Hal Levison auf Saturns seltsamem Mond Iapetus

„Iapetus ist eines der seltsamsten Dinge im Sonnensystem“, sagte Hal Levision, „und während wir es mehr und mehr studieren, wird es immer seltsamer.“


Hal Levison, ein Planetenwissenschaftler am Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, spricht über Iapetus, den drittgrößten der mehr als 60 Monde des Planeten Saturn. Eines der ungewöhnlichen Merkmale des Mondes ist eine etwa 15 Kilometer hohe Bergkette, die Iapetus an seinem Äquator fast vollständig umgibt. Dr. Levison präsentierte auf einem Treffen der American Astronomical Society Division on Dynamical Astronomy im April 2011 in Austin, Texas, ein Papier, in dem er Beweise dafür zeigte, dass der Mond Iapetus einen Ring aus Weltraumgesteinen gehabt haben könnte, wie sein Mutterplanet Saturn. die auf den Mond stürzte und den Bergrücken bildete. Dr. Levison sprach mit Jorge Salazar von ForVM.

Saturnmond Iapetus, Bildnachweis:NASA/JPL/Raumfahrtwissenschaftliches Institut


Was passiert auf Saturnmond Iapetus?

Iapetus ist eines der seltsamsten Dinge im Sonnensystem. Natürlich sind seltsame Dinge cool. Es war zum Zeitpunkt der Entdeckung sogar als seltsam bekannt, alsCassini, der es zum ersten Mal sah, erkannte, dass er es nur auf einer Seite des Saturn sah. Der Grund dafür liegt in einem großen Albedo-Unterschied. Das heißt, ein Helligkeitsunterschied zwischen jeder Seite von Iapetus. Eine Seite ist fast ganz tiefschwarz. Der andere ist weiß. Wenn wir es mehr und mehr studieren, wird es seltsamer und seltsamer.

Was mich interessiert, sind zwei Eigenschaften von Iapetus. Die erste ist, wenn Sie jemals ein Bild davon von Cassini gesehen haben, das erste, was die Leute sagten, als die Bilder herunterkamen, war: 'Es sieht aus wie eine Walnuss.' Das heißt, es ist im Vergleich zu seinem Radius an den Polen gequetscht und sieht aus wie ein Objekt, das sich mit 16 Stunden dreht. Aber eigentlich dreht es sich bei 79 Tagen. Es hat also diese versteinerte Ausbuchtung, die aus einer Zeit zu stammen scheint, als sie sich viel schneller drehte als heute.

Auch entlang des Äquators ist ein Kamm, der etwa 15 Kilometer hoch und 50 Kilometer breit ist, den wir zumindest in Kreisen von mindestens 110 Grad des Satelliten sehen können. Aufgrund der unvollständigen Abdeckung kann es tatsächlich ganz herumgehen. Deshalb ist die Analogie einer Walnuss gut.




Wir sprechen von einem Bergrücken von 6 Meilen oder 15 Kilometern Höhe, der den Äquator überspannt?

Berge auf Iapetus, Bildnachweis:NASA/JPL/Raumfahrtwissenschaftliches Institut

Nicht unbedingt, weil es stellenweise fast durchgehend ist. Es sieht aus wie eine Lippe. Als ich das sah, dachte ich als erstes an einen Herstellungsfehler. Als Kind habe ich mit diesen Bällen gespielt, die aus zwei zusammengeklebten Gummihälften bestanden. Und es gibt einen kleinen Grat entlang des Äquators. So sieht dieses Ding aus, außer dass sie irgendwie außermittig sind. Also dachte ich, ahh, es ist einer dieser Bälle, der falsch hergestellt wurde.

Das Problem besteht darin, zu verstehen, wie so etwas Seltsames zustande kommen kann. Es gibt Leute, die an der Idee gearbeitet haben, dass alles intern war, dass es aufgrund der Abkühlung schrumpfte und die interne Erwärmung durch Aluminium-26 auftreten könnte. Und das könnte dir vielleicht diese seltsame Form geben.


