En kort astronomisk historie om Saturns fantastiske ringe

Mange drømmer om, hvad de ville gøre, hvis de havde en tidsmaskine. Nogle ville rejse 100 millioner år tilbage i tiden, da dinosaurerne strejfede rundt på jorden. Ikke mange, selvom, ville finde på at tage et teleskop med dem, og hvis, efter at have gjort det, observere Saturn og dens ringe.

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

Jeg er en rumforsker med en passion for at undervise i fysik og astronomi, og Saturns ringe har altid fascineret mig, da de fortæller historien om, hvordan menneskehedens øjne blev åbnet for vores solsystems og kosmos vidundere.

Vores syn på Saturn udvikler sig

Da Galileo første gang observerede Saturn gennem sit teleskop i 1610, han solede sig stadig i berømmelsen om at opdage Jupiters fire måner. Men Saturn forvirrede ham. Kigger på planeten gennem sit teleskop, det så først ud for ham som en planet med to meget store måner, så som en ensom planet, og så igen gennem sit nyere teleskop, i 1616, som en planet med arme eller håndtag.

Fire årtier senere, Giovanni Cassini foreslog først, at Saturn var en planet med ringmærker, 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, ringene ser ud til at vippe mod og væk fra Jorden med den 29-årige cyklus af Saturns revolution om Solen, giver menneskeheden et stadigt skiftende syn på ringene.

Men hvad var ringene lavet af? Var det solide diske, som nogle foreslog? Eller bestod de af mindre partikler? Efterhånden som mere struktur blev tydelig i ringene, efterhånden som der blev fundet flere huller, og da ringenes bevægelse omkring Saturn blev observeret, astronomer indså, at ringene ikke var solide, og bestod måske af et stort antal måner, eller små måner. På samme tid, estimater for ringens tykkelse gik fra Sir William Herschels 300 miles i 1789, til Audouin Dollfus' meget mere præcise skøn på mindre end to miles i 1966.

Astronomers forståelse af ringene ændrede sig dramatisk med Pioneer 11 og tvillinge Voyager-missioner til Saturn. Voyagers nu berømte fotografi af ringene, modlys af solen, viste for første gang, at det, der så ud som det enorme A, B- og C-ringe bestod faktisk af millioner af mindre ringe.

Cassini-missionen til Saturn, efter at have brugt over et årti på at kredse om den ringmærkede kæmpe, gav planetforskere endnu mere spektakulære og overraskende udsigter. Saturns storslåede ringsystem er mellem 10 meter og en kilometer tykt. Den kombinerede masse af dens partikler, som er 99,8 % is, og hvoraf de fleste er mindre end en meter store, er omkring 16 quadrillioner tons, mindre end 0,02 % af jordens månes masse, og mindre end halvdelen af ​​massen af ​​Saturns måne Mimas. Dette har fået nogle videnskabsmænd til at spekulere i, om ringene er et resultat af opløsningen af ​​en af ​​Saturns måner eller indfangningen og opdelingen af ​​en omstrejfende komet.

De dynamiske ringe

I de fire århundreder siden opfindelsen af ​​teleskopet, ringe er også blevet opdaget omkring Jupiter, Uranus og Neptun, vores solsystems gigantiske planeter. Grunden til, at de gigantiske planeter er prydet med ringe og Jorden og de andre klippeplaneter ikke er, blev først foreslået af Eduard Roche, en fransk astronom i 1849.

En måne og dens planet er altid i en gravitationsdans. Jordens måne, ved at trække på modsatte sider af jorden, forårsager havvande. Tidevandskræfter påvirker også planetariske måner. Hvis en måne vover sig for tæt på en planet, disse kræfter kan overvinde tyngdekraftens "lim", der holder månen sammen og rive den fra hinanden. Dette får månen til at bryde op og spredes langs sin oprindelige bane, danner en ring.

Roche-grænsen, den mindste sikre afstand for en månes bane, er cirka 2,5 gange planetens radius fra planetens centrum. For den enorme Saturn, dette er en afstand på 87, 000 kilometer over dens skytoppe og matcher placeringen af ​​Saturns ydre F-ring. For Jorden, denne afstand er mindre end 10, 000 kilometer 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 ​​tidevandskræfter og danne en ring rundt om Jorden. Vores egen måne er en meget sikker 380, 000 kilometer væk.

Tyndheden af ​​planetringene er forårsaget af deres evigt skiftende natur. En ringpartikel, hvis bane er vippet i forhold til resten af ​​ringen, vil til sidst kollidere med andre ringpartikler. Derved, det vil miste energi og sætte sig ind i ringens plan. Over millioner af år, alle sådanne vildfarne partikler falder enten væk eller kommer i kø, efterlader kun det meget tynde ringsystem, folk observerer i dag.

I løbet af det sidste år af sin mission, Cassini-rumfartøjet dykkede gentagne gange gennem de 7, 000 kilometer mellem Saturns skyer og dens indre ringe. Disse hidtil usete observationer gjorde én kendsgerning meget klar:Ringene ændrer sig konstant. Individuelle partikler i ringene stødes konstant af hinanden. Ringpartikler regner støt ned på Saturn.

Hyrdemånerne Pan, Daphnis, Atlas, Pandora og Prometheus, måler mellem otte og 130 kilometer på tværs, bogstaveligt talt hyrde ringpartiklerne, holde dem i deres nuværende baner. Tæthedsbølger, forårsaget af hyrdemånernes bevægelse i ringene, skubbe og omforme ringene. Små måner dannes af ringpartikler, der smelter sammen. Alt dette indikerer, at ringene er flygtige. Hvert sekund regner op til 40 tons is fra ringene ned over Saturns atmosfære. Det betyder, at ringene måske kun holder 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 støvethed. Objekter, der udsættes for støvet, der gennemsyrer vores solsystem i lange perioder, bliver mere støvede og mørkere.

Saturns ringe er ekstremt lyse og støvfrie, synes at indikere, at de blev dannet for 10 til 100 millioner år siden, hvis astronomernes forståelse af, hvordan iskolde partikler samler støv, er korrekt. En ting er sikkert. De ringe, vores tidsrejsende astronaut ville have set, ville have set meget anderledes ud, end de gør i dag.

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