Saturn har ikke altid haft ringe

En af de sidste handlinger af NASAs Cassini-rumfartøj før dets død styrtede ned i Saturns brint- og heliumatmosfære var at kysse mellem planeten og dens ringe og lade dem trække den rundt, i det væsentlige fungerer som en tyngdekraftsonde.

Præcise målinger af Cassinis endelige bane har nu gjort det muligt for videnskabsmænd at lave det første nøjagtige skøn over mængden af ​​materiale i planetens ringe, vejer dem baseret på styrken af ​​deres tyngdekraft.

Det skøn - omkring 40 procent af massen af ​​Saturns måne Mimas, som i sig selv er 2, 000 gange mindre end Jordens måne - fortæller dem, at ringene er relativt nye, opstået for mindre end 100 millioner år siden og måske så sent som for 10 millioner år siden.

Deres unge alder sætter et langvarigt argument til ro blandt planetforskere. Nogle troede, at ringene blev dannet sammen med planeten for 4,5 milliarder år siden af ​​iskolde affald, der forblev i kredsløb efter dannelsen af ​​solsystemet. Andre mente, at ringene var meget unge, og at Saturn havde, på et tidspunkt, fangede et objekt fra Kuiperbæltet eller en komet og reducerede det gradvist til kredsende murbrokker.

Det nye masseestimat er baseret på en måling af, hvor meget Cassinis flyvevej blev afbøjet af ringenes tyngdekraft, da rumfartøjet fløj mellem planeten og ringene på dets sidste sæt af kredsløb i september 2017. imidlertid, afbøjningen svarede ikke til forudsigelser baseret på modeller af planeten og ringe. Først da holdet tegnede sig for meget dybt strømmende vinde i atmosfæren på Saturn - noget umuligt at observere fra rummet - gav målingerne mening, giver dem mulighed for at beregne massen af ​​ringene.

"Første gang jeg så på dataene, troede jeg ikke på det, fordi jeg stolede på vores modeller, og det tog et stykke tid at synke ind, at der var en effekt, der ændrede tyngdekraftsfeltet, som vi ikke havde overvejet, " sagde Burkhard Militzer, en professor i jord- og planetvidenskab ved University of California, Berkeley, der modellerer planetariske interiører. "Det viste sig at være massive strømme i atmosfæren mindst 9, 000 kilometer dybt omkring ækvatorialområdet. Vi troede foreløbigt, at disse skyer var som skyer på Jorden, som er begrænset til et tyndt lag og næsten ikke indeholder masse. Men på Saturn er de virkelig massive."

De beregnede også, at overfladeskyerne ved Saturns ækvator roterer 4 procent hurtigere end lag 9, 000 kilometer (ca. 6, 000 miles) dybt. Det dybere lag tager 9 minutter længere om at rotere end skytoppene ved ækvator, som går rundt om planeten hver 10. time, 33 minutter.

"Opdagelsen af ​​dybt roterende lag er en overraskende åbenbaring om planetens indre struktur, " sagde Cassini-projektets videnskabsmand Linda Spilker fra NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien. "Spørgsmålet er, hvad der får den hurtigere roterende del af atmosfæren til at gå så dybt, og hvad fortæller det os om Saturns indre."

Militzer var også i stand til at beregne, at planetens stenede kerne skal være mellem 15 og 18 gange Jordens masse, hvilket svarer til tidligere skøn.

Holdet, ledet af Luciano Iess ved Sapienza Universitetet i Rom, Italien, rapporterede deres resultater i dag i bladet Videnskab .

Kom ringe fra iskolde kometer?

Tidligere estimater af massen af ​​Saturns ringe – mellem en halv og en tredjedel af Mimas’ masse – kom fra at studere tæthedsbølgerne, der rejser rundt i klipperne, iskolde ringe. Disse bølger er forårsaget af planetens 62 satellitter, inklusive Mimas, som skaber den såkaldte Cassini-opdeling mellem de to største ringe, A og B. Mimas er glat og rund, 246 kilometer i diameter. Den har et stort nedslagskrater, der får den til at ligne Dødsstjernen fra Star Wars-filmene.

"Folk stolede ikke på bølgemålingerne, fordi der kan være partikler i ringene, der er massive, men som ikke deltager i bølgerne, " sagde Militzer. "Vi har altid haft mistanke om, at der var en skjult masse, som vi ikke kunne se i bølgerne."

Heldigvis, da Cassini nærmede sig slutningen af ​​sit liv, NASA programmerede den til at udføre 22 dyk mellem planeten og ringene for at undersøge Saturns tyngdefelt. Jordbaserede radioteleskoper målte rumfartøjets hastighed inden for en brøkdel af en millimeter i sekundet.

Den nye ringmasseværdi ligger inden for rækkevidden af ​​tidligere skøn og giver forskerne mulighed for at bestemme deres alder.

Disse aldersberegninger, ledet af Philip Nicholson fra Cornell University og Iess, bygget på en forbindelse, som videnskabsmænd tidligere havde lavet mellem ringenes masse og deres alder. Lavere masse peger på en yngre alder, fordi ringene i starten er lavet af is og er lyse, men med tiden bliver forurenede og formørket af interplanetarisk affald.

"Disse målinger var kun mulige, fordi Cassini fløj så tæt på overfladen i de sidste timer, " sagde Militzer. "Det var en klassiker, spektakulær måde at afslutte missionen på."