Een hypothese die recent weer wat in de schijnwerpers staat spreekt mij wel aan: Iedere jonge planeet bevond zich in het centrum van een planetaire stof/puin/gas schijf die in het equatoriale vlak rond die planeet roteerde, en uit deze schijf ontwikkelden zich manen.
De Franse wetenschappers Crida en Charnoz hebben ondermeer de resultaten van de ruimtesonde Cassini (deze onderzoekt Saturnus, haar manen en het ringenstelsel) gebruikt om een hypothese op te stellen die een aantal hardnekkige problemen mbt. maanvorming rond planeten op zou kunnen lossen. Kort samengevat omvat hun hypothese het volgende:
Er wordt vanuit gegaan dat rond een zich vormende protoplaneet een equatoriale ring van materie (rotsen, gruis, stof en gas) aanwezig was, zoals de ringen die nu nog rond Saturnus (en in mindere mate ook rond andere planeten) bestaan, maar dan met een veel grotere massa. Dit is een verschil met de meest aangehangen theorie die uitgaat van een grote gaswolk rond de planeten waaruit de manen zouden 'condenseren'.
Binnen de
RocheLimiet heeft de materieschijf geen mogelijkheid door onderlinge zwaartekracht manen te vormen, maar aan de buitenrand van deze limiet gebeurt dit wel; daar ontstaan minimaantjes die allengs meer materie verzamelen en door getijdenkrachten (zie wat verderop) migreren deze babymaantjes naar een steeds wijdere baan waar het 'kralensnoer' van minimaantjes uiteindelijk fuseert tot een of meer grotere manen.
Dit proces van maanvorming wordt door genoemde wetenschappers middels een rekenmodel uitgewerkt. Terwijl er aan de randen van het stelsel een grotere maan samenklontert uit talloze minimaantjes, worden bij de Roche limiet steeds weer nieuwe minimaantjes geproduceerd. Afhankelijk van de snelheid waarmee de materie in de stofschijf de Roche limiet overschrijdt worden kleinere of grotere manen geproduceerd; bij een hoge toevoer van materie ontstaat een naar verhouding tot de planeet grote maan en bij langzame overschrijding ontstaan meerdere kleinere manen.
Het model blijkt goed in staat de satellietsystemen van Saturnus, Uranus en Neptunus tot in redelijk detail te voorspellen, en sluit ook het op een dergelijke wijze onstane Maan niet uit.
Een bijzonder plaats neemt Uranus in, met zijn bizarre
obliquiteit; zijn rotatie-as ligt zo ongeveer in lijn met het vlak van de ecliptica, zodat eens per Uranusjaar (84 Aardejaren) de Zon vrijwel loodrecht boven de Noord- of Zuidpool en twee keer per jaar boven de evenaar staat.
Deze extreme stand van de as wordt wel verklaard door een immense zwaartekrachtsverstoring, bijvoorbeeld een botsing, en hier heeft zo'n botsing dan kennelijk wel ingrijpende gevolgen, in tegenstelling tot het Aarde-Maan systeem (zie het vorige stukje). Lastiger is het om met de gaswolktheorie te verklaren waarom de vele manen van Uranus in het equatoriale vlak van Uranus (dus 'haaks' op het baanvlak) draaien. Mocht deze botsing of verstoring zich vroegtijdig hebben voorgedaan, nog voor de maanvorming dan is het eenvoudiger aan te nemen dat het hele ringenstelsel onder deze uitzonderlijke hoek is gaan roteren, en dus ook de toekomstige manen.
