Det er næsten fyrre år siden Voyager 1 og 2 missioner besøgte Saturn-systemet. Da sonderne fløj af gasgiganten, var de i stand til at fange nogle fantastiske billeder i høj opløsning af planetens atmosfære, dens mange måner og dets ikoniske ringsystem. Desuden afslørede sonderne også, at Saturn langsomt mistede sine ringe, i en hastighed, der ville se dem forsvundet i omkring 100 millioner år.
For nylig blev Cassini orbiter besøgte Saturn-systemet og tilbragte over 12 år med at studere planeten, dens måner og dens ringsystem. Og ifølge ny forskning baseret på Cassini s data, ser det ud til, at Saturn mister sine ringe med den maksimale hastighed, der er forudsagt af Voyager missioner. Ifølge undersøgelsen bliver Saturns ringe fordybet af gasgiganten med en hastighed, der betyder, at de kunne være væk på mindre 100 millioner år.
Undersøgelsen, der for nylig blev vist i tidsskriftet Icarus, blev ledet James O’Donoghue fra NASAs Goddard Space Flight Center og inkluderede medlemmer fra NASA Jet Propulsion Laboratory, Centre for Space Physics, Space Research Corporation, University of Leicester og University College London.
I henhold til de data, der er opnået af Voyager sonder i 1980 og 1981 trækkes iskolde partikler fra Saturns ringe ind af planetens tyngdekraft efter at have været underlagt Saturns magnetfelt - hvilket gør dem til et støvet “ringregn” i Saturns øvre atmosfære. Men som James Donahue antydede i en nylig pressemeddelelse fra NASA, kan situationen være værre end oprindeligt mistænkt:
”Vi estimerer, at denne‘ ringregn ’dræner en mængde vandprodukter, der kunne fylde en olympisk størrelse swimmingpool fra Saturns ringe på en halv time. Fra dette alene vil hele ringsystemet være væk i 300 millioner år, men tilføje til dette Cassini-rumfartøjets målte ringmateriale, der er konstateret falder i Saturns ækvator, og ringene har mindre end 100 millioner år at leve. Dette er relativt kort sammenlignet med Saturns alder på over 4 milliarder år. ”
Cassini studerede tabet af Saturns ringmateriale som en del af dens Grande Finale, hvor rumfartøjet brugte sit resterende brændstof med at lede 22 baner mellem Saturn og dets ringe. Dette var en markant præstation, da Cassini-fartøjet gik, hvor intet rumfartøj nogensinde har torde gå og ikke engang var designet til at flyve i dette miljø.
Alligevel, Cassini kunne få oplysninger, der bekræftede, hvad Voyager sonder observeret for årtier siden samt besvare et ældgamelt mysterium om Saturns ringe. Grundlæggende har forskere længe undret sig over, om Saturn dannede sig med sine ringe eller erhvervede dem senere i livet. Denne nye forskning indikerer, at det sandsynligvis er det sidstnævnte scenario, og at Saturn erhvervede dem relativt for nylig i sin historie.
Ifølge deres undersøgelse vurderede O'Donahue og hans kolleger, at Saturns ringsystem sandsynligvis ikke vil være ældre end 100 millioner år, da det vil tage så lang tid, før C-ringen går fra at være så tæt som B-ringen til hvad det er i dag. I denne henseende, forklarer O’Donoghue, er menneskeheden heldig at være i et tidspunkt, hvor ringene stadig var der:
”Vi er heldige at være sammen for at se Saturns ringsystem, der ser ud til at være midt i sin levetid. Men hvis ringe er midlertidige, har vi måske bare gået glip af at se gigantiske ringsystemer af Jupiter, Uranus og Neptune, som kun har tynde ringlets i dag! ”
Som bemærket kom de første antydninger om "ringregn" fra Voyager missioner, som blev resultatet af observationer af, hvad der blev betragtet som tre uafhængige fænomener. Disse omfattede variationer i Saturns elektrisk ladede ionosfære, densitetsvariationer i Saturns ringe og smalle, mørke bånd, der omkranser planeternes nordlige midterste breddegrader.
