Šta koči

Svojstva nepravilnih satelita – naročito njihove retrogradne orbite – uveravaju nas da ovi nisu nastali tu gde su sada. Sva je verovatnoća da su preostali od materijala od koga su nastale planete, kao i asteroidi ili komete, da su se svojevremeno okretali oko Sunca, a onda nekako bili uhvaćeni od pojedinih planeta. Shvatiti kako se to dešavalo naravno da nije lako. U toj veoma kompleksnoj međuigri solarne i međuplanetarne gravitacije asteroidi i komete rutinski bivaju gurnuti na kratkoročne putanje oko divovskih planeta. Prolazno zarobljavanje tih tela veoma liči na hvatanje lišća u jesenje kovitlace vetra. Lišće upada u vrtlog, tumba se tamo desetak puta, i potom biva oduvano u nepoznatom pravcu.

Primer za jedno takvo zarobljavanje je svima dobro poznata kometa D/Shoemaker–Levy 9 (ovo "D" je od engl. defunct – prestala da postoji), koja je sredinom XX veka ušla u privremenu orbitu oko Jupitera, a onda se konačno 1994. godine zarila u planetu [8]. Da nije doživela prevremeni kraj, kometa bi sigurno za par stotina godina bila ponovo izbačena u heliocentričnu orbitu. Astronomi poznaju nekoliko objekata koji su preživeli ovakvo privremeno zarobljavanje od strane Jupitera i koji su potom vraćeni u orbitu oko Sunca.

[8] Veruje se da je kometa tek tokom kasnih 60–ih ili ranih 70–ih ušla u vrlo ekscentričnu orbitu oko Jupitera, sa periodom od oko 2 godine i apogejom, najvećom udaljenošću od planete, od 0,33 A. J. (49,4 mil. km).

Ali da bi neko telo bilo trajno uhvaćeno sa heliocentrične u jednu stabilnu orbitu oko planete, ono mora da izgubi nešto od početne energije. Usled toga će biti dovoljno usporeno da će mu ponovan beg bude onemogućen. Danas je sigurno da procesa u Sunčevom sistemu koji bi efikasno doveli do takvih gubljenja energije više nema. Zato su naučnici sigurni da se zarobljavanje satelita dešavalo u davna vremena, u periodu kada su u Sunčevom sistemu vladali drugačiji uslovi nego danas. Tokom 70–ih godina prošlog veka, teoretičari su plasirali tri moguća mehanizma, i svaki od njih je bio funkcionalan tokom formiranja planeta ili vrlo brzo nakon toga.

U prvom mehanizmu, koji su razradili James B. Pollack [9] i Joseph A. Burns, tada u NASA "Ames Research Centru", i Michael E. Tauber sa Univerziteta Cornell, predloženo je da satelit gubi energiju trenjem, tokom prolaska kroz jako proširenu atmosferu embrionskih gasova džinovskih planeta. Jupiter i Saturn su, za razliku od Zemlje i ostalih zemljolikih planeta, sačinjeni uglavnom od vodonika i helijuma. Vrlo verovatno, to se desilo u vreme kada je jezgro od leda i stenja privuklo velike količine gasova iz primordijalnog diska koji je okruživao mlado Sunce. Pre nego što su poprimile današnju, relativno kompaktnu formu, ove planete su prošle kroz jednu prelaznu, raširenu fazu, tokom koje su se atmosfere prostirale stotinama puta dalje nego danas.

[9] Američki astrofizičar (1938–94), svojevremeno istraživač klimatskih prilika na Marsu, koristeći podatke iz misija "Marinera 9" i "Vikinga". Stvorio značajnu kompjutersku simulaciju vetrova i oluja na ovoj planeti. Jedan krater na Marsu danas nosi njegovo ime.

Svaki asteroid ili kometu koja bi prolazila u blizini, čekala je potom jedna od sledeće tri sudbine, koje su isključivo zavisile od njihove veličine. Ako bi novopridošlo telo bilo suviše malo, izgorelo bi u naduvanoj atmosferi kao meteor, a ako bi pak bilo preveliko, jednostavno bi proletelo neokrnjeno i nastavilo da kruži oko Sunca. Ali ako bi bilo prave veličine, bilo bi usporeno i zarobljeno. Taj proces je prirodna verzija poznate nam procedure aerokočenja koju danas koriste mnoge svemirske sonde kada se vraćaju na Zemlju.

