Er Saturns ringe unge eller gamle?

Se større. | Saturn via Cassini-rumfartøjet. Billede via NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute / Europlanet.

For fire årtier siden, da jeg først lærte astronomi, antog vi alle, at Saturns ikoniske ringe altid havde været der, lige så gamle som selve solsystemet. Vi antog, at Saturn dannede sig med sine ringe, som er store og herlige, og strækker sig næsten 200.000 km (300.000 km) over planetens ækvator. Ringe syntes så integreret med Saturn selv. Men så kom besøgene til Saturn af Voyagers 1 og 2, i 1980 og '81. Deres observationer antydede, at ringene muligvis er yngre end planeten - meget yngre - et midlertidigt fænomen, der kun varede i millioner af år i vores solsystemers 4, 5-milliarders levetid. Og i de seneste år så data fra rumfartøjet Cassini (2004-2017) tilsyneladende tanken om, at Saturns ringe er fra 10 til 100 millioner år gamle. Nu hører vi, at indsigt fra Cassini heller ikke var det sidste ord. Et team af forskere har genoptaget debatten om alderen på Saturns ringe med en undersøgelse, der daterer ringerne som mest sandsynligt, at de har dannet sig i det tidlige solsystem.

Forfatterne antyder, at processer, der fortrinsvis sprøjter støvet og organisk materiale ud af Saturns ringe - et “ringregn”, der delvist falder ned på Saturns skyetop - kunne få ringene til at virke yngre end de virkelig er. Cassini stødte faktisk på dette ringregn, da det dykkede mellem Saturns ringe og dens øvre atmosfære under Grand Finale i 2017.

Ideen drøftes denne uge af astronomer på et fælles møde på den europæiske planetariske videnskabskongres og AAS-afdelingen for planetariske videnskaber i Genève, Schweiz. Det blev offentliggjort lige i tide til dette møde den 16. september 2019 i det peer-reviewede tidsskrift Nature Astronomy .

Voyager 2 fangede billederne for at fremstille denne komposit, taget gennem ultraviolette, violette og grønne filtre. Billedet blev betragtet som iøjnefaldende detaljeret på det tidspunkt. Voyager 1 og 2 Saturn-møder fandt sted med ni måneder fra hinanden, i november 1980 og august 1981. Disse missioner var det, der først udløste spekulationer om, at Saturns ringe måske var yngre end astronomer altid havde antaget. Billede via NASA / JPL-Caltech.

En erklæring fra forfatterne af den nye undersøgelse sagde:

Cassini s dykke gennem ringene under missionen s Grand Finale i 2017 leverede data, der blev fortolket som bevis for, at Saturn s ringe dannede for kun et par titusinder af millioner siden, omkring det tidspunkt, hvor dinosaurier gik Jorden. Tyngdekraftmålinger, der blev foretaget under dykket, gav et mere nøjagtigt skøn over ringenes masse, der består af mere end 95% vandis og mindre end 5% sten, organiske materialer og metaller. Massestimatet blev derefter brugt til at finde ud af, hvor længe den uberørte is af ringene skulle blive udsat for støv og mikrometeoritter for at nå niveauet for andre forurenende stoffer, som vi ser i dag. For mange løste dette mysteriet om ringenes alder.

Men ikke alle forskere var overbeviste. I en artikel om Saturns ringe i Scientific American i august blev ringekspert Luke Dones fra Southwest Research Institute citeret for at sige:

Jeg har ingen indvendinger mod unge ringe. Jeg tror bare, at ingen har fundet en meget plausibel måde at fremstille dem på. Det kræver en usandsynlig begivenhed.

Med andre ord, i det tidlige solsystem, hvor der var en masse affald, der flyvede rundt, er det let at forestille sig de dynamiske processer, der er i stand til at skabe ringe: indfangning af snavs ved Saturns tyngdekraft og / eller opdeling af kometer, asteroider, eller endda små måner. Når ringerne begyndte at dannes, er det også let at forestille sig de separate ringpartikler, der kolliderer med hinanden og bryder op endnu mindre, spreder sig ud omkring Saturn for at danne sine ringe. Men den Scientific American- artikel sagde:

… Det er bare for svært, siger nogle kritikere, at fremstille sådanne ekspansive ringe i det relativt rolige solsystem i nu og i nærheden af ​​det gamle.

Astronom Aurélien Crida, via OCA. Han er hovedforfatter af den nye undersøgelse, der antyder, at Saturns ringe er meget gamle.

