Dr Matija Ćuk poznato je ime u svetu planetarnih nauka, ponajviše zbog svoje teorije o nastanku Meseca i starosti Saturnovih satelita
Tekst: Darko Donevski
Od nastanka astronomije prošlo je više hiljada godina, a poreklo tela u Sunčevom sistemu ostala je velika nepoznanica čak i za vrhunske naučnike. Proteklih dana veliku pažnju svetske naučne javnosti izazvao je rad o starosti Saturnovih satelita, objavljen u časopisu Astrophysical Journal. Glavni autor tog rada je Matija Ćuk – istraživač iz Srbije, zaposlen na jednom od najpoznatijih astronomskih instituta na svetu SETI u Sjedinjenim Američkim Državama.
Iako spada u kategoriju mladih istraživača, dr Matija Ćuk je poznato ime u svetu planetarnih nauka, ponajviše zbog svoje teorije o nastanku Meseca. Zajedno sa Sarom Stjuart i još nekoliko kolega, trenutno radi na novoj verziji teorije nastanka Meseca od brzorotitajuže Zemlje: “Budući da je taj rad trenutno u recenziji za časopis Science, ne bih smeo da ga diskutujem u medijima do objavljivanja, međutim obećavam veoma zanimljive detalje čim budu bili dozvoljeni za javnu diskusiju!”
Pre dve godine Matija Ćuk dobio je prestižnu nagradu Harold C. Urej koju Američko astronomsko društvo dodeljuje za izuzetan doprinos planetarnim naukama. Harold Urej je za otkriće deuterijuma dobio Nobelovu nagradu, a bio je i jedan od utemeljivača moderne planetarne nauke. Na ovaj način, Matija Ćuk postao je jedan od najuspešnijih naučnika naše zemlje u svetu.
Na kratko, možemo napraviti analogiju sa čuvenim filmom The Endles Summer, u kojem dvojica surfera putuju po svetu tragajući za idealnim plimskim talasom – Dr Matija Ćuk u svojim simulacijama “putuje” po Sunčevom sistemu i istražuje plimske talase, ukazujući da je njihovo pravilno razumevanje od suštinskog značaja za poreklo malih nebeskih tela.
Tokom ovog “putovanja”, kako kaže, imao je sreće da su njegovi projekti prošli Nasinu selekciju: “Budući da planetarna nauka uživa značajnu finansijsku podršku od Nase, u ovom trenutku slobodan sam da se bavim istraživačkim radom, a to je nešto što najviše volim”.
O tome kako je izgledao akademski put od Beograda do SETI instituta, Matija Ćuk nastavlja skromno: “Moja karijera je slična mnogim drugim srpskim astronomima – kao dete sam išao na predavanja na Kalemegdanu, posle sam bio aktivan i u Istraživačkoj stanici Petnica, a astrofiziku sam studirao na Matematičkom fakultetu. Imao sam sreću da budem primljen na Kornel, gde sam završio postdiplomske studije i tamo sam počeo da se bavim nebeskom mehanikom.”
Ideja koja je uzburkala nauku
Matija Ćuk proučavao je na koji način su nastali sateliti oko bliskih planeta. “Počevši od 2001.godine, analize izotopa poput kiseonika i volframa sa Meseca, kako uzoraka koje su skupili astronauti tako i meteorita, pokazale su da su sastavi Zemljinog omotača i Meseca praktično isti”, poznati naučnik započinje priču o naučnoj ”pustolovini” po našem Sunčevom sistemu.
Međutim, aktuelna teorija nije podržavala takav scenario sve dok se nije pojavila ideja dr Ćuka koja je prilično uzburkala standardnu planetarnu nauku. Uvođenjem orbitalnih parametara koje su dr Ćuk i njegov tim dobili u “plimskom” scenariju, simulacije sudara Zemlje i drugog manjeg tela su kao rezultat dobile savršeno poklapanje sa očekivanom količinom materijala.
“Analizirajući taj problem, 2012. godine profesorka Sara Stjuart sa Harvarda i ja smo predložili da je Zemlja tokom nastanka Meseca imala mnogo veći moment impulsa nego što Zemlja i Mesec imaju danas. Mesec je skoro sigurno nastao blizu Zemlje i plimske sile su tokom vremena usporavale njenu rotaciju pomerajući Mesec na svoju sadašnju veliku orbitu”, objašnjava dr Ćuk i dodaje da je dr Stjuart pokazala, analizirajući svoje simulacije u kojima je sudarala brzorotirajuću Zemlju i jednu manju planetu, da takav sudar može da lansira velike količine materijala u orbitu i omogući formiranje Meseca sa potpuno identičnim sastavom izotopa.