I 1986 udgav Jack Connerney - en forsker fra NASA's Goddard Space Center og en medforfatter til den nylige undersøgelse - et forskningsdokument, der forbandt disse mørke bånd til formen af Saturns magnetfelt. I et nøddeskal foreslog han, at elektrisk ladede ispartikler fra Saturns ringe flydede ned usynlige magnetfeltlinjer og blev deponeret som vand i Saturns øvre atmosfære.
Disse partikler blev ifølge Connerney elektrisk ladet enten ved UV-stråling fra solen eller af plasmaskyer forårsaget af mikrometeoroider, der bombede ringene. Når det sker, vil partiklerne mærke Saturns magnetfeltes træk og blive trukket ind af Saturns tyngdekraft langs feltlinjer, der ville afsætte dem i den øvre atmosfære.
Disse ispartikler vil derefter fordampe og kemisk interagere med Saturns ionosfære, hvilket ville have den virkning at skylle diset ud i stratosfæren. Disse områder ser mørkere ud i reflekteret lys og skaber således udseendet af mørklagte bånd i Saturns atmosfære. Et andet resultat ville være en øget levetid i de elektrisk ladede partikler kendt som H3 + -ioner (som består af tre protoner og to valg).
Tilstedeværelsen af disse ioner var, hvordan O’Donoghue og hans team var i stand til at bekræfte Connerneys teori. Ved hjælp af Keck-teleskopet var teamet i stand til at observere disse ioner i Saturns nordlige og sydlige halvkugler takket være den måde, de lyser i det infrarøde spektrum (hvilket sker, når de interagerer med sollys). Disse bånd blev observeret på pletter, hvor magnetfeltlinierne, der skærer ringplanet, kommer ind i planeten.
De analyserede derefter lyset for at bestemme mængden af regn, der interagerer med Saturns ionosfære, hvilket ville indikere, hvor meget i vejen for ispartikler blev trukket fra Saturns ringe. Hvad de fandt, var, at det stemte overens med de høje værdier afledt af Connerney og hans kolleger i deres studie fra 1986.
Holdet opdagede også et glødende bånd på en højere breddegrad på den sydlige halvkugle, hvilket tilfældigvis er stedet, hvor Saturns magnetfelt skærer hinanden med Enceladus bane. I nogen tid har astronomer vidst, at gejsere, som med jævne mellemrum rykker ud fra Enceladus 'sydlige polære region (som er resultatet af geologisk aktivitet i det indre) er ansvarlige for at genopfylde Saturns E-ring.
Denne seneste konstatering viser, at nogle af de iskolde partikler, som Enceladus udsender, regner også over Saturn, hvilket også bidrager til planetens mørke bånd. Som Connerney indikerede:
”Det var ikke en fuldstændig overraskelse. Vi identificerede Enceladus og E-ringen som en rigelig vandkilde også, baseret på et andet smalt mørkt bånd i det gamle Voyager-billede. ”
Når vi ser fremad, vil teamet gerne se, hvordan ringregnet ændrer sig som et resultat af sæsonændring på Saturn. Saturns orbital periode, der er 29,4 år, får sine ringe til at blive udsat for forskellige grader af solskin. Da eksponering for UV-lys oplader iskerner i ringen og får dem til at interagere med Saturns magnetfelt, bør forskellige eksponeringsniveauer have en direkte indvirkning på mængden af ringregn i den øvre atmosfære.
Disse fund, der får forskere til at overveje deres tidligere holdte antagelser om Saturn-systemet, er bare den seneste opdagelse, der kommer fra Cassini mission. Selvom orbiteren afsluttede sin mission for to år siden ved at gå ned i Saturns atmosfære, udfordrer de data, den har sendt tilbage, stadig nogle ældre teorier om Saturn, mens de bekræfter andre.
Sørg for at tjekke denne animation af Saturns forsvindende ringe, takket være NASA Goddard Space Center:
