آیا برخورد قمری غول‌پیکر حلقه‌های باشکوه زحل را ساخته است؟

تیتان، بزرگ‌ترین قمر سیاره زحل ممکن است نتیجه برخورد و ادغام دو قمر قدیمی باشد؛ رویدادی عظیم که به‌گفته پژوهشگران می‌توانسته زنجیره‌ای از تغییرات را آغاز کند و حتی به شکل‌گیری حلقه‌های مشهور زحل منجر شود.

وقتی فضاپیمای کاوشگر کاسینی-هویگنس در سال ۲۰۰۴ به منظومه‌ی زحل رسید، با مجموعه‌ای از اقمار عجیب روبه‌رو شد که هرکدام ویژگی‌های غیرمعمولی داشتند. تیتان دومین قمر بزرگ منظومه شمسی و تنها قمری است که در اطراف سیارات منظومه ما جو ضخیم دارد؛ اتمسفری سرشار از مولکول‌های آلی که آن را به یکی از جذاب‌ترین جهان‌ها برای مطالعه تبدیل کرده است.

در کنار تیتان، هایپریون قرار دارد؛ جرمی پر از حفره که شبیه سنگ پا است و به‌شکلی نامنظم در مدارش می‌چرخد. همچنین یاپتوس با سطحی دو رنگ شناخته می‌شود که احتمالاً نتیجه عبور از حلقه E زحل است؛ حلقه‌ای که از مواد فوران‌کرده از انسلادوس ساخته شده است. مدار یاپتوس نیز بیشترین زاویه را میان قمرهای بزرگ زحل دارد.

در کنار این قمرها، حلقه‌های خیره‌کننده زحل قرار دارند؛ ساختارهایی بی‌نظیر در منظومه شمسی که سن آن‌ها حدود صد میلیون سال برآورد می‌شود. در مقیاس کیهانی، این حلقه‌ها «جوان» محسوب می‌شوند، اما منشأ آن‌ها مدت‌ها معمایی بزرگ بوده است.

سرنخ اصلی از بررسی نحوه توزیع جرم درون زحل به دست آمد؛ کمیتی که «ممان اینرسی» نام دارد و تعیین می‌کند محور چرخش سیاره چگونه مانند فرفره دچار نوسان می‌کند. پیش‌تر تصور می‌شد این نوسان با مدار نپتون هماهنگ است و همین هماهنگی باعث شده زحل با زاویه‌ای حدود ۲۶٫۷ درجه نسبت به صفحه مدارش کج شود؛ زاویه‌ای که باعث می‌شود حلقه‌های آن از زمین به‌خوبی دیده شوند. اما اندازه‌گیری‌های جدید حاکی از آن است که جرم زحل کمی بیشتر از تصور قبلی در مرکز آن متمرکز است؛ یافته‌ای که نشان داد زحل دیگر دقیقاً با نپتون در هماهنگی گرانشی نیست. بنابراین باید رویدادی رخ داده باشد که این هماهنگی را بر هم زده است.

پیش‌تر دانشمندان فرض کرده بودند قمری یخی به نام «کریزالیس» وجود داشته که حدود صد میلیون سال پیش به زحل نزدیک شده و بر اثر نیروهای کشندی از هم پاشیده است. بخشی از بقایای آن حلقه‌های زحل را ساخته و تغییر مدار تیتان باعث شده زحل از هماهنگی با نپتون خارج شود. اما وقتی این سناریو با شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای آزمایش شد، نتیجه‌ای غیرمنتظره به دست آمد: در بیشتر موارد، این قمر به‌جای متلاشی شدن، با تیتان برخورد می‌کرد. همین نتیجه راه فرضیه جدید را باز کرد.

تیتان و هایپریون در یک «تشدید گرانشی» قرار دارند؛ یعنی مدار آن‌ها به هم قفل شده است. برای هر چهار دور گردش تیتان به دور زحل، هایپریون دقیقاً سه دور می‌چرخد. پژوهشگران متوجه شدند این قفل مداری نسبتاً جوان است و تنها چند صد میلیون سال قدمت دارد؛ تقریباً همان زمانی که قمر اضافی ناپدید شده است.

به همین دلیل، پژوهشگران پیشنهاد می‌کنند کریزالیس واقعاً وجود داشته و حدود ۱۰۰ تا ۲۰۰ میلیون سال پیش با تیتان برخورد کرده و با آن ادغام شده است. این برخورد می‌توانست قطعاتی در نزدیکی مدار تیتان ایجاد کند که بعدها هایپریون از آن شکل گرفته باشد.

آن برخورد باستانی پیامدهای بزرگی داشت. پیش‌تر تیتان احتمالاً شبیه کالیستو، قمر یخی مشتری بوده و سطحی قدیمی و پر از دهانه برخوردی داشته است. برخورد عظیم می‌توانست سطح آن را کاملاً نوسازی کند و توضیح دهد چرا زیر جو ضخیم تیتان دهانه‌های کمی دیده می‌شود. همچنین احتمال دارد جو تیتان در اثر همین برخورد از درون آن آزاد شده باشد.

رویداد برخوردی مدار تیتان را نیز تغییر داد و آن را کشیده‌تر و گسترده‌تر کرد. تغییر مدار تیتان می‌توانست نیروهای کشندی شدیدی بر قمرهای میانی وارد کند و باعث برخوردهای زنجیره‌ای میان آن‌ها شود. بیشتر بقایا دوباره به قمرها تبدیل شدند، اما بخشی از ذرات یخی در مدار باقی ماندند و حلقه‌های زحل را ساختند. شبیه‌سازی‌ها همچنین نشان می‌دهد این برخورد می‌توانست مدار یاپتوس را نیز بر هم بزند و زاویه زیاد مدار آن را توضیح دهد.

با وجود جذابیت این فرضیه، هنوز شواهد مستقیمی برای آن وجود ندارد. مأموریت‌های آینده به تیتان ممکن است نشانه‌هایی از جوان بودن سطح این قمر پیدا کنند که با وقوع یک برخورد بزرگ در گذشته سازگار باشد.

نتایج پژوهش برای انتشار در مجله Planetary Science Journal پذیرفته شده و نسخه پیش‌انتشار آن در مخزن arXiv قرار دارد.