Nakon Meseca, dr Ćuk posvećuje pažnju planeti Saturn. Za razliku od Zemlje, Saturn ima više od 60 satelita i čini vrlo kompleksan sistem. Dr Ćuk pojašnjava koji sve efekti utiču na kretanje Saturnovih satelita i prstenova: “Osnovna dinamika satelita Zemlje i Saturna je ista, ali postoje razlike u detaljima. Glavni izvor promena u oba sistema su plimske sile. U oba slučaja plimske sile unutar planeta usporavaju njihovu rotaciju i predaju momenat impulsa satelitima, dok plimske sile unutar satelita smanjuju izduženje svojih orbita.”
Kako kaže, suštinska razlika je što plime i oseke u Zemljinim morima izazivaju mnogo više trenja nego plime u Saturnovoj unutrašnjosti i dodatno, Mesec je mnogo veći u poređenju sa Zemljom nego li Saturnovi sateliti u poređenju sa Saturnom. Time je Mesec drastično usporio Zemljinu rotaciju od nastanka sistema, dok je rotacija Saturna relativno konstantna.
U svom najnovijem radu bavio se istraživanjem rezonance između Saturnovih satelita i na osnovu toga je zaključio da je moguće da su znatno mlađi nego što se očekivalo. “Orbite svih Saturnovh satelita rastu pod uticajem plimskih sila. Povremeno će orbite dva satelita načiniti ono što zovemo ‘orbitalnom rezonancom’, u kojoj je njihov odnos prost razlomak poput 2/3 ili 3/4”, naglašava Ćuk i dodaje da su tada poremećaji orbita zbog interakcije veoma izraziti.
Uz pomoć preciznih simulacija, dr Ćuk i njegov tim ispitali su nekoliko očekivanih rezonanci: “Došli smo do veoma interesantnog otkrića da se neke od njih zapravo nisu ni desile. To bi značilo da se sateliti kao što su Tetis, Diona i Rea nisu mnogo pomerili od svog nastanka, navodeći nas na zaključak da su ili plimske sile unutar Saturna vrlo slabe, ili je sistem dosta mlad. Mi mislimo da je relativna mladost sistema mnogo realnije rešenje, jer je poznati satelit Encelad trenutno na orbiti koja je dugoročno održiva samo ako su plimske sile unutar Saturna dosta jake.”
Život na Enceladu
Saturnov satelit Encelad je dospeo u žižu interesovanja poslednjih godina kao moguće mesto za razvoj živih organizama, pre svega zbog detektovanog okeana slane vode ispod ledene površi ali i svoje geološke aktivnosti. Ukoliko se model koji dr Ćuk predlaže pokaže tačnim, nameće se pitanje, kakve posledice će to imati na traganje za životom na Enceladu?
“Za sada nismo do kraja sigurni. Proračuni nam govore da unutrašnji okean na Enceladu nije stariji od 100 miliona godina, a to je mnogo manje nego što je starost života na Zemlji. Međutim druga stvar postaje veoma važna u ovom slučaju – naša hipoteza pretpostavlja da je trenutni nivo zagrevanja Encelada u dugotrajnoj ravnoteži, tako da je okean mogao da postoji bez prekida tokom više desetina miliona godina” kazao je naš astronom.
Kako naglašava, prethodne teorije su pretpostavljale nižu stopu zagrevanja, sugerišući da se takav okean samo sporadično pojavljujuje u kratkom vremenskom intervalu: “U dilemi smo da li su sada šanse za postojanje života na Encelad veće ili manje. Svakako nas čekaju uzbudljiva otkrića na tom polju”.
Međutim, neka od buduća istraživanja mogla bi da daju odgovor na glavna pitanja kojima se dr Ćuk bavio u svojim naučnim radovima o Saturnu? “Mene veoma interesuje kakve će posledice po Saturnove satelite, kojima sam se tokom svog rada bavio, imati istraživanja sprovedena na Plutonu i Haronu. U ovom trenutku glavno pitanje je poreklo tih malih tela koje su napravila kratere na njihovoj površini”, dodaje Ćuk.
Ako su u pitanju komete iz Kujperovog pojasa – oblast iza planete Neptun koja sadrži pregršt malih nebeskih tela – situacija je nešto drugačija. “U tom slučaju sateliti moraju biti više milijarda godina stari i naša hipoteza ne može biti tačna. Međutim, ako su krateri posledica sudara sa fragmentima satelita u orbiti oko Saturna, svi ti krateri mogu biti napravljeni za relativno kratko vreme i sistem može biti veoma mlad u odnosu na planetu”, objašnjava naš naučnik.
Prema njegovim rečima krateri na Plutonu i Haronu su najbolji indikator raspodele kakva može da vlada u Kujperovom pojasu. “Nadam se da će idućih meseci eksperti moći da utvrde da li su i krateri na Saturnovim satelitima posledica sudara sa kometama ili ne. Ako se ispostavi da komete nisu glavni izvor kratera, to bi bile sjajne vesti za našu hipotezu”, s velikim uzbuđenjem objašnjava naš naučnik.