శని ఉపగ్రహం టైటాన్ మంచుతో తయారైందా?

శని వ్యవస్థలో రెండు విచిత్రాలు ఉన్నాయి. దాని పెద్ద ఉపగ్రహాల్లో ఒకటైన ఐయాపెటస్‌లో అసాధారణంగా మంచు ఎక్కువ: బాహ్య సౌరకుటుంబంలోని పెద్ద మంచు పిండాలతో — క్వావోర్, ప్లూటో, ట్రైటాన్ — పోలిస్తే, దానిలో రాయి కంటే నీరు చాలా ఎక్కువ. క్వావోర్ ఐయాపెటస్ కంటే చిన్నది, అయినా చాలా ఎక్కువ సాంద్రత గలది. శని యొక్క మహా ఉపగ్రహం టైటాన్ అనుకున్నదానికంటే ఎక్కువగా సాగిన కక్ష్యలో తిరుగుతుంది (నేడు 0.029 ఉత్కేంద్రత).

టైటాన్ శని నుంచి సుమారు 12 లక్షల కిలోమీటర్ల దూరంలో పరిభ్రమిస్తుంది; ఐయాపెటస్, సుమారు 36 లక్షలు.

ఒకే ఢీ, రెండు చిక్కుముడులు?

శాన్ హోసే స్టేట్ విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన ఇగ్నాసియో మోస్కెయిరా (Ignacio Mosqueira) 2005లో పి. ఆర్. ఎస్ట్రాడాతో కలిసి ప్రతిపాదించిన ఒక ఆలోచనను పరీక్షిస్తున్నారు: టైటాన్‌పై భారీ ఢీకొనడం. ఆ ఢీ టైటాన్ బయటి ప్రావారం నుంచి మంచును శని చుట్టూ దూరపు కక్ష్యల్లోకి విసిరేసి ఉండవచ్చు, అక్కడ అది పోగుపడి ఐయాపెటస్‌గా మారి ఉండవచ్చు. అదే దెబ్బ టైటాన్ కక్ష్యను సాగదీసి ఉండవచ్చు.

ఈ దృశ్యం “ఢీకొని-పారిపోయే” (hit-and-run) ఢీకొనడాల నుంచి స్ఫూర్తి పొందింది, బుధుడి అతిపెద్ద ఇనుప కోర్‌ను వివరించడానికి వాటిని ఇప్పటికే ఉపయోగించారు: ఢీకొన్న పిండం యొక్క రాతి కోర్ ముందుకు ఎగిరిపోతుంది, ప్రావారాల నుంచి పెకలించిన మంచు వెనుక మిగులుతుంది.

అనుకరణలు ఏమి చూపిస్తున్నాయి

ఈ అధ్యయనం శని గురుత్వాకర్షణతో సహా 3D ఢీకొనే అనుకరణలను (లారెన్స్ లివర్‌మోర్ నేషనల్ లేబొరేటరీ Spheral కోడ్‌తో) ఉపయోగించి, తర్వాత శిథిలాలను రోజులు, సంవత్సరాలు, 50 ఏళ్ల వరకు అనుసరిస్తుంది. రెండు పిండాలకూ రాతి కోర్, మంచు ప్రావారం ఉన్నాయి.

దృశ్యం 1 — శని వ్యవస్థ బయటి నుంచి వచ్చిన ఢీకొనే పిండం. టైటాన్ ద్రవ్యరాశిలో పదో వంతు ఉన్న పిండం సెకనుకు 10 km వేగంతో ఏటవాలుగా ఢీకొంటుంది.

• ఐదు రోజుల తర్వాత ఐయాపెటస్ ద్రవ్యరాశికి సుమారు 3.5 రెట్ల శిథిలాలు శనికి బంధించబడి ఉంటాయి, అందులో 83 % మంచు.
• ఆ మంచులో 95 % టైటాన్ ప్రావారం నుంచే వస్తుంది.
• ఒక మంచు నమూనా ఐయాపెటస్ దూరానికి మించి చేరే కక్ష్యను అనుసరిస్తుంది.
• ఢీకొన్న పిండం యొక్క రాతి కోర్ శాశ్వతంగా శని నుంచి తప్పించుకుంటుంది.
• టైటాన్ కక్ష్య ఉత్కేంద్రత సుమారు 0.13కు ఎగబాకుతుంది.

దృశ్యం 2 — అప్పటికే శని చుట్టూ తిరుగుతున్న సహచర పిండం. టైటాన్ ద్రవ్యరాశిలో నాలుగో వంతు ఉన్న పిండం 45° కోణంలో, సెకనుకు సుమారు 3.7 km వేగంతో ఢీకొంటుంది.

• అది ఐయాపెటస్ ద్రవ్యరాశికి 0.60 రెట్ల మంచును విడుదల చేస్తుంది.
• దాని రాతి కోర్ టైటాన్‌ను రాసుకుంటూ దాటి వెళ్లి, తర్వాత — ఒక అనుకరణలో — 6.9 ఏళ్ల తర్వాత తిరిగి వచ్చి టైటాన్‌ను ఢీకొంటుంది. విలీనం తర్వాత, టైటాన్ ఉత్కేంద్రత సుమారు 0.10 ఉంటుంది.

రచయిత స్వయంగా చెప్పిన పరిమితులు

ఇవి తక్కువ విభేదనం గల “పైలట్” అనుకరణలు — ఐయాపెటస్ ద్రవ్యరాశికి కేవలం సుమారు 27 కణాలు. అవి ముక్కల పరిమాణాలను విశదీకరించవు, అభిసరణం (convergence) చెందుతాయని చూపలేదు; తిరిగి వచ్చే తేదీలు సంఖ్యాత్మక అమరికలపై ఆధారపడి మారుతాయి.

అన్నింటికంటే ముఖ్యంగా, అనుకరణల్లో ఐయాపెటస్ ఏర్పడదు. మంచు ఇంకా టైటాన్ మార్గాన్ని దాటే చాలా పొడవైన కక్ష్యల్లోకి చేరుతుంది. ఐయాపెటస్ దూరంలో వృత్తాకార కక్ష్యలో స్థిరపడాలంటే, దానికి 67 నుంచి 86 % ఎక్కువ కోణీయ ద్రవ్యవేగం కావాలి — మిగిలిన వాయువు లేదా శిథిలాల చక్రం కక్ష్యలను నెమ్మదింపజేసి గుండ్రంగా చేయడం ద్వారా దాన్ని అందించవచ్చు. ఆ దశను నమూనాగా రూపొందించలేదు. టైటాన్ ప్రస్తుత ఉత్కేంద్రత కూడా అనుకరించిన విలువల కంటే తక్కువ, కాబట్టి తర్వాతి క్షీణత (damping) కూడా అవసరం.

ఏది నిలుస్తుంది, ఏది ఇంకా చూపాలి

దృశ్యం యొక్క మొదటి దశ నిలుస్తుంది: ఒక ఢీకొనడం అనేక ఐయాపెటస్ ద్రవ్యరాశులంత మంచు నిల్వను సృష్టించగలదు, దానిలో ఎక్కువ భాగం టైటాన్ నుంచి పెకలించినది, అదే సమయంలో టైటాన్ కక్ష్యను సాగదీస్తుంది. మిగతాది — ఐయాపెటస్‌ను కూర్చడం, దాని కక్ష్యను వృత్తాకారం చేయడం — ఇంకా నిరూపించాలి. మిగిలిన వాయు చక్రం శని వ్యవస్థ యొక్క ఇతర లక్షణాలను, దాని మంచు లోపలి ఉపగ్రహాలు, వలయాలు వంటివాటిని వివరించవచ్చని కూడా రచయిత సూచిస్తున్నారు; ఇవి ఆలోచనలు, ఫలితాలు కావు.