En kort historie om Saturns fantastiske ringe

Planeten Saturn var mellem solen og Cassini-rumfartøjet - beskyttet håndværket mod solens blændende blænding - da Cassini skaffede sig dette billede. Cassini kredsløb om Saturn fra 2004 til 2017.

Af Vahe Peroomian, University of Southern California - Dornsife College of Letters, Arts and Sciences

Mange drømmer om, hvad de ville gøre, hvis de havde en tidsmaskine. Nogle ville rejse 100 millioner år tilbage i tiden, da dinosaurer strejfe om Jorden. Ikke mange ville dog tænke på at tage et teleskop med sig, og hvis de har gjort det, skal du observere Saturn og dens ringe.

Hvorvidt vores tidsrejsende astronom ville være i stand til at observere Saturns ringe, kan diskuteres. Har ringene, i en eller anden form eller form, eksisteret siden solsystemets begyndelse for 4, 6 milliarder år siden, eller er de en nyere tilføjelse? Havde ringene endda dannet sig, da asteroiden fra Chicxulub udslettede dinosaurerne?

Jeg er en rumforsker med en lidenskab for at undervise i fysik og astronomi, og Saturns ringe har altid fascineret mig, da de fortæller historien om, hvordan menneskets øjne blev åbnet for vidunderne i vores solsystem og kosmos.

Vores syn på Saturn udvikler sig

Da Galileo først observerede Saturn gennem sit teleskop i 1610, baskede han stadig i berømmelsen af ​​at opdage Jupiters fire måner. Men Saturn forvirrede ham. Når han kiggede på planeten gennem sit teleskop, så han først på ham som en planet med to meget store måner, derefter som en ensom planet og derefter igen gennem sit nyere teleskop, i 1616, som en planet med våben eller håndtag.

Fire årtier senere antydede Giovanni Cassini først, at Saturn var en ringet planet, og hvad Galileo havde set var forskellige syn på Saturns ringe. På grund af de 27 grader i hældningen af ​​Saturns rotationsakse i forhold til planet for dens bane, ser ringene ud til at vippe mod og væk fra Jorden med den 29-årige cyklus af Saturns revolution omkring solen, hvilket giver menneskeheden et stadigt skiftende syn af ringene.

Men hvad var ringene lavet af? Var det faste diske, som nogle antydede? Eller var de sammensat af mindre partikler? Efterhånden som mere struktur blev synlig i ringerne, efterhånden som der blev fundet flere huller, og efterhånden som bevægelsen af ​​ringe om Saturn blev observeret, indså astronomer, at ringene ikke var solide, og at de måske var sammensat af et stort antal måneskyer, eller små måner. Samtidig gik estimaterne for ringernes tykkelse fra Sir William Herschels 300 mil i 1789 til Audouin Dollfus 'meget mere præcise skøn på mindre end to miles i 1966.

Astronomers forståelse af ringe ændrede sig dramatisk med Pioneer 11 og twin Voyager-missioner til Saturn. Voyagers nu berømte fotografi af ringe, baggrundsbelyst af solen, viste for første gang, at det, der syntes som de store A-, B- og C-ringe, faktisk omfattede millioner af mindre ringlets.

Voyager 2 falskt farvebillede af Saturns B- og C-ringe, der viser mange ringlets. Billede via NASA.

Cassini-missionen til Saturn, efter at have brugt over et årti, kredsede om den ringede kæmpe, gav planetariske forskere endnu mere spektakulære og overraskende synspunkter. Det storslåede ringsystem i Saturn er mellem 10 meter (33 fod) og en kilometer (.6 mile) tykt. Den samlede masse af dets partikler, som er 99, 8 procent is, og hvoraf de fleste er mindre end en meter (ca. en yard) i størrelse, er ca. 16 kvadrillioner ton, mindre end 0, 02 procent massen af ​​Jorden er månen, og mindre end halvdelen af ​​Saturns måne Mimas. Dette har ført til, at nogle videnskabsmænd har spekuleret i, om ringene er et resultat af brud på en af ​​Saturns måner eller indfangning og nedbrydning af en forvillet komet.