Wir haben an einer anderen Idee gearbeitet. Und das heißt, es war tatsächlich ein Ring um Iapetus, der auf seiner Oberfläche zusammenbrach und einen Grat bildete. Es gibt ein weiteres Problem. Wir haben über den Grat gesprochen, aber denken Sie daran, das erste, was ich sagte, war die Form. Es sieht so aus, als würde es sich mit 16 Stunden drehen, wirklich schnell, aber es dreht sich tatsächlich sehr langsam. Und eines der Probleme für Leute, die versuchen, dieses Entspinnen zu verstehen, besteht darin, dass in den klassischen Ideen Saturn das gesamte Entspinnen übernimmt. Iapetus dreht sich sehr schnell. Auf Iapetus gibt es aufgrund von Saturn eine Gezeitenwölbung. Das ist ein wenig versetzt von der direkten Ausrichtung auf Saturn, die Iapetus dazu bringt, sich zu drehen.

Dasselbe geschieht auf dem Erde-Mond-System. Wenn sich die Erde dreht, gibt es die Gezeitenwölbung, die ein wenig vom Mond entfernt ist. Dadurch verlangsamt sich die Erde ein wenig. Und die Erde entfernt sich langsam vom Mond. Das gleiche Argument kann für Iapetus angeführt werden.

Das Problem ist, dass, wenn man dies zumindest naiv betrachtet, dass Iapetus schön und matschig und formbar sein muss, um dies zum Laufen zu bringen und viel Energie in Iapetus zu verlieren, während es sich dreht. Wenn es starr ist, wird es nicht sehr schnell abdrehen. Aber um seine ursprüngliche Form von 16 Stunden beizubehalten, muss es steif sein. Sie haben also diese Inkonsistenz. Um den Satelliten im Zeitalter des Sonnensystems zum Entdrehen zu bringen, braucht man etwas, das irgendwie matschig ist. Aber um die Ausbuchtung zu erhalten, brauchen Sie etwas, das starr ist. Und es war sehr schwierig, diese beiden Einschränkungen gleichzeitig zu lösen. Wir haben es geschafft, aber es erfordert etwas raffinierte Beinarbeit, wenn es darum geht, die Modelle einzurichten.

Wie kann man diesen Saturnmond unter der Oberfläche studieren, ohne tatsächlich dorthin zu gehen?


Dazu führen wir numerische Experimente durch. Das ist die Art von Spiel, die ich die ganze Zeit spiele. Sie sehen das Sonnensystem, wie es heute ist. Und Sie versuchen herauszufinden, wie es dorthin gelangen könnte. Die Art und Weise, wie wir das tun, ist, dass wir dazu neigen, ein Computermodell zu bauen, das all die Physik enthält, die Sie für wichtig halten; stellen Sie die Anfangsbedingungen in vielerlei Hinsicht her; kleben Sie sie in Ihren Code; lassen Sie sie eine Weile mahlen; und eine Antwort erscheint, von der wir denken, dass das Sonnensystem aussehen sollte; wir vergleichen es mit dem was wir sehen und sagen ja, das ist gut, das ist schlecht; und versuchen Sie zu entscheiden, ob Ihre Anfangsbedingungen falsch waren oder Ihre Physik falsch war. Und Sie iterieren weiter, bis Sie etwas wie das bekommen, was wir sehen.

Die Menschen sind vielleicht mit den Ringen des Planeten Saturn vertraut, die durch ein Teleskop gesehen werden. Aber wovon redest du, sind Ringe um einen Saturnmond?

Jawohl. Unsere Theorie, die wir für das Entspinnen von Iapetus vorschlagen, ist, dass Iapetus eine Kollision mit einem anderen Satelliten erlitt, der etwa 10 Prozent seiner eigenen Masse hatte.

Dies ist wieder eine weitere Analogie zum Erdmond. Unsere Lieblingsidee bezüglich der Entstehung des Mondes ist, dass etwas von der Größe des Mars auf die Erde aufschlug und bei dieser Kollision eine Materialscheibe um die Erde herum erzeugte, die sich zum Mond zusammensetzte.