Aurélien Crida fra Observatoire de la Côte d'Azur, er hovedforfatter af den nye undersøgelse. Her er grunden til, at han mener, at debatten endnu ikke er afsluttet; han sagde:

Vi kan ikke direkte måle alderen på Saturns ringe som ringe på en træstubbe, så vi er nødt til at udlede deres alder fra andre egenskaber som masse og kemisk sammensætning. Nylige undersøgelser har antaget, at støvstrømmen er konstant, ringenes masse er konstant, og at ringene bevarer alt det forurenende materiale, de modtager.

Der er dog stadig en masse usikkerhed omkring alle disse punkter, og når vi tager med andre resultater fra Cassini-missionen, tror vi, at der er en stærk sag, at ringene er meget, meget ældre.

Crida og hans kolleger argumenterer i deres undersøgelse, at den masse, der blev målt under Cassini-missionsfinalen, er i ”ekstraordinær god aftale” med modeller af den dynamiske udvikling af massive ringe, der går tilbage til det primære solsystem.

Galileo opdagede Saturns ringe i 1610. Gennem sit tidlige teleskop troede han, at de lignede "håndtag" eller måske store måner på hver side af Saturn. Christiaan Huygens tog derefter observationer af Saturn op og offentliggjorde dette kompilationsbillede, der viste, hvordan Saturns udseende var ændret fra 1610 til 1646, i hans Systema Saturnium. Det var Huygens, der afslørede mysteriet med Saturns ringe og sagde: ”Det [Saturn] er omgivet af en tynd, flad ring, intetsteds rørende, tilbøjelig til ekliptikken.” Læs mere om vores viden om Saturns ringe.

Nadia Drake, forfatter af Scientific American's Saturn-artikel i august, beskrev Saturns ringe som "iskolde partikler i størrelse fra mikroskopisk til mobilhome." Crida og kolleger beskrev de enkelte komponenter i Saturns ringe mere prosaisk som:

... partikler og blokke i størrelse fra meter ned til mikrometer. Viskos interaktion mellem blokke får ringene til at sprede sig og transportere materiale væk som et transportbånd. Dette fører til massetab fra den inderste kant, hvor partikler falder ind i planeten, og fra den ydre kant, hvor materiale krydser den ydre grænse til et område, hvor der begynder at dannes månekroner og satellitter.

Mere massive ringe spreder sig hurtigere og mister massen hurtigere. Modellerne viser, at uanset hvad ringens oprindelige masse er, er der en tendens til, at ringene konvergerer på en masse målt af Cassini efter ca. 4 milliarder år, hvilket svarer til tidsskalaen for dannelsen af ​​solsystemet.

Crida opsummerede sit holds position og sagde:

Fra vores nuværende forståelse af ringenes viskositet ville den masse, der blev målt under Cassini Grand Finale, være det naturlige produkt i flere milliarder års udvikling, hvilket er tiltalende. Det er ganske vist intet, der forbyder, at ringerne er blevet dannet for nylig med denne nøjagtige masse og næppe har udviklet sig siden. Dog ville det være ret tilfældigt.

Hsiang-Wen (Sean) Hsu fra LASP og hans kolleger rapporterede i 2018, at de med succes indsamlede mikroskopisk materiale streaming fra Saturns ringe. Læs mere.

Hsiang-Wen Hsu fra Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) i Boulder, Colorado, var en del af et hold, der annoncerede resultater i oktober 2018 relateret til en "ring regn." Resultaterne via Cassini viste, at 600 kg ( 1.300 pund) silikatkorn falder på Saturn fra ringene hvert sekund. Andre undersøgelser har vist tilstedeværelsen af ​​organiske molekyler i Saturns øvre atmosfære, som menes at stamme fra ringene. Hsu kommenterede:

Disse resultater antyder, at ringene 'renser' sig forurenende stoffer. Arten af ​​denne potentielle ringrensningsproces er stadig mystisk.

Imidlertid viser vores undersøgelse, at eksponeringsalderen ikke nødvendigvis er knyttet til dannelsesalderen, og ringene kan derfor forekomme kunstigt unge.

Se større. | Et andet Cassini-billede af Saturns ringe, via NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute / Europlanet.

Nederste linje: Cassini-data syntes at indikere ringe, der kun varede fra 10 til 100 millioner år. En ny undersøgelse antyder, at støvet og organisk materiale, der udsættes fra Saturns ringe - et “ringregn” - kunne få ringene til at virke yngre, end de virkelig er. Som tingene står nu, ved vi ikke, om Saturns ringe er unge eller gamle; vi ved kun, at astronomer fortsætter med at lære om dem.

Kilde: Er Saturns ringe faktisk unge?

Via Europlanet