הטבעות החדשות של שבתאי

דמותו של כוכב הלכת שבתאי, על טבעותיו המרשימות, מוכרת היטב ומזוהה כל כך עם תחום החלל עד שנדמה כי הטבעות סבבו אותו מאז ומעולם. אך מחקר חדש מגלה כי הטבעות, כמו הירחים הפנימיים של שבתאי, הן צעירות יחסית ונוצרו לפני כמאה מיליון שנה בלבד – כאחוז מגילו של שבתאי עצמו.

המערכת הגדולה והמורכבת של שבתאי כוללת, נוסף על כוכב הלכת עצמו, מערכת טבעות המשתרעות למרחק של 120 אלף ק"מ מקו המשווה שלו וברוחב ממוצע של כ-20 מטר בלבד (!). הטבעות עשויות בעיקר מגושי קרח קטנים. נוסף עליהן יש לשבתאי כ-25 ירחים שקוטרם עשרות קילומטרים ומעלה, המקיפים אותו במסלולים חיצוניים לטבעות שמרחקם עד כ-20 מיליון ק"מ מכוכב הלכת. לשבתאי יש גם מאות ירחים זעירים שקוטרם קילומטרים אחדים או פחות, הנמצאים ברובם בין הטבעות לירחים הגדולים.

במערכת כה צפופה, כוח הכבידה של כל גוף משפיע במידה ניכרת על כל האחרים, כך שמסלוליהם משתנים עם הזמן. לעיתים השינוי במסלולים עשוי להביא את הירחים למצב של תהודה מסלולית, כלומר מצב שבו יש יחס מדויק בין זמני ההקפה שלהם. במצב זה כוחות הכבידה שמפעילים שני הירחים אינם מבטלים זה את זה, אלא מתווספים זה לזה וגדלים מאוד. כך, למשל, מסלולי הירחים אנקלדוס ודיון נמצאים בתהודה של 2:1, כלומר על כל הקפה של דיון סביב שבתאי, אנקלדוס מסיים שתי הקפות. הדבר גורם להפעלת כוח רב על אנקלדוס, המחמם את הקרח שממנו עשוי הירח וגורם להתפרצויות של גייזרים על פניו. כוח כזה נקרא כוח גאות, והוא זהה במהותו לכוח שמפעילים הירח והשמש על כדור הארץ, הגורם לעליות ולירידות מקומיות בגובה פני הים.

מתיה צ'וק (Ćuk) ממכון המחקר SETI בקליפורניה ולוק דונס (Dones) ודייוויד נסבורני (Nesvorný) ממכון המחקר סאות'ווסט שבקולורדו חישבו את השינויים שהתחוללו לאורך השנים במסלולי הירחים הפנימיים של שבתאי: תטיס, דיון וריאה. הם גילו כי השינויים היו קטנים מאוד, תגלית שאפשר לפרשה בשתי דרכים: או שהמסלולים משתנים לאט, או שהירחים הם גופים צעירים, שמסלוליהם בקושי הספיקו להשתנות. ואולם, שינוי איטי של המסלולים משמעו כוח קטן יותר הפועל על הירחים. למעשה, הכוח הזה אמור להיות חלש הרבה יותר מהכוח שפועל כיום על אנקלדוס וגורם להתפרצות הגייזרים שלו. לכן דחו החוקרים את האפשרות הזאת, וקבעו שהירחים הפנימיים צעירים מאוד. על סמך חישוביהם התברר כי ירחים אלה נוצרו רק לפני כ-100 מיליון שנה, ולא לפני 4.5 מיליארד שנה, כמו שבתאי עצמו וירחיו הגדולים (ורוב מערכת השמש). לשם השוואה של לוח הזמנים, הירחים הפנימיים נוצרו אחרי שכדור הארץ כבר שרץ חיים גדולים ומפותחים, ודינוזאורים שוטטו באזורים רבים שלו.

צ'וק ועמיתיו סבורים כי הירחים הפנימיים נוצרו בעקבות התנגשויות של ירחים קדומים שהתנפצו לרסיסים ויצרו דסקה רחבה של חומר סביב שבתאי, לפני כ-100 מיליון שנה. מהחלק החיצוני של הדסקה נוצרו הירחים הפנימיים הקיימים היום, והחלק הפנימי יותר של הדסקה נותר כמערכת של טבעות הסובבת את כוכב הלכת ויוצרת את התמונה המוכרת לכל חובב חלל.