De Spitzer-ruimtetelescoop heeft een enorme ring rond Saturnus gezien, de grootste en verste band ter wereld in deze geringde wereld. Hoe groot is deze ring? 'Als je infraroodogen zoals Spitzer had,' zei Anne Verbiscer, onderzoeksastronoom aan de Universiteit van Virginia, Charlottesville, 'zou het vanaf de aarde op een volle maan aan weerszijden van Saturnus lijken.' Dat is ongelooflijk enorm! Het grootste deel van het materiaal begint op ongeveer zes miljoen kilometer (3,7 miljoen mijl) afstand van de planeet en strekt zich uit over ongeveer nog eens 12 miljoen kilometer (7,4 miljoen mijl). Een miljard aardes passen in het volume van de ruimte die deze ring inneemt.
Dus waarom is deze gigantische structuur niet eerder gedetecteerd?
'Het is heel erg zwak; extreem zwak, ”vertelde Verbiscer aan Space Magazine. "Als je in de ring zou staan, zou je het niet eens weten. In een kubieke kilometer ruimte zijn er slechts 10-20 deeltjes. De deeltjes zijn ongeveer even groot als mistdeeltjes, maar ze zijn erg verspreid. We kijken alleen naar de thermische emissies die deze kleine deeltjes afgeven; we kijken helemaal niet naar gereflecteerd zonlicht in de waarnemingen die we met Spitzer hebben gedaan. Dat is wat Spitzer het perfecte instrument maakt om te proberen zo'n stofstructuur te vinden. Deze ring is volledig analoog aan puinschijven rond andere sterren die Spitzer heeft waargenomen. ”
Het onderzoeksteam kwam niet alleen deze ring tegen; ze waren er naar op zoek. Het team bestaat uit Verbiscer, Douglas Hamilton van de Universiteit van Maryland, College Park en Michael Skrutskie, van de Universiteit van Virginia, Charlottesville. Ze gebruikten de infraroodcamera met langere golflengte op Spitzer, de multiband-fotometer, en deden hun waarnemingen in februari 2009 voordat Spitzer in mei geen koelvloeistof meer had en zijn 'warme' missie begon.
"Al meer dan 300 jaar proberen mensen het uiterlijk van Saturnusmaan Iapetus (die in 1671 door Giovanni Cassini werd ontdekt) uit te leggen en waarom de ene kant van de maan licht is en de andere heel donker", zei Verbiscer. “De afgelopen 35 jaar is er weer een maan, Phoebe, naar voren gekomen als een mogelijke verklaring, omdat er een verband is tussen die twee manen. Phoebe zelf is heel erg donker en komt overeen met de albedo of helderheid van het donkere materiaal van de voorste helft van Iapetus. Phoebe heeft een retrograde baan en Iapetus bevindt zich in een professionele baan. Dus als deeltjes vanaf Phoebe worden gelanceerd en naar binnen in de richting van Saturnus draaien, zouden ze Iapetus precies op dat leidende halfrond slaan. '
Verbiscer zei dat er dynamisch over deze verklaring voor de donkere kant van Iapetus is gepraat en geprobeerd te worden gemodelleerd. Maar niemand had eraan gedacht om Spitzer te gebruiken om stof in dat gebied te zoeken. 'Dus dat was ons idee', zei ze. "De titel van ons voorstel was‘ Een nieuwe ring van Saturnus ’. We waren zeker op zoek naar een stofstructuur geassocieerd met Phoebe en in dezelfde baan, en dat is precies wat we zien."
Verbiscer zei dat het zelfs voor het Cassini-ruimtevaartuig, en vooral de beeldcamera's, erg moeilijk zou zijn om deze ring te zien, omdat deze alleen in infrarood verschijnt. Plus Cassini zit in deze ring en zou voorbij de andere ringen van Saturnus moeten kijken. "Deze ring is zo groot maar toch zo zwak, het zou moeilijk zijn om te weten wanneer je ernaar keek en wanneer je er niet was."
De verticale hoogte en orbitale helling van deze ring passen perfect bij de baan van Phoebe aan de hemel. 'Als je zou uitzetten waar Phoebe in de loop van de tijd verschijnt terwijl het rond Saturnus gaat, komt de ring precies overeen,' zei Verbiscer. 'Denk aan een kwart die ronddraait op een tafel; de ring heeft dezelfde verticale punt en de baan van Phoebe doet hetzelfde. "
Of de stofdeeltjes van Phoebe zelf of dat Phoebe sommige deeltjes in die configuratie "leidt", de wetenschappers hebben geen definitief bewijs, maar hoogstwaarschijnlijk zijn de stofdeeltjes van Phoebe. "We hebben daar geen duidelijke bevestiging van, maar het is sterk suggestief dat het van Phoebe komt," zei Verbiscer. 'Alles bij elkaar komt het neer op wat je zou krijgen als je een krater van ongeveer een kilometer in diameter op Phoebe zou uitgraven.'
Phoebe is 200 km breed en heeft een grote krater, dus een krater van 1 km is geen overdreven grote krater. "Dus we kunnen niet naar een bepaalde krater op Phoebe kijken en zeggen dat die de ring heeft gemaakt", legde Verbiscer uit. "Het is waarschijnlijk van verschillende kleinere inslagen, en de ring wordt steeds bevoorraad door de volgende inslagen en micrometeorieten die Phoebe raken, materiaal in deze ring lanceren en stof en materiaal van het oppervlak van Phoebe in een Phoebe-achtige baan brengen."
Maar er is nog steeds een beetje een mysterie over de kleur van de leidende hemisfeer van Iapetus.
De twee manen worden vaak vergeleken qua samenstelling en in bijna infrarood delen ze absorptiekenmerken. In het ultraviolet komen de spectra echter ook niet overeen. "Qua kleur ziet de donkere kleur op Iapetus iets meer rood in vergelijking met Phoebe, dus er is een kleine kleurmismatch", zei Verbiscer. “Het kunnen de deeltjes zijn die uit Phoebe worden gemengd met wat er op Iapetus zit, wat het kleurverschil zou kunnen verklaren. Dat is misschien iets interessants om te verkennen, om wat spectrale mengmodellen te doen om wat primordiaal Iapetus-materiaal te bedenken en te mengen met Phoebe's materiaal, om te zien of ze op de een of andere manier rood worden. "
De ring zelf is te zwak om een spectra te nemen om te proberen te bepalen uit welke materialen de ring bestaat, maar de aannames zijn dat de materialen afkomstig zijn van het bovenoppervlak van het gekroonde oppervlak van Pheobe, dat ook wat ijs kan bevatten. Cassini-close-ups van de maan uit 2004 laten heldere kraters zien, wat erop duidt dat