Maan Titan heeft Saturnus scheefgetrokken

Berekeningen door Franse en Italiaanse wetenschappers resulteren in een nieuw scenario voor de schuine stand van Saturnus, de op een na grootste planeet van ons zonnestelsel. Naast de verre planeet Neptunus speelt daarin ook de grote Saturnusmaan Titan een belangrijke rol.

De banen van de verschillende planeten in ons zonnestelsel liggen vrijwel precies in één vlak. Daaruit leiden wetenschappers af dat ons zonnestelsel is ontstaan uit een ronddraaiende wolk van gas en stof, die onder zijn eigen gewicht samentrok. Tijdens dat proces, dat zich ongeveer 4,5 miljard jaar geleden voltrok, verzamelde de meeste massa zich in het centrum van de schijf, waar de zon ontstond. De verschillende planeten, manen en kleinere hemellichamen van ons zonnestelsel vormden zich uit het ‘puin’ dat rond de zon achterbleef.

Dit model kan goed verklaren waarom de planeetbanen vrijwel precies in het evenaarsvlak van de zon liggen. Maar een onmiddellijke verklaring voor de verschillende standen van de rotatieassen van de planeten biedt het niet. De schuine stand van de aardas wordt doorgaans toegeschreven aan een vroege botsing met een kleinere planeet, waarbij ook de maan zou zijn ontstaan. Bij een massarijke planeet als Saturnus ligt die verklaring minder voor de hand.

Aangenomen wordt dat de rotatieassen van de grote planeten van ons zonnestelsel oorspronkelijk vrijwel loodrecht op het vlak van hun omloopbanen zaten. Dat betekent dat er na de vorming van Saturnus ‘iets’ moet zijn gebeurd waardoor zijn rotatieas uiteindelijk onder een hoek van bijna 27 graden kwam te staan.

Schommelbewegingen

Tot nu toe meenden wetenschappers dat dit ‘iets’ zich ruim vier miljard jaar geleden heeft afgespeeld. Rond die tijd kwamen de omloopbanen van de vier grootste planeten van ons zonnestelsel – Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus – door onderlinge wisselwerkingen en door interacties met de puinschijf rond de zon geleidelijk verder uit elkaar te liggen. Daarbij zou een ‘langeafstandsrelatie’ (de wetenschappelijke term is ‘resonantie’) zijn ontstaan tussen de draaiing van de omloopbaan van Neptunus om de zon en de schommelbeweging van de rotatieas van Saturnus. Dit leidde ertoe dat laatstgenoemde planeet steeds meer kantelde.

In een publicatie die maandag in Nature Astronomy is verschenen zetten Melaine Saillenfest van de Sterrenwacht van Parijs en twee medeauteurs vraagtekens bij dit scenario. Het houdt namelijk geen rekening met de recente ontdekking dat de grote maan Titan zich veel sneller van Saturnus verwijdert dan oorspronkelijk werd aangenomen. Daaruit volgt dat Titan veel dichter bij zijn planeet is ‘geboren’ en vervolgens naar zijn huidige baan op 1,2 miljoen kilometer van de planeet is gemigreerd.

Op basis van berekeningen stellen Saillenfest en collega’s vast dat in het geval van een sterke migratie van Titan de resonantie tussen de schommelende rotatieas van Saturnus en de draaiing van de Neptunusbaan pas ongeveer één miljard jaar geleden tot stand kan zijn gekomen. Daarbij doet het er niet veel toe hoe snel Titan zich van zijn planeet verwijderde: bepalend was vooral hoe ver hij kwam. Ook als de migratie van Titan bijvoorbeeld pas anderhalf miljard jaar geleden goed op gang is gekomen, kan het nieuwe scenario de huidige schuine stand van Saturnus verklaren. Voorwaarde is wel dat de rotatieas van de planeet al kort na zijn ontstaan een paar graden schuin stond.

Hetzelfde mechanisme zal er volgens de auteurs uiteindelijk ook toe leiden dat de veel massarijkere planeet Jupiter veel schuiner komt te staan, en is eveneens van toepassing op vergelijkbare planeten in andere zonnestelsels.