शनीचा एक चंद्र टायटनच्या बर्फापासून बनला?

शनीच्या प्रणालीत दोन विचित्र गोष्टी आहेत. आयपेटस, त्याच्या मोठ्या चंद्रांपैकी एक, असामान्यपणे बर्फसमृद्ध आहे: बाह्य सूर्यमालेतील मोठ्या बर्फाळ पिंडांच्या — क्वाओआर, प्लुटो, ट्रायटन — तुलनेत त्यात खडकापेक्षा कितीतरी अधिक पाणी आहे. क्वाओआर आयपेटसपेक्षा लहान आहे, तरीही कितीतरी अधिक घन आहे. आणि शनीचा महाकाय चंद्र टायटन अपेक्षेपेक्षा अधिक ताणलेल्या कक्षेतून फिरतो (आज 0.029 ची विकेंद्रता).

टायटन शनीपासून सुमारे 12 लाख किलोमीटरवर परिभ्रमण करतो; आयपेटस, सुमारे 36 लाख.

एक धडक, दोन कोडी?

सॅन होजे स्टेट विद्यापीठाचे इग्नासियो मोस्केइरा (Ignacio Mosqueira) यांनी 2005 मध्ये पी. आर. एस्ट्राडा यांच्यासह मांडलेली एक कल्पना तपासली आहे: टायटनवरील प्रचंड धडक. या आघाताने टायटनच्या बाह्य प्रावरणातील बर्फ शनीभोवतीच्या दूरच्या कक्षांमध्ये फेकला असेल, जिथे तो एकत्र येऊन आयपेटस बनला असेल. त्याच आघाताने टायटनची कक्षा ताणली असेल.

ही परिस्थिती “धडक-आणि-पळ” (hit-and-run) प्रकारच्या धडकांवरून घेतली आहे, ज्यांचा वापर बुधाच्या प्रमाणाबाहेर मोठ्या लोखंडी गाभ्याचे स्पष्टीकरण देण्यासाठी आधीच केला गेला आहे: धडकणाऱ्या पिंडाचा खडकाळ गाभा पुढे उडून जातो, तर प्रावरणांपासून ओरबाडलेला बर्फ मागे राहतो.

सदृशीकरणे काय दाखवतात

या अभ्यासात शनीच्या गुरुत्वाकर्षणासह 3D धडक सदृशीकरणे (लॉरेन्स लिव्हरमोर राष्ट्रीय प्रयोगशाळेच्या Spheral कोडने) वापरली आहेत, आणि मग ढिगाऱ्याचा मागोवा दिवस, वर्षे आणि 50 वर्षांपर्यंत घेतला आहे. दोन्ही पिंडांना खडकाळ गाभा आणि बर्फाळ प्रावरण आहे.

परिस्थिती 1 — शनीच्या प्रणालीबाहेरून आलेला धडकणारा पिंड. टायटनच्या एक दशांश वस्तुमानाचा पिंड 10 km/s वेगाने तिरकस धडकतो.

पाच दिवसांनंतर आयपेटसच्या सुमारे 3.5 पट वस्तुमानाचा ढिगारा शनीशी बद्ध राहतो, त्यातील 83 % बर्फ.
त्या बर्फापैकी 95 % टायटनच्या प्रावरणातून येतो.
बर्फाचा एक नमुना आयपेटसच्या अंतरापलीकडे पोहोचणाऱ्या कक्षेतून जातो.
धडकणाऱ्या पिंडाचा खडकाळ गाभा कायमचा शनीपासून निसटतो.
टायटनची कक्षीय विकेंद्रता सुमारे 0.13 पर्यंत उसळते.

परिस्थिती 2 — आधीच शनीभोवती फिरणारा सोबती. टायटनच्या एक चतुर्थांश वस्तुमानाचा पिंड 45° कोनात आणि सुमारे 3.7 km/s वेगाने धडकतो.

तो आयपेटसच्या 0.60 पट वस्तुमानाचा बर्फ मुक्त करतो.
त्याचा खडकाळ गाभा टायटनला घासून पुढे जातो, मग — एका सदृशीकरणात — 6.9 वर्षांनी परत येऊन टायटनला धडकतो. विलीनीकरणानंतर टायटनची विकेंद्रता सुमारे 0.10 असेल.

लेखकाने स्वतः सांगितलेल्या मर्यादा

ही कमी विभेदनाची “प्रायोगिक” (pilot) सदृशीकरणे आहेत — आयपेटसच्या प्रति वस्तुमानाला केवळ सुमारे 27 कण. ती तुकड्यांचे आकार स्पष्ट करत नाहीत आणि ती अभिसारी (converge) असल्याचे दाखवलेले नाही; परत येण्याच्या तारखा संख्यात्मक मांडणीवर अवलंबून बदलतात.

सर्वात महत्त्वाचे, सदृशीकरणांत आयपेटस तयार होत नाही. बर्फ अतिशय लांबट कक्षांमध्ये जातो, ज्या अजूनही टायटनच्या मार्गाला छेदतात. आयपेटसच्या अंतरावर वर्तुळाकार कक्षेत स्थिरावण्यासाठी त्याला 67 ते 86 % अधिक कोनीय संवेग लागेल — उरलेला वायू किंवा ढिगाऱ्याची चकती कक्षा मंदावून आणि गोलाकार करून तो पुरवू शकेल. ही पायरी प्रतिरूपित केलेली नाही. टायटनची सध्याची विकेंद्रताही सदृशीकरणातील मूल्यांपेक्षा कमी आहे, त्यामुळे नंतरचे अवमंदनही (damping) आवश्यक असेल.

काय टिकते, काय दाखवायचे उरते

परिस्थितीची पहिली पायरी टिकते: एका धडकेमुळे आयपेटसच्या अनेक पट वस्तुमानाइतका बर्फाचा साठा निर्माण होऊ शकतो, जो बहुतेक टायटनपासून ओरबाडलेला असतो, आणि त्याच वेळी टायटनची कक्षा ताणली जाते. उरलेले — आयपेटसची जडणघडण आणि त्याची कक्षा वर्तुळाकार करणे — अजून सिद्ध व्हायचे आहे. उरलेली वायूची चकती शनीच्या प्रणालीची इतर वैशिष्ट्ये, जसे की त्याचे बर्फाळ आतले चंद्र आणि कडी, स्पष्ट करू शकेल असेही लेखक सुचवतात; या कल्पना आहेत, निष्कर्ष नाहीत.