Banebrydende videnskab dukker op fra Saturns ultratætte baner

Ny forskning, der dukker op fra de sidste kredsløb af NASAs Cassini-rumfartøj, repræsenterer et stort spring fremad i vores forståelse af Saturn-systemet - især det mystiske, aldrig før-udforsket område mellem planeten og dens ringe. Nogle forudfattede ideer viser sig at være forkerte, mens nye spørgsmål rejses.

Seks hold af forskere offentliggør deres arbejde 5. oktober i tidsskriftet Videnskab , baseret på resultater fra Cassinis Grand Finale. Det er da, da rumfartøjet var ved at løbe tør for brændstof, Missionsholdet styrede Cassini spektakulært tæt på Saturn i 22 baner, før de bevidst fordampede den i et sidste dyk ud i atmosfæren i september 2017.

Velvidende, at Cassinis dage var talte, dets missionshold gik efter guld. Rumfartøjet fløj, hvor det aldrig var designet til at flyve. For første gang, det undersøgte Saturns magnetiserede miljø, fløj gennem iskolde, stenede ringpartikler og snusede atmosfæren i 1, 200 mil bred (2, 000 kilometer bred) mellemrum mellem ringene og skytoppene. Ikke alene skubbede flyvebanen rumfartøjet til dets grænser, de nye resultater illustrerer, hvor kraftfulde og adrætte instrumenterne var.

Der kommer mange flere videnskabelige resultater fra Grand Finale, men her er nogle af dagens højdepunkter:

• Komplekse organiske forbindelser indlejret i vand nanokorn regner ned fra Saturns ringe til dens øvre atmosfære. Forskere så vand og silikater, men de blev overraskede over også at se metan, ammoniak, carbonmonoxid, nitrogen og kuldioxid. Sammensætningen af ​​de organiske stoffer er forskellig fra den, der findes på månen Enceladus - og også forskellig fra den på månen Titan, hvilket betyder, at der er mindst tre forskellige reservoirer af organiske molekyler i Saturn-systemet.
• For første gang, Cassini så tæt på, hvordan ringe interagerer med planeten og observerede partikler og gasser i den indre ring, der faldt direkte ned i atmosfæren. Nogle partikler påtager sig elektriske ladninger og spiraler langs magnetfeltlinjer, falder ind i Saturn på højere breddegrader - et fænomen kendt som "ringregn". Men forskerne var overraskede over at se, at andre hurtigt bliver trukket ind i Saturn ved ækvator. Og det hele falder ud af ringene hurtigere, end forskerne troede - så meget som 22, 000 pund (10, 000 kg) materiale pr. sekund.
• Forskere var overraskede over at se, hvordan materialet ser ud i mellemrummet mellem ringene og Saturns atmosfære. De vidste, at partiklerne i ringene varierede fra store til små. Men prøveudtagningen i hullet viste for det meste lille, nanometerstore partikler, som røg, tyder på, at en endnu ukendt proces er ved at male partikler op.
• Saturn og dens ringe er endnu mere forbundne, end forskerne troede. Cassini afslørede et hidtil ukendt elektrisk strømsystem, der forbinder ringene med toppen af ​​Saturns atmosfære.
• Forskere opdagede et nyt strålingsbælte omkring Saturn, tæt på planeten og sammensat af energiske partikler. De fandt ud af, at mens bæltet faktisk krydser den inderste ring, ringen er så spinkel, at den ikke blokerer for, at bæltet dannes.
• I modsætning til alle andre planeter med et magnetfelt i vores solsystem, Saturns magnetfelt er næsten helt på linje med dens spinakse. De nye data viser en magnetfelthældning på mindre end 0,0095 grader. (Jordens magnetfelt hælder 11 grader fra dens spinakse.) Ifølge alt, hvad forskerne ved om, hvordan planetariske magnetfelter genereres, Saturn burde ikke have en. Det er et mysterium, som fysikere vil arbejde på at løse.
• Cassini fløj over Saturns magnetiske poler, direkte sampling af regioner, hvor radioemissioner genereres. Resultaterne mere end fordoblede antallet af direkte målinger af radiokilder fra planeten, en af ​​de få ikke-jordbaserede steder, hvor videnskabsmænd har været i stand til at studere en radiogenereringsmekanisme, der menes at virke i hele universet.

Til Cassini-missionen, videnskaben, der ruller ud fra Grand Finale-kredsløb, mere end retfærdiggør den beregnede risiko for at dykke ned i hullet – skimning af den øvre atmosfære og slingring af kanten af ​​de indre ringe, sagde Cassini-projektforsker Linda Spilker.

"Næsten alt, der foregik i den region, viste sig at være en overraskelse, " sagde Spilker. "Det var vigtigheden af ​​at tage dertil, at udforske et sted, vi aldrig havde været før. Og ekspeditionen gav virkelig pote - dataene er enormt spændende."

Analyse af Cassini-data fra rumfartøjets instrumenter vil være i gang i de kommende år, med til at tegne et klarere billede af Saturn.

"Mange mysterier er tilbage, mens vi lægger brikker af puslespillet sammen, " sagde Spilker. "Resultater fra Cassinis endelige baner viste sig at være mere interessante, end vi kunne have forestillet os."

Bladene udgivet i Videnskab er:

"Kemiske vekselvirkninger mellem Saturns atmosfære og dens ringe, " af J.Hunter Waite, et.al.

"D-ring-støv falder ind i Saturns ækvatoriale ionosfære og øvre atmosfære, " af Donald Mitchell, et.al.

"In-situ samling af støvkorn, der falder fra Saturns ringe ind i dens atmosfære, " af Hsiang-Wen Hsu, et.al.

"A radiation belt of energetic protons located between Saturn and its rings, " by Elias Roussos, Peter Kollmann, et.al.

"Saturn's magnetic field revealed by the Cassini Grand Finale, " by Michele Dougherty, et.al.

"The low frequency source of Saturn's Kilometric Radiation (SKR), " by Laurent Lamy, et.al.

On Oct. 4, as the Videnskab publication embargo lifts, articles describing research complementary to these findings will post online in Geofysiske forskningsbreve (GRL), a journal of the American Geophysical Union (AGU).