I sine sidste dage, Cassini badede i ringregn

På sine sidste kredsløb i 2017, det langvarige Cassini-rumfartøj duede mellem Saturns ringe og dens øvre atmosfære og badede i et regnskyl af støv, som astronomerne kalder "ringregn".

I forskning offentliggjort i dag i Videnskab , CU Boulders Hsiang-Wen (Sean) Hsu og hans kolleger rapporterer, at de med succes har indsamlet mikroskopisk materiale, der strømmer fra planetens ringe.

"Vores målinger viser præcis, hvad disse materialer er, hvordan de er fordelt og hvor meget støv der kommer ind i Saturn, " sagde Hsu, hovedforfatter af papiret og en forskningsmedarbejder ved Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP).

Fundene, som blev lavet med Cassini's Cosmic Dust Analyzer og Radio- og Plasma Wave Science-instrumenter, komme lidt mere end et år efter, at rumfartøjet brændte op i Saturns atmosfære. De stammer fra missionens "grand finale, "hvor Cassini gennemførte en række risikable manøvrer for at lyne under planetens ringe med hastigheder på 75, 000 miles i timen.

At fange støv under disse forhold var et ingeniør- og navigationskup, sagde forskerne - en snatch-and-run, som missionsholdet havde planlagt siden 2010.

"Det er første gang, at stykker fra Saturns ringe er blevet analyseret med et menneskeskabt instrument, sagde Sascha Kempf, medforfatter til det nye studie og forskningslektor ved LASP og lektor i Fysisk Institut. "Hvis du havde spurgt os for år tilbage, om det overhovedet var muligt, vi ville have fortalt dig 'ingen måde'."

Forskningen er en af ​​en række undersøgelser fra Cassinis sidste baner, der i dag vises i Science. NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) styrede missionen, som var et samarbejde mellem NASA, den europæiske rumfartsorganisation (ESA) og den italienske rumfartsorganisation. Ralf Srama fra University of Stuttgart leder forskning ved hjælp af rumfartøjets Cosmic Dust Analyzer, og William Kurth fra University of Iowa leder Radio and Plasma Wave Science.

Smuk fysik

At fange den ringregn – som astrofysikere havde forudsagt baseret på studier af Saturns øvre atmosfære – i aktion var ikke let:At komme for tæt på en planets ringe risikerer at makulere rumfartøjet.

Da Cassini løber tør for brændstof i 2017, imidlertid, missionsforskere besluttede at tage chancen. Cassini lavede 22 afleveringer rundt om Saturn, tråde mellem planetens nærmeste ring og dens øvre atmosfære, et mellemrum mindre end 1, 200 miles bred.

Under otte af disse sidste kredsløb, Cosmic Dust Analyzer fangede mere end 2, 700 ladede stykker støv. Ud fra gruppens beregninger, det er nok ringregn til at sende omkring et metrisk ton materiale ind i Saturns atmosfære hvert sekund.

Men disse partikler faldt ikke direkte ind i planeten af ​​tyngdekraften alene. I stedet, holdet har mistanke om, at de gynger langs Saturns magnetfeltlinjer som en yo-yo, før de styrter ned i atmosfæren.

"Det er en smuk visning af fysik på arbejde, " sagde undersøgelsens medforfatter Mihály Horányi, en professor i fysik ved CU Boulder.

Beskidte snebolde

Forskerne var også i stand til at studere, hvad det planetstøv var lavet af. De fleste af partiklerne var stykker vandis - hovedbestanddelen af ​​Saturns ringe. Men rumfartøjet optog også en masse små silikater, en klasse af molekyler, der udgør mange rumsten.

Det fund er vigtigt, Hsu sagde, fordi det kunne hjælpe med at besvare et nagende spørgsmål om Saturn:hvor gamle er dens ringe? Han forklarede, at iskolde genstande i rummet er lidt ligesom bogreoler i dit hus.

"Det er virkelig svært at opretholde en ren isoverflade i solsystemet, fordi du altid har snavset materiale på vej mod dig, "Hsu sagde. "En af de ting, vi ønsker at forstå, er, hvor rene eller snavsede ringene er."

Hvis videnskabsmænd kan identificere de nøjagtige typer af silikater, der dækker Saturns ringe, de kan muligvis fortælle, om disse funktioner er milliarder af år gamle eller meget yngre. Hsus kolleger arbejder i øjeblikket på at foretage disse identifikationer. Forskere ved LASP bygger også på, hvad de lærte fra Cassinis Cosmic Dust Analyzer for at designe lignende støvfangende instrumenter til NASAs Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP) og Europa Clipper-missioner.

Hvad angår Cassini, "Jeg er sikker på, at der vil være overraskelser endnu, " sagde Horányi, som også er medforsker på Cosmic Dust Analyzer. "Vi har stadig enorme mængder data, som vi skal sortere ud og analysere."