NASA-forskning afslører, at Saturn mister sine ringe i værste tilfælde

Ny NASA-forskning bekræfter, at Saturn er ved at miste sine ikoniske ringe med den maksimale hastighed, der er anslået ud fra Voyager 1 og 2 observationer foretaget for årtier siden. Ringene bliver trukket ind i Saturn af tyngdekraften som en støvet regn af ispartikler under påvirkning af Saturns magnetfelt.

"Vi vurderer, at denne 'ringregn' dræner en mængde vandprodukter, der kan fylde en swimmingpool i olympisk størrelse fra Saturns ringe på en halv time, " sagde James O'Donoghue fra NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Alene ud fra dette, hele ringsystemet vil være væk om 300 millioner år, men læg hertil det målte ringmateriale fra Cassini-rumfartøjet, der er fundet faldende ind i Saturns ækvator, og ringene har mindre end 100 millioner år tilbage at leve. Dette er relativt kort, sammenlignet med Saturns alder på over 4 milliarder år." O'Donoghue er hovedforfatter til en undersøgelse af Saturns ringregn, der optræder i Icarus 17. december.

Forskere har længe spekuleret på, om Saturn blev dannet med ringene, eller om planeten erhvervede dem senere i livet. Den nye forskning favoriserer sidstnævnte scenarie, indikerer, at de sandsynligvis ikke er ældre end 100 millioner år, da det ville tage så lang tid for C-ringen at blive, hvad den er i dag, forudsat at den engang var lige så tæt som B-ringen. "Vi er heldige at være til stede for at se Saturns ringsystem, som ser ud til at være midt i sin levetid. Imidlertid, hvis ringe er midlertidige, måske gik vi lige glip af at se gigantiske ringsystemer af Jupiter, Uranus og Neptun, som kun har tynde ringe i dag!" tilføjede O'Donoghue.

Forskellige teorier er blevet foreslået for ringens oprindelse. Hvis planeten fik dem senere i livet, ringene kunne have dannet sig, når de var små, iskolde måner i kredsløb om Saturn kolliderede, måske fordi deres baner blev forstyrret af et gravitationstræk fra en forbipasserende asteroide eller komet.

De første antydninger af, at ringregn eksisterede, kom fra Voyager-observationer af tilsyneladende ikke-relaterede fænomener:ejendommelige variationer i Saturns elektrisk ladede øvre atmosfære (ionosfære), tæthedsvariationer i Saturns ringe, og en trio af smalle mørke bånd, der omkranser planeten på nordlige mellembreddegrader. Disse mørke bånd optrådte på billeder af Saturns disede øvre atmosfære (stratosfæren) lavet af NASAs Voyager 2-mission i 1981.

I 1986, Jack Connerney fra NASA Goddard udgav et papir i Geofysiske forskningsbreve der forbandt disse smalle mørke bånd til formen af ​​Saturns enorme magnetfelt, foreslår, at elektrisk ladede ispartikler fra Saturns ringe strømmede ned ad usynlige magnetfeltlinjer, dumpning af vand i Saturns øvre atmosfære, hvor disse linjer dukkede op fra planeten. Tilstrømningen af ​​vand fra ringene, vises på bestemte breddegrader, skyllede den stratosfæriske dis væk, få det til at se mørkt ud i reflekteret lys, producerer de smalle mørke bånd fanget i Voyager-billederne.

Saturns ringe er for det meste bidder af vandis, der varierer i størrelse fra mikroskopiske støvkorn til kampesten flere yards (meter) på tværs. Ringpartikler fanges i en balancegang mellem Saturns tyngdekraft, som ønsker at trække dem tilbage til planeten, og deres kredsløbshastighed, som ønsker at slynge dem ud i rummet. Små partikler kan blive elektrisk ladet af ultraviolet lys fra Solen eller af plasmaskyer, der stammer fra mikrometeoroidbombardement af ringene. Når dette sker, partiklerne kan mærke træk fra Saturns magnetfelt, som buer indad mod planeten ved Saturns ringe. I nogle dele af ringene, en gang opladet, balancen mellem kræfter på disse små partikler ændrer sig dramatisk, og Saturns tyngdekraft trækker dem ind langs de magnetiske feltlinjer ind i den øvre atmosfære.

Når først der, de iskolde ringpartikler fordamper, og vandet kan reagere kemisk med Saturns ionosfære. Et resultat af disse reaktioner er en stigning i levetiden af ​​elektrisk ladede partikler kaldet H3+ ioner, som består af tre protoner og to elektroner. Når de får energi af sollys, H3+ ionerne lyser i infrarødt lys, som blev observeret af O'Donoghues hold ved hjælp af specielle instrumenter knyttet til Keck-teleskopet i Mauna Kea, Hawaii.

Deres observationer afslørede glødende bånd på Saturns nordlige og sydlige halvkugle, hvor de magnetiske feltlinjer, der skærer ringplanet, kommer ind på planeten. De analyserede lyset for at bestemme mængden af ​​regn fra ringen og dens virkninger på Saturns ionosfære. De fandt ud af, at mængden af ​​regn matcher bemærkelsesværdigt godt med de forbavsende høje værdier, som Connerney og kolleger har udledt mere end tre årtier tidligere. med en region i syd, der modtager det meste.

Holdet opdagede også et glødende bånd på en højere breddegrad på den sydlige halvkugle. Det er her Saturns magnetfelt skærer Enceladus kredsløb, en geologisk aktiv måne, der skyder gejsere af vandis ud i rummet, hvilket indikerer, at nogle af disse partikler også regner på Saturn. "Det var ikke en komplet overraskelse, " sagde Connerney. "Vi identificerede Enceladus og E-ringen som en rigelig kilde til vand også, baseret på et andet smalt mørkt bånd i det gamle Voyager-billede." Gejserne, første gang observeret af Cassini-instrumenter i 2005, menes at komme fra et hav af flydende vand under den frosne overflade af den lille måne. Dens geologiske aktivitet og vandhav gør Enceladus til et af de mest lovende steder at søge efter udenjordisk liv.

Holdet vil gerne se, hvordan ringregnen ændrer sig med årstiderne på Saturn. Mens planeten skrider frem i sin 29,4-årige bane, ringene er udsat for Solen i varierende grad. Da ultraviolet lys fra Solen oplader iskornene og får dem til at reagere på Saturns magnetfelt, varierende eksponering for sollys bør ændre mængden af ​​ringregn.