De dynamiske ringe

I de fire århundreder siden opfindelsen af ​​teleskopet er der også blevet opdaget ringe omkring Jupiter, Uranus og Neptune, kæmpe planeterne i vores solsystem. Årsagen til, at de gigantiske planeter er prydet med ringe og Jorden og de andre stenede planeter, blev først foreslået af Eduard Roche, en fransk astronom i 1849.

En måne og dens planet er altid i en gravitationsdans. Jordens måne forårsager havvande ved at trække på modsatte sider af Jorden. Tidevandskræfter påvirker også planetmånerne. Hvis en måne våger sig for tæt på en planet, kan disse kræfter overvinde tyngdekraften lim holder månen sammen og rive den fra hinanden. Dette får månen til at bryde sammen og sprede sig langs sin oprindelige bane og danne en ring.

Roche-grænsen, den mindste sikre afstand for en måne s bane, er cirka 2, 5 gange planeten s radius fra planetens centrum. For enorme Saturn er dette en afstand på 87.000 km (87.000 km) over dens skyetopper og matcher placeringen af ​​Saturns ydre F-ring. For Jorden er denne afstand mindre end 6.200 miles (10.000 km) over dens overflade. En asteroide eller komet ville være nødt til at vove sig meget tæt på Jorden for at blive revet fra hinanden af ​​tidevandsstyrker og danne en ring omkring Jorden. Vores egen måne er en meget sikker 236.000 miles (380.000 km) væk.

Kunstnerens koncept af NASA s Cassini-rumfartøj, der er ved at gøre et af dets dyk mellem Saturn og dets inderste ringe som en del af missionens store finale. Billede via NASA / JPL-Caltech.

Tyndheden af ​​planetarier er forårsaget af deres stadigt skiftende natur. En ringpartikel, hvis bane er vippet i forhold til resten af ​​ringen, vil til sidst kollidere med andre ringpartikler. Dermed mister den energi og sætter sig i ringets plan. I løbet af millioner af år falder alle sådanne ukorrekte partikler enten væk eller kommer i kø, hvilket kun efterlader det meget tynde ringsystem, som folk observerer i dag.

I løbet af det sidste år af sin mission dykkede Cassini-rumfartøjet gentagne gange igennem det 4.350 mil (7.000 km) mellemrum mellem skyerne i Saturn og dets indre ringe. Disse hidtil usete observationer gjorde en kendsgerning meget klar: Ringerne skifter konstant. Individuelle partikler i ringerne skubbes kontinuerligt af hinanden. Ringpartikler regner støt ned på Saturn.

Hyrden måner Pan, Daphnis, Atlas, Pandora og Prometheus, der måler mellem 8 og 130 km over tværs, hyr bogstaveligt talt ringpartiklerne og holder dem i deres nuværende kredsløb. Tæthedsbølger, der er forårsaget af hyrdsmåners bevægelse inden i ringene, skubber og omformer ringerne. Små moonlets dannes fra ringpartikler, der samles sammen. Alt dette indikerer, at ringene er flyktige. Hvert sekund op til 40 ton is fra ringene regner ned i Saturns atmosfære. Det betyder, at ringene kun kan vare flere titusinder til hundreder af millioner af år.

Kunne en tidsrejsende astronom have set ringene for 100 millioner år siden? En indikator for ringenes alder er deres støvighed. Objekter, der udsættes for støvet, der gennemsyrer vores solsystem i lange perioder, bliver støvede og mørkere.

Saturns ringe er ekstremt lyse og støvfrie og ser ud til at indikere, at de dannede et sted fra 10 til 100 millioner år siden, hvis astronomers forståelse af, hvordan iskolde partikler samler støv, er korrekt. En ting er helt sikkert. De ringe, som vores tidsrejsende astronaut ville have set, ville have set meget anderledes ud, end de gør i dag.

Vahe Peroomian, lektor i fysik og astronomi, University of Southern California - Dornsife College of Letters, Arts and Sciences

Denne artikel er genudgivet fra Samtalen under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.

Nederste linje: Hvordan og hvornår Saturns ringe blev lavet, ud fra hvad, og om de vil vare.