og den eneste måten vi kan være sikre på at modellene våre for dannelsen av jorden har rett på, er ved å se på disse andre kroppene i solsystemet.

En ting som slår meg ved Iapetus, er hvor uvanlig det er - dets 'yin yang' farger der den ene siden er lyst hvit og den andre mørk som kull; denne enorme fjellryggen som går over "sømmen"; og dens 79 jorddagers rotasjon.

Iapetus er rart på så mange nivåer. Og igjen er det unntaket fra reglene som hjelper oss å lære. Og når du ser på Iapetus, må du ta et skritt tilbake. Det er ikke min normale ting å studere satellitter til de gigantiske planetene. Min viktigste ting er å prøve å gjøre planetdannelse, på en måte. Men når du ser noe slikt, er du tvunget til å forstå det igjen, fordi det setter det i sammenheng. Det er alltid unntak. Men det er vanskelig å finne unntak fra vitenskap som ikke forteller deg noe om det du mener er sant. Og så må du følge disse rare tingene for å forstå dem.

Jeg blir påminnet om et intervju som EarthSky hadde med deg for flere år siden, da du beskrev det tidlige solsystemet som et "rivningsderby", en tid som astronomer fortsatt ikke helt forstår så godt.

Jeg tror du kommer til å se en revolusjon - dette er uavhengig av Iapetus - jeg tror vi kommer til å se en revolusjon i vår forståelse av hvordan planeter dannes i løpet av de neste tre eller fire årene. Jeg tror at modellene som eksisterte tidligere ikke har vært sofistikerte nok til å fange opp noen av de fysiske prosessene som drev ting. Og det skjer mye når vi ser på solsystemet, som vi ikke forstår.

For meg er det mest grunnleggende av disse Mars. Jeg vet at det er mye oppmerksomhet til Mars i disse dager. Men det jeg snakker om er virkelig et grunnleggende spørsmål angående Mars, og det er størrelsen. Teoriene våre om planetdannelse spår at planetene ble større jo lenger borte du er fra solen. Og Mars er et unntak fra det. Det er sannsynligvis ti ganger mindre i massen som det skal være, basert på noen av modellene våre. Og det har vært en samlet innsats fra samfunnet for å prøve å forstå det. Og vi har en ny modell som kommer ut, som jeg tror kommer til å løse problemet. Hvis det er sant, illustrerer det at vi har forlatt en viktig prosess i forståelsen av terrestriske planeter som jeg tror på lang sikt kan endre mye av det vi tror. Vi er i ferd med å skrive papiret akkurat nå. Kom og snakk med oss ​​når vi får den publisert.

Hva er det viktigste du vil at folk i dag skal vite om Saturns måne Iapetus?

Jeg antar at det jeg vil at folk skal ta med seg hjem fra dette, er at utforskningen av solsystemet som vi har gjort kontinuerlig gir oss overraskelser, og disse overraskelsene hjelper oss med å forstå det generelle bildet bedre. Og så jeg tror at jo mer leting vi gjør, jo mer sannsynlig vil det være at vi kan finne ut av dannelsesprosessen til planetene. Og det gjelder ikke bare Iapetus, men Kepler og de ekstrasolære planetariske systemene, alle disse tingene er i mine tanker knyttet til et forsøk på å forstå hva som skjer.

Hal Levison fra Southwest Research Institute i Boulder, Colorado, fortalte om Saturns måne Iapetus, den tredje største av de mer enn 60 månene som kretser rundt den ringede planeten.