In deze grafiek de uitkomsten van het rekenmodel voor de manen van Saturnus, Uranus en Neptunus (rode, groene en blauwe stippellijn) samen met de posities van de belangrijkste manen van deze planeten. Vertikaal de massaverhouding tussen planeet en maan, en horizontaal de delta (r = radius baan satelliet, r
R = Rocheradius)
- Model-Moons.jpg (75.33 KiB) 1923 keer bekeken
Rekenmodel en manen, bron: Crida, Charnoz
Als dit model meer in overeenstemming met de werkelijkheid zou zijn, waar zijn dan de manen van Mercurius, Venus en Mars? (De twee minimaantjes die nu om Mars draaien zijn hoogstwaarschijnlijk ingevangen planetoïden). Hebben deze planeten dan niet een dergelijke materiering gehad? Misschien wel; mogelijk is zo'n ring een heel normaal bijproduct van planeetvorming. Mogelijk zijn die manen inmiddels verdwenen. En daar is bij de twee binnenplaneten een wellicht steekhoudende verklaring voor te geven:
Onze Maan verwijdert zich van de Aarde. Dat is een gevolg van de wet van behoud van impulsmoment binnen een systeem. De Aarde roteert sneller om haar as dan de Maan om de Aarde. Hierdoor lopen de door de snellere rotatie van de Aarde opgestuwde getijdengolven vóór op de rotatie van de Maan. De zwaartekrachtsinvloed van deze getijdenberg trekt de Maan naar een hogere snelheid, waardoor deze zich langzaam van de Aarde verwijdert. De energie daarvoor wordt geleverd door de Aarde, die wat langzamer rond haar as gaat draaien.
- impulsmomentAardeMaan.jpg (17.1 KiB) 1922 keer bekeken
Resultante impulsmoment Aarde-Maan systeem
Het tegenovergestelde gebeurt bij Phobos, een van de kleine Marsmaantjes. Die draait sneller rond Mars dan Mars om haar as. Dientegevolge remt de getijdenwerking juist de baansnelheid van Phobos af, waardoor deze een steeds nauwere baan volgt en binnenkort (op astronomische tijdschaal) uiteen zal vallen omdat hij binnen de Roche limiet terecht komt, of - indien die maan voldoende interne sterkte heeft - in zal slaan op Mars.
Zowel Mercurius als Venus draaien extreem langzaam om hun as. De dag op Mercurius duurt 58 en die op Venus 243 aardse dagen. Bij Venus is de dag zelfs langer dan het jaar. Het is dus zeker dat een eventuele maan veel sneller rond deze planeten zou draaien dan de planeten om hun as. En dan is het voorstelbaar dat manen bij deze planeten door de getijdenwerking zoveel zijn afgeremd dat ze inmiddels in de planeet verdwenen zijn, tenminste als er al vroeg in de geschiedenis van het zonnestelsel sprake was van zo'n trage rotatie van deze twee planeten.
Bij Mercurius is een eventuele maan wellicht in het 1350 km grote Caloris bassin (meer dan 25% van de diameter van Mercurius) ingeslagen. Maar op Venus zijn relatief weinig inslagkraters te vinden, en zeker geen inlagkrater die groot genoeg is om door een flinke maan gevormd te zijn. Alle Venuskraters zijn vrij jong, en nauwelijks aangetast ondanks de wind die door de extreem dichte atmosfeer een zwaar eroderend effect moet hebben. Reden hiervoor is dat het oppervlak van venus vrij jong lijkt (ongeveer 450 miljoen jaar). Het is niet ondenkbaar dat Venus 450 miljoen jaar geleden volledig gesmolten is door bijvoorbeeld een inslag van een grote maan.
- coloris_basin.jpg (88.47 KiB) 1922 keer bekeken
Coloris bassin op Mercurius
Mars draait ongeveer even snel om zijn as als de Aarde, dus dat door getijdenwerking een grote maan zoveel is afgeremd dat hij neerstortte is niet waarschijnlijk. Gezien de sterk elliptisch baan van Mars en de nabijheid van de zwaarste planeet uit het zonnestelsel Jupiter, is het niet ondenkbaar dat een eventuele naar buiten migrerende grote maan uiteindelijk zodanig in zijn baan is verstoord dat hij aan de gravitatie van Mars is ontsnapt.
De dwergplaneet Pluto tenslotte heeft wel een - naar verhouding - zeer grote maan, Charon.
De hypothese heeft echter ook zwakke kanten, zo wijkt bijvoorbeeld de verdeling van manen rond Jupiter zo sterk af van het model dat de gegevens niet in de grafiek hierboven pasten, en het is vrijwel zeker dat een aantal minimaantjes rond de gasreuzen ingevangen brokstukken zijn, die dus zeker niet op de door het model beschreven wijze in hun omloop zijn geraakt.
Het laatste woord over deze materie is dus nog lang niet gesproken, maar de toch wat exclusieve Theiatheorie als verklaring voor onze grote maan heeft toch weer een deuk gekregen.
Wetenschappellijk artikel van Crida (Université de Nice) en Charnoz (Université Paris):
klik
