Hoe Neptunus’ Triton bijna al zijn manen vernietigde
De verlichte sikkels van Neptunus (voorgrond) en zijn grootste maan Triton (achtergrond) laten zien … hoe indrukwekkend groot Triton, de 7e grootste maan van het hele zonnestelsel, in vergelijking is. Deze foto is genomen door het Voyager 2 ruimtevaartuig op 29 augustus 1989, 3 dagen na zijn dichtste nadering van Neptunus.
FOTO12/UIG/GETTY IMAGES
Als het gaat om de manen van ons zonnestelsel, is er maar één planeet die niet aan onze verwachtingen voldoet: Neptunus. Voor alle andere planeten zijn er twee manieren waarop ze aan hun manen zijn gekomen:
- of de manen zijn ontstaan als gevolg van een reusachtige inslag, waarbij brokstukken werden opgeworpen die ofwel terugvielen op de hoofdwereld ofwel samensmolten tot een of meer satellieten,
- of hun manen zijn overgebleven van de vorming van het zonnestelsel, gevormd uit een circumplanetaire schijf rond een gasreuzenwereld.
Aarde en Mars hebben hun manen waarschijnlijk van reusachtige inslagen gekregen, samen met grote Kuipergordelobjecten met manen zoals Pluto, Haumea, Eris, en Makemake. Er wordt zelfs gespeculeerd dat reusachtige inslagen de belangrijkste manier zijn waarop aardse, rotsachtige werelden aan hun manen komen.
Maar de gasreusachtige werelden hebben hun manen meestal al vroeg gevormd uit een circumplanetaire schijf, compleet met grote manen die allemaal in hetzelfde vlak ronddraaien en een ringensysteem om mee te gaan. Jupiter, Saturnus en Uranus passen allemaal in dit plaatje, maar Neptunus is een buitenbeentje. Zijn ene grote maan, Triton, blijkt een gevangen Kuipergordelobject te zijn, en heeft daarbij bijna het hele Neptuniaanse stelsel weggevaagd. Dit is wat we nu weten.
Jupiter en zijn ringen, banden en andere warmtegevoelige kenmerken in het infrarood. Merk op hoe alles … wat we waarnemen, de ringen, manen en ringen van Jupiter, allemaal in hetzelfde vlak draaien. Dit is een sterke aanwijzing dat ze allemaal op hetzelfde moment zijn gevormd: uit de oorspronkelijke circumplanetaire schijf rond Jupiter die dateert van de vorming van het zonnestelsel.
TROCCHE100 OP DE ITALIA WIKIPEDIA
Als je naar de drie “typische” gasreuzenplaneten kijkt, vertellen ze allemaal een vergelijkbaar verhaal. Jupiter heeft vier grote manen: de Galileï-satellieten Io, Europa, Ganymedes en Callisto. In het binnenste van Io bevinden zich vier kleine manen; buiten Callisto, ongeveer vier keer zo ver weg, cirkelt een hele reeks kleine, buitenste manen rond Jupiter. De grote manen draaien allemaal in ongeveer hetzelfde vlak, dat samenvalt met het baanvlak van Jupiter zelf.
Zaturnus heeft maar één enorme maan, Titan, maar bezit in totaal 7 manen die minstens 10% zo massief zijn als de maan van de Aarde: Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea, Titan, en Iapetus. Buiten die laatste grote maan, Iapetus, zijn er geen andere manen totdat je iets meer dan drie keer zo ver weg komt, en dan zijn er nog een heleboel kleine manen die rond Saturnus draaien. De manen die zich binnenin Iapetus bevinden – en dat zijn er 23 – draaien allemaal in hetzelfde vlak om Saturnus heen, en dat is hetzelfde vlak als de rotatie van Saturnus en zijn indrukwekkende ringenstelsel.
De hele hoofdring van Saturnus, van de binnenste D-ring tot de buitenste F-ring, is misschien wel veel nieuwer … dan de rest van het zonnestelsel. Alle grote manen van Saturnus tot aan Iapetus draaien in hetzelfde vlak, wat erop wijst dat ze zijn ontstaan uit een circumplanetaire schijf.
NASA / JPL
De volgende planeet, Uranus, heeft vijf grote, massieve manen: Miranda, Ariel, Umbriel, Titania en Oberon. Naast Oberon zijn er in totaal 17 Uraniaanse manen, en alleen Miranda, wiens baan 4,2° gekanteld is ten opzichte van de draaiing van Uranus, is meer dan 1° gekanteld. Naast Oberon zijn er tot nu toe negen kleine manen bekend, waarvan de dichtstbijzijnde ongeveer zeven keer zo ver van Uranus is verwijderd als Oberon.