Wir schlagen fast das gleiche Szenario auf Iapetus vor, dass es von etwas etwa einem Zehntel seiner Masse getroffen wurde, was wiederum unserer Meinung nach mit der Erde bei der Bildung des Mondes passiert ist. Dadurch entstand ein Ring aus Material um Iapetus. An der Außenseite dieses Rings akkretiert sich Material, um einen Satelliten zu bilden. Und das Innere dieses Rings regnete in eine Scheibe, genau auf dem Äquator von Iapetus, und bildete den Kamm.

Vorhin sagte ich, dass es schwierig ist, ein Modell zu entwickeln, das nur Iapetus entdreht und seine Ausbuchtung behält. Wenn wir diesen Satelliten hinzufügen, der, da er viel näher als Iapetus ist, ihn viel effektiver entspinnt und es uns ermöglicht, ihn sehr schnell zu entspinnen und trotzdem steif genug zu halten, damit er seine Form behalten kann.

Wie gut hält diese Theorie, dass Saturns Mond Iapetus mit einem großen Weltraumfelsen kollidierte, um ihm die Eigenschaften zu verleihen, über die wir heute gesprochen haben?

Diese Idee steckt noch in den Kinderschuhen. Es gibt eine Möglichkeit, auf die allgemeine Idee zu kommen, eine Arbeit zu schreiben und zu Ihren Kollegen zu sagen, was ich bei diesem Treffen mache: „Hier ist diese seltsame Idee. Und es scheint in erster Linie zu funktionieren.“ Sie können einfache Gleichungen aufschreiben, die definieren, was dieses Verhalten unserer Meinung nach sein wird, und zeigen, dass Sie die richtige Antwort erhalten können.

Und dann, im Laufe der nächsten ein oder zwei Jahre oder noch länger, werden wir immer ausgefeiltere Modelle bauen, einige davon, wie der Grat wachsen wird, und sehen, ob der Grat, den wir von diesem Ring aus auf Iapetus bauen können, wie der Grat aussieht wir sehen. Wir haben einige vorläufige Ergebnisse, die darauf hindeuten, dass dies richtig sein könnte. Kompliziertere Modelle zur Evolution, die Evolution der Gezeitenentwicklung von Iapetus, die immer ausgefeiltere Modelle für das Innere des Satelliten verwendet. Jetzt machen wir etwas ganz Einfaches. Und in jeder Phase nehmen wir das, was die Computermodelle sagen, und vergleichen es so gut wie möglich mit dem, was wir sehen, und sehen, ob wir eine Idee ausschließen können oder nicht.

Warum untersuchen Wissenschaftler so etwas wie einen Bergrücken auf einem Saturnmond, warum das wissenschaftliche Interesse?
Mein Interesse besteht ausschließlich darin, herauszufinden, wie die Erde entstanden ist – warum sie dort ist, wo sie ist, warum sie die Masse hat, die sie hat und die chemische Zusammensetzung hat, warum sie einen Mond hat, den wir sehen. Das ist mein Hauptinteresse. Wenn ich mich also zum Rest des Sonnensystems umschaue, suche ich nach Wegen, den Prozess zu studieren – die Physik, die beim Bau von Planeten zum Einsatz kommt. Und wenn wir etwas sehen, das wir nicht verstehen, wie diesen sehr seltsamen Satelliten des Saturn. Wenn wir etwas sehen, das wir nicht verstehen, ist es ein ausgezeichnetes Labor, um die Prozesse zu testen, die wir hier für wichtig halten. Und wenn wir uns zum Beispiel Iapetus und diesen Bergrücken ansehen, geben wir uns Einschränkungen darüber, wie sich sein Inneres entwickelt hat, was uns etwas über seine chemische Zusammensetzung sagt. Oder, wenn unser Modell stimmt, wie Einschläge Ringe und Scheiben erzeugen, was zum Beispiel beim mondbildenden Einschlag wichtig sein könnte. Das sind also Analogien. All diese Welten sind Analogien zur Erde und zu dem, was wir hier sehen. Und nur wenn wir uns diese anderen Körper des Sonnensystems ansehen, können wir sicher sein, dass unsere Modelle für die Entstehung der Erde richtig sind.

Eine Sache, die mir an Iapetus auffällt, ist, wie ungewöhnlich es ist – seine „Yin-Yang“-Farben, bei denen eine Seite strahlend weiß und die andere dunkel wie Kohle ist; dieser riesige Bergkamm, der über seine „Naht“ geht; und seine 79-Tage-Rotation.

Iapetus ist auf so vielen Ebenen seltsam. Und wieder ist es die Ausnahme von den Regeln, die uns beim Lernen helfen. Und wenn man Iapetus betrachtet, muss man einen Schritt zurücktreten. Es ist nicht mein normales Ding, Satelliten der Riesenplaneten zu studieren. Meine Hauptsache ist, in gewisser Weise Planeten zu bilden. Aber wenn man so etwas sieht, ist man gezwungen, es wieder zu verstehen, weil es es in einen Kontext stellt. Es gibt immer Ausnahmen. Aber es ist schwer, Ausnahmen in der Wissenschaft zu finden, die einem nichts über das sagen, was man für wahr hält. Und so muss man diesen seltsamen Dingen nachgehen, um sie zu verstehen.

Ich erinnere mich an einInterviewForVM hatte Sie vor einigen Jahren dabei, als Sie das frühe Sonnensystem als „Abriss-Derby“ bezeichneten, eine Zeit, die Astronomen noch nicht ganz verstehen.

Ich denke, Sie werden eine Revolution erleben – das ist unabhängig von Iapetus – ich denke, wir werden in den nächsten drei oder vier Jahren eine Revolution in unserem Verständnis davon erleben, wie Planeten entstehen. Ich denke, dass die zuvor existierenden Modelle nicht ausgereift genug waren, um einige der physikalischen Prozesse zu erfassen, die die Dinge antreiben. Und wenn wir das Sonnensystem betrachten, passiert vieles, was wir nicht verstehen.

Für mich ist der Mars die grundlegendste davon. Ich weiß, dass dem Mars heutzutage viel Aufmerksamkeit geschenkt wird. Aber was ich spreche, ist wirklich ein grundlegendes Thema in Bezug auf den Mars, und das ist seine Größe. Unsere Theorien zur Planetenentstehung sagen voraus, dass die Planeten umso größer werden, je weiter man sich von der Sonne entfernt. Und der Mars ist eine Ausnahme. Es ist wahrscheinlich zehnmal kleiner in der Masse, als es sein sollte, basierend auf jedem unserer Modelle. Und es gab eine konzertierte Anstrengung der Community, um das zu verstehen. Und wir haben diesbezüglich ein neues Modell herausgebracht, von dem ich denke, dass es das Problem lösen wird. Wenn das stimmt, zeigt es, dass wir einen wichtigen Prozess beim Verständnis terrestrischer Planeten ausgelassen haben, von dem ich denke, dass er auf lange Sicht viel von unserem Denken ändern könnte. Wir sind gerade dabei, das Papier zu schreiben. Kommen Sie und sprechen Sie mit uns, wenn wir es veröffentlichen.

Was ist das Wichtigste, was Sie heute über Saturns Mond Iapetus wissen möchten?

Ich schätze, was die Leute davon mit nach Hause nehmen möchten, ist, dass die Erforschung des Sonnensystems, die wir betreiben, uns ständig Überraschungen beschert, und diese Überraschungen helfen uns, das allgemeine Bild besser zu verstehen. Ich denke, je mehr wir erforschen, desto wahrscheinlicher ist es, den Entstehungsprozess der Planeten herauszufinden. Und das gilt nicht nur für Iapetus, sondern auch für Kepler und die extrasolaren Planetensysteme, all diese Dinge sind meiner Meinung nach miteinander verbunden, um zu verstehen, was passiert.

Hal Levison vom Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, sprach über Saturns Mond Iapetus, den drittgrößten der mehr als 60 Monde, die den Ringplaneten umkreisen.