Vandet i Saturns ringe og satellitter er som det på Jorden undtagen månen Phoebe, som er ude af denne verden

Ved at udvikle en ny metode til fjernmåling af isotopforhold mellem vand og kuldioxid, Forskere har fundet ud af, at vandet i Saturns ringe og satellitter uventet ligner vand på Jorden, undtagen på Saturns måne Phoebe, hvor vandet er mere usædvanligt end på noget andet objekt, der hidtil er undersøgt i solsystemet.

Resultaterne, fundet i Icarus papiret "Isotopic Ratios of Saturn's Rings and Satellites:Impplications for the Origin of Water and Phoebe" af Senior Scientist Roger N. Clark fra Planetary Science Institute, betyder også, at vi skal ændre modeller for dannelsen af ​​solsystemet, fordi de nye resultater er i konflikt med eksisterende modeller. Robert H. Brown (U. Arizona), Dale P. Cruikshank (NASA), og Gregg A. Swayze (USGS) er medforfattere.

Isotoper er forskellige former for grundstoffer, men med forskelligt antal neutroner. Tilføjelse af en neutron tilføjer masse til grundstoffet, og det kan ændre processer for, hvordan en planet, komet, eller månen er dannet. Vand er sammensat af to hydrogenatomer (H) og et oxygenatom, H2O. Tilføjelse af en neutron til et brintatom, dengang kaldet deuterium (D), øger massen af ​​et vandmolekyle (HDO) med omkring 5 procent, og den lille ændring resulterer i isotopiske forskelle i dannelsen af ​​en planet, måne, eller komet, og ændrer fordampningen af ​​vand efter dannelse. Forholdet mellem deuterium og brint (D/H) er et fingeraftryk af dannelsesbetingelserne, herunder temperatur og udvikling over tid. Fordampning af vand beriger deuterium i den resterende overflade.

Modeller for dannelsen af ​​solsystemet indikerer, at D/H burde være meget højere i det koldere ydre solsystem end i det varmere indre system, hvor Jorden blev dannet. Deuterium er mere rigeligt i kolde molekylære skyer. Nogle modeller forudsiger, at D/H bør være 10 gange højere for Saturn-systemet end på Jorden. Men de nye målinger viser, at dette ikke er tilfældet for Saturns ringe og satellitter undtagen Saturns måne Phoebe.

Opdagelsen af ​​et usædvanligt deuterium til brint isotopforhold (D/H) for Saturns måne Phoebe betyder, at det blev dannet i og kommer fra en fjern del af solsystemet, sagde Clark. "Phoebes D/H-forhold er den højeste værdi, der endnu er målt i solsystemet, antyder en oprindelse i det kolde ydre solsystem langt ud over Saturn."

Holdet målte også forholdet mellem kulstof-13 og kulstof-12 (13C/12C) på Saturns måne Iapetus og Phoebe. Iapetus, som også har D/H svarende til Jorden, har også 13C/12C tæt på Jordens værdier, men Phoebe er næsten fem gange højere i kulstofisotopen. Tilstedeværelsen af ​​kuldioxid sætter grænser for, hvor meget af Phoebe der kunne være fordampet til rummet efter dannelse, efterlader den eneste mulighed for, at Phoebe blev dannet i de meget kolde ydre områder af solsystemet, meget længere ude end Saturn, og blev efterfølgende forstyrret i en bane, hvor den blev fanget af Saturn. Præcis hvor langt ude Phoebe stammer er ukendt. Der er i øjeblikket ingen målinger af D/H eller 13C/12C for de iskolde overflader på Pluto eller Kuiper Bælt objekter ud over Pluto, men denne nye metode vil gøre os i stand til at foretage sådanne målinger af overfladeisene.

Målingerne blev foretaget fra NASA Cassini-rumfartøjet ved hjælp af Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) i løbet af missionen. En forbedret kalibrering af instrumentet, afsluttet i begyndelsen af ​​2018, muliggjorde den nødvendige præcision til disse målinger af reflekteret lys fra ringene og satellitterne. Den nye metode til fjernmåling af isotopforhold på faste stoffer som vandis og kuldioxidis ved hjælp af reflektansspektroskopi vil muliggøre målinger af isotopforhold for andre objekter i hele solsystemet, sætter yderligere begrænsninger på modeller af solsystemets dannelse.

Saturn-systemets D/H-værdier tæt på Jordens værdier indebærer en lignende vandkilde for det indre og ydre solsystem, og der skal udvikles nye modeller, hvor ændringen fra indre til ydre solsystem er mindre.

NASA Europa Clipper-missionen kunne bruges til at måle isotopforhold på de iskolde galileiske satellitter omkring Jupiter, og Clark er co-investigator på missionen og håber at kunne foretage sådanne målinger.