Maar dan komen we bij Neptunus. De satellieten van Neptunus worden gedomineerd door één grote maan: Triton, momenteel de zevende grootste maan van het zonnestelsel (na de vier Galileï-manen van Jupiter, Saturnus’ Titan en de maan van de aarde). In het binnenste van Neptunus zien de overige satellieten er normaal uit: het zijn er zeven, en terwijl de binnenste Naiad een hoek van 4,7° maakt ten opzichte van de rotatie van Neptunus, staan de andere zes minder dan 1° scheef.
Maar als je naar Triton en verder kijkt, lijkt het op geen van de andere bekende maanstelsels.
De baan van Triton (rood) is 157° gekanteld ten opzichte van manen die meedraaien met de … rotatie van Neptunus (groen), en 130° gekanteld ten opzichte van objecten die meedraaien met het eclipticavlak. De oriëntatie van Triton is het sterkste bewijs dat het een gevangen lichaam is.
WIKIMEDIA COMMONS USER ZYJACKLIN; NASA / JPL / USGS
Om te beginnen is de baan van Triton helemaal verkeerd. Alle andere grote manen die we kennen – de maan van de aarde, maar ook alle grote, massieve manen van Jupiter, Saturnus en Uranus – draaien allemaal in ongeveer hetzelfde vlak als de planeet waar ze omheen draaien. Bovendien draaien ze allemaal in dezelfde richting als de planeten: tegen de klok in, als je vanaf de noordpool van de Zon “naar beneden” kijkt.
Maar Triton niet.
Triton draait in wat wij noemen de retrograde richting: het draait met de klok mee om Neptunus, zelfs als Neptunus en alle andere planeten (en ook alle manen binnenin Triton) in de tegenovergestelde (prograde) richting draaien. Bovendien bevindt Triton zich niet eens in hetzelfde vlak – of zelfs maar in de buurt daarvan – waar Neptunus omheen draait. Het is ongeveer 23° gekanteld ten opzichte van het vlak waar Neptunus om zijn as draait, en bovendien draait het in de verkeerde richting. Dat is een grote, rode vlag die ons vertelt dat Triton niet is ontstaan uit dezelfde circumplanetaire schijf waaruit de binnenste manen (of de manen van de andere gasreuzen) zijn ontstaan.
Als je alle manen, kleine planeten en dwergplaneten in ons zonnestelsel rangschikt, zie je dat … veel van de grootste niet-planetaire objecten manen zijn, en een paar zijn Kuipergordelobjecten. Er is een enorme afname in grootte na de top 11. Triton heeft, heel verrassend, een hogere dichtheid dan we zouden verwachten voor zijn locatie.
MONTAGE DOOR EMILY LAKDAWALLA. GEGEVENS VAN NASA / JPL, JHUAPL/SWRI, SSI, EN UCLA / MPS / DLR / IDA, VERWERKT DOOR GORDAN UGARKOVIC, TED STRYK, BJORN JONSSON, ROMAN TKACHENKO, EN EMILY LAKDAWALLA
Een andere interessante eigenschap van Triton is zijn dichtheid. De andere zware manen van het zonnestelsel vertonen een breed scala aan dichtheden, maar de meeste vallen in een bereik tussen 2,0 en 3,0 gram per kubieke centimeter: vergelijkbaar met de dichtheid van de aardkorstlaag. Aan de hoge kant staan de binnenste grote manen van Jupiter: Io en Europa; aan de lage kant Titan, Ganymedes en Callisto. Naarmate je verder en verder weg gaat, naar de satellieten van Uranus, daalt de dichtheid tot ongeveer 1,5 gram per kubieke centimeter. De andere satellieten van Neptunus en Uranus bestaan grotendeels uit waterijs, met een dichtheid die daarop wijst.
Maar dan is er Triton.
Met een dichtheid van ongeveer 2,06 gram per kubieke centimeter is de dichtheid van Triton abnormaal groot. Het is bedekt met verschillende soorten ijs: bevroren stikstof bovenop een mantel van kooldioxide (droogijs) en waterijs, vergelijkbaar met de samenstelling van Pluto. Hij moet echter een dichtere kern van steen en metaal hebben, waardoor hij een aanzienlijk hogere dichtheid heeft dan Pluto. Het enige object dat we kennen dat vergelijkbaar is met Triton? Eris, het zwaarste Kuipergordelobject: 27% zwaarder dan Pluto, maar op de een of andere manier toch kleiner.
Triton, links, zoals in beeld gebracht door Voyager 2, en Pluto, rechts, zoals in beeld gebracht door New Horizons. Beide werelden zijn bedekt met een mix van stikstof, kooldioxide en waterijs, maar Triton is groter en heeft een aanzienlijk hogere dichtheid. Als Triton zou worden teruggebracht naar de Kuipergordel, zou het het grootste, meest massieve lichaam zijn dat er is.
NASA/JPL/USGS (L), NASA/JHUAPL/SWRI (R)
Eindelijk is Triton een extreme uitschieter als je kijkt naar de buitenste manen van Neptunus. Toegegeven, het is mogelijk, net zoals het mogelijk is voor Uranus, dat er een enorme hoeveelheid kleinere manen rond deze buitenste gasreus draaien, en dat het gebrek aan een speciale missie in de afgelopen 30 jaar ons ervan weerhouden heeft om ze op te sporen. Maar als we kijken naar de andere satellieten die er zijn voorbij de laatste grote satelliet van een gasreuzenplaneet, beginnen ze allemaal ergens 3 tot 8 keer verder weg te staan dan de laatste grote maan.
Maar niet in het geval van Triton en Neptunus.
Triton staat relatief dicht bij Neptunus, met een gemiddelde omloopbaanafstand van slechts 355.000 km: ongeveer 10% dichter bij Neptunus dan de maan bij de aarde staat. Maar de volgende maan, Nereid, staat maar liefst 5,5 miljoen km van Neptunus vandaan, wat een afstandsverhouding is van 15,5 op 1. Erger nog, als je vanaf Nereïde naar de volgende maan gaat, kom je bij Halimede, die 16,6 miljoen km ver weg staat, een spectaculair grote afstand. Alles bij elkaar zijn er slechts 14 manen van Neptunus bekend, het kleinste aantal dat bekend is van een gasreuzenplaneet.
Tritons zuidpoolgebied, gefotografeerd door het Voyager 2-ruimtevaartuig. Ongeveer 50 donkere pluimen markeren … wat verondersteld wordt cryovolkanen te zijn, waarbij die sporen worden veroorzaakt door het verschijnsel dat in de volksmond ‘zwarte rokers’ wordt genoemd.
NASA / VOYAGER 2
Er zijn nog meer “vreemde” eigenschappen aan Triton die haar anders maken dan alle andere maantjes. Wat zijn oppervlak betreft, heeft hij ijzige cryovulkanen, waardoor hij een van de vier werelden in het zonnestelsel is (de aarde, Venus, Io en Triton) waarvan bekend is dat er actieve vulkanische activiteit aan het oppervlak is.
In termen van massa, als je alle satellieten van Neptunus bij elkaar optelt, maakt Triton 99,5% uit van de massa van alles wat rond Neptunus draait: manen, maantjes, en ringen allemaal inbegrepen. Dit is verreweg de grootste verhouding van alle planetenstelsels waar meer dan één maan bij betrokken is.
En qua kleur lijkt hij niet op een van de andere manen van Neptunus, Uranus, Saturnus of Jupiter. In plaats daarvan past hij precies tussen objecten als Pluto en Eris: de grote Kuipergordelobjecten. Sterker nog, als we zowel de atmosfeer als het oppervlak van Triton bekijken, heeft het veel meer gemeen met de bekende Kuipergordelobjecten dan met welke andere maan in ons zonnestelsel dan ook.
Rechtstreekse kleurenopname van Triton, de grootste maan van Neptunus, gemaakt door het ruimtevaartuig Voyager 2. Dit beeld met … lage resolutie is de beste foto die de Voyager 2 heeft gemaakt van de grootste maan van Neptunus, slechts 2 dagen voor de dichtste nadering.
TIME LIFE PICTURES/NASA/THE LIFE PICTURE COLLECTION/GETTY IMAGES
Al dit bewijsmateriaal wijst op één fascinerende conclusie: Triton is niet gevormd zoals de andere grote manen van de gasreuzen; het is niet ontstaan uit een circumplanetaire schijf die dateert uit de vroege stadia van het zonnestelsel. In plaats daarvan lijkt het erop dat Triton oorspronkelijk een Kuipergordelobject was – groter en massiever dan Pluto of Eris – de vroegere koning van de Kuipergordel. Alleen werd Triton enige tijd geleden door de zwaartekracht van Neptunus ingevangen, waar het tot op de dag van vandaag in een baan om die massieve wereld draait.
Als dit waar is, betekent dit dat Neptunus zeer waarschijnlijk zelf een rijk maansysteem had, met een reeks massieve, grote manen die er op een gegeven moment omheen draaiden. En toen, in de loop van honderden miljoenen (of misschien zelfs miljarden) jaren, brachten lichte, herhaalde rukken aan objecten in de Kuipergordel het grootste object in die gordel binnen zijn Heuvelsfeer: het gebied van zijn zwaartekrachtsinvloed. Dat was het begin van een proces dat zou leiden tot de gevangenneming van Triton.
Een aaneenschakeling van twee 591-s opnamen, verkregen door het doorzichtige filter van de groothoek … camera van de Voyager 2, die het volledige ringenstelsel van Neptunus laten zien met de hoogste gevoeligheid. Het hele ringenstelsel van Neptunus bevindt zich ruim binnen de baan van Triton, wat erop wijst dat het buitenste stelsel dat er aan voorafging, zowel ringen als manen, vernietigd is door het gevangen nemen van Triton.
NASA/JPL
De binnenste zeven (kleine) manen van Neptunus, van Naiad tot en met Proteus, zijn waarschijnlijk de enige Neptuniaanse manen die zijn overgebleven van de vorming van Neptunus en die oorspronkelijke circumplanetaire schijf. Deze manen zijn allemaal klein, laag in massa, draaien allemaal in hetzelfde vlak als Neptunus’ rotatie, en maken een omwenteling rond Neptunus in minder dan 27 uur. Ze liggen ongelooflijk dicht bij deze gasreus.
Daarnaast was er waarschijnlijk een rijk maansysteem waar we nooit iets van zullen weten. Dat komt omdat Triton, een gevangen Kuipergordelobject, al het andere heeft weggevaagd. Door een combinatie van zwaartekrachtinteracties, overdracht van impulsmoment en getijdenkrachten van Neptunus is Triton uiteindelijk:
- naar binnen gemigreerd,
- alle bestaande buitenste manen van Neptunus uitgestoten,
- en in een getijdegesloten, cirkelvormige baan rond Neptunus gebracht.
Triton maakt, meer dan enige andere factor, het maanstelsel van Neptunus uniek onder de werelden van ons zonnestelsel, maar de implicaties zijn fascinerend.
Triton, de grootste satelliet van Neptunus, zoals in beeld gebracht door het Voyager 2-ruimtevaartuig. Het gevarieerde terrein op … Triton is vergelijkbaar met het gevarieerde terrein op Pluto. Samen met andere overeenkomsten, kunnen we met zekerheid concluderen dat Triton niet rond Neptunus zelf is ontstaan, maar in de Kuipergordel.
TIME LIFE PICTURES/NASA/THE LIFE PICTURE COLLECTION/GETTY IMAGES
Als we alles wat we geleerd hebben op een rijtje zetten, krijgen we een beeld van zonnestelsels die zich vormen met een reeks planeten eromheen: een mix van aardse (rotsachtige) en gasreuzen (met waterstof/helium omhulsels) planeten. Buiten de laatste planeet die zich vormt – de verst verwijderde wereld met een grote massa die zijn baan kan vrijmaken – zou er een reeks ijzige lichamen moeten blijven bestaan in een analoog van onze Kuipergordel. En het is zeer waarschijnlijk, misschien zelfs onvermijdelijk, dat een van de meest massieve objecten door zwaartekracht gevangen zal raken, waardoor het grootste deel van het satellietsysteem dat voordien rond die wereld bestond, zal verdwijnen.
Neptunus is de enige planeet in ons zonnestelsel waarvan het oorspronkelijke maansysteem op deze manier is verstoord. Triton, de vroegere “koning van de Kuipergordel”, werd lang geleden door de zwaartekracht van de Kuipergordel ingevangen, waardoor alle satellieten van Neptunus, behalve de binnenste, werden uitgeschakeld. Bestaan sommige van hen nog steeds als centauren of kometen met een lange periode? Zijn sommige van Neptunus’ buitenste manen overblijfselen van zijn oorspronkelijke circumplanetaire schijf? Liggen er nog meer manen te wachten om ontdekt te worden? En is het maansysteem typerend voor een buitenste planeet in exoplanetaire systemen?
Dit zijn allemaal open vragen, en planetaire astronomen wachten op aanvullende gegevens en nieuwe missies om het zeker te weten. In de tussentijd kunnen we er zeker van zijn dat Triton het reeds bestaande satellietsysteem van Neptunus heeft vernietigd. In de chaotische zwaartekrachtdans van ons zonnestelsel zijn alleen de overlevenden overgebleven om hun verhaal te vertellen.