Jedan od problema koji se javlja kod navedenog modela kočenja je taj što ne uspeva da objasni pojavu nepravilnih satelita oko Urana i Neptuna. Te planete su pre ledeni nego gasoviti džinovi – kod kojih dominiraju silikatne stene i led, i koji imaju relativno skroman sloj vodonika i helijuma. Zbog svoje veće udaljenosti od Sunca pa shodno tome i manjoj gustini materijala u spoljnim delovima cirkumsolarnog diska, njihovim jezgrima je trebalo više vremena da dostignu kritičnu masu potrebnu za početak gasovitog kolapsa. Pre nego što se to desilo, solarna nebula je već bila uveliko potrošena, te ni Uran ni Neptun nikada nisu stvorili proširene atmosfere, kao što je to bio slučaj kod Jupitera i Saturna. Ako je bilo tako, kako je mogla da funkcioniše gasovita kočnica ako nije bilo dovoljno gasova?

Trojna gužva

Drugi mehanizam se takođe bavi zarobljavanjem satelita tokom faze stvaranja planeta. Zgušnjavanje gasova u jezgra duvova uzrokovalo je porast njihove masa, što je za posledicu imalo povećanje Hilove sfere oko svake od ovih planeta. Asteroidi i drugi objekti koji su imali nesreću da se nađu u blizini tokom tog ubrzanog rasta, našli su se uhvaćeni u zamku planetne gravitacije. Ovu tehniku zarobljavanja prvi su protumačili Thomas A. Heppenheimer i Carolyn Porco, oboje sa "California Institute of Technology". Nazvali su ga, malo nespretno, hvatanje satelita "rušenjem".

Međutim, kao i kod gasovite kočnice, i ovaj mehanizam ima problem da objasni satelite oko Urana i Neptuna, planeta od kojih nijedna nije prošla kroz trku za porast mase. Većina modela ukazuje da su te planete nastale u sporom procesu prikupljanja tela veličine asteroida ili kometa, koji je trajao desetinama ili stotinema miliona godina pre nego što su te planete dostigle današnje mase. To je teško objašnjivo čak i za planete veličine Jupitera ili Saturna, i mnogi tvorci tih teorija se slažu da je za toliki rast samo putem rušenja to vreme ipak pomalo prekratko. Jedan alternativni model nastanka Urana i Neptuna, koji je predložio Alan P. Boss [10] sa "Carnegie Institution of Washington", pruža mogućnost da su i oni na početku imali masu Jupitera i Saturna, ali da su vremenom jednostavno bili sastrugani junizovanim zračenjem sa obližnjih masivnih zvezda. Shvatiti postojanje nepravilnih satelita u ovom modelu još je teže, jer smanjene planete bi pre imale tendenciju da odbace satelite, nego da ih prikupljaju.

[10] Trenutno je vodeći svetski astrofizičar po pitanju stelarnih i planetnih sistema. Objavio je desetine studijao vansolarnim planetama. NASA ga je izabrala u tim budućih velikih programa Keplerove vasionske opservatorije i "Navigatora", oba sa primarnim ciljem otkrivanja obližnjih "Earth–like" planeta.

U oba navedena mehanizma, nepravilni meseci su nastali tokom rane istorije solarnog sistema, verovatno pre nego što je Zemlja dospela u prepoznatljivo stanje. Treći i potpuno različit scenario su još 1971. godine predložili Bepi Colombo [11] i Fred Franklin, obojica tada iz CfA. Oni su sugerisali da sudar dva tela unutar Hilove sfere planete može da potroši dovoljno energije da bi jedan od njih bio uhvaćen u novu orbitu. Ta ideja, nazvana slučajem tri tela, izazvala je tokom sledećih 35 godina slabu pozornost, možda i zato što takvi sudari danas izuzetno retki.

[11] Talijanski naučnik, matematičar i inženjer (1920.84) sa Univerziteta u Padovi, najpoznatiji po radovima vezanim za Merkur. Objasnio je kako se Merkur okrene dvaput oko ose tokom tri okreta oko Sunca. Proračunao je 1973. godine kako uvesti "Mariner 10" u rezonantnu orbitu sa ovom planetom tokom tri planirana preleta.

Ali, novija istraživanja su nam pokazala da sâm sudar i nije potreban, već samo gravitacioni uticaj. Ako bi izmenjivali energiju, jedan bi mogao da je dobije na uštrb onog drugog. Proces je zapravo umanjena verzija one "gravitacione praćke" koju već duže vreme koriste planeri vasionskih misija za ubrzavanje mnogih "deep space" letilica. Maja ove godine, Craig Agnor sa kalifornijskog Univerziteta Santa Cruz, i Doug Hamilton sa Univerziteta Maryland, plasirali su još jednu ideju hvatanja jednog iz sistema tri tela. Po njoj, binarni objekat cepa se usled gravitacije planete, dovodeći do toga da jedna od komponenti biva izbačena u prostor, a druga zarobljena u orbitu.

Planetna kretanja

Opisana teorija zarobljavanja jednog od tri tela postala je privlačna tek kada je postalo jasno da su sve četiri gigantske planete okružene brojnom svitom nepravilnih satelita. Proces je funkcionisao i kod gasovitih i kod ledenih džinova i nije zahtevao ni masivne gasovite omotače ni ubrzani rast planeta; jedino što je bilo potrebno to je dovoljan broj sudara ili bliskih susreta sa planetom. Takvih interakcija je verovatno bilo mnogo krajem epohe stvaranja planeta, kada su Hilove sfere oko planeta porasle do današnjih razmera, ali pre nego što su otpaci stvaranja planeta potpuno nestali. Ova teorija bi mogla da objasni zašto svaka planeta ima približno jednak broj nepravilnih satelita: mada su Uran i Neptun manje masivni od Jupitera i Saturna, oni su dalji od Sunca, te su stoga njihove Hilove sfere ipak uporedive veličine. (Apropos, najveću Hilovu sferu u Sunčevom sistemu ima Neptun – oko 0,775 A. J., dok Jupiter ima svega 0,354 a.j.)

Ali čak i ako bi ova teorija o tri tela mogla da objasni mehanizam zarobljavanja nepravilnih satelita, ništa nam ne kaže o tome odakle oni potiču. Istraživači nam sugerišu dve razgraničene mogućnosti. Ti sateliti mogu biti asteroidi i komete koji su bili nagomilani na istom prostoru u solarnom sistemu kao i planete koje su ih ugrabile. Većina njihovih kohorti je inkorporirana u tela planeta ili katapultirana van solarnog sistema, a nepravilni meseci su samo retki srećnici, niti pojedeni niti osuđeni da usamljeni lutaju beskrajnim prostranstvima između zveza.

Iz savremenog modela, po kome je nekih 700 miliona godina nakon formiranja planeta solarni sistem bio prosto zagušen krhotinama, razvila se još jedna mogućnost. Snažni gravitacioni uticaji koji su vladali između Jupitera i Saturna i njihova rezonanca doveli su do oscilacija koje su protresle čitav sistem. Dok su se velike planete teturale na svojim današnjim, stabilnijim orbitama, raspršeno je na milijarde asteroida i kometa unaokolo. Jedan mali deo njih je neminovno morao biti zarobljen. Po tom scenariju, koga su prošle godine predložili K. Tsiganis i njegove kolege sa opservatorije Côte d'Azur, veliki deo tih objekata, prvobitno stacioniranih iza Neptuna, završio je u Kajperovom pojasu (jedan mali deo je formirao Ortov oblak).

Možda će jednog dana spektralna merenja omogućiti proveru ovih hipoteza. Ako nepravilni meseci različitih planeta imaju različit sastav, to će podržati prvu hiptezu, po kojoj su sateliti nastali u blizini svojih planeta domaćina. Ali ako imaju sličan sastav, to će dati potporu drugoj tezi, po kojoj su svi sateliti formirani zajedno, pa tek potom rasuti po solarnom sistemu. Na taj način, sateliti mogu da nam otkriju na koji način je mladi solarni sistem prolazio kroz turbulentno rearanžiranje planeta.

Istraživanje sistema nepravilnih satelita je u toku. Trenutno su dve stvari evidentne: prvo, njihovo zarobljavanje je moralo da se dešava u ranim fazama istorije Sunčevog sistema, ili tokom samog formiranja planeta, odn. neposredno nakon toga. Današnji solarni sistem jednostavno ne nudi nijedan mehanizam koji bi omogućio hvatanje satelitâ. Drugo, sličnosti među nepravilnim satelitima sve četiri velike planete sugeriše da su nastali interakcijom tri tela, jedinim poznatim mehanizmom primenjivim kako na Neptun tako i na Jupiter.

Kao što se tragovi guma prepliću i seku na putu posle saobraćajne nesreće, i nepravilni meseci ševrdaju oko velikih planeta, pružajući nam dragocene nagoveštaje o prošlim događajima u kojima nismo imali direktnih svedoka.

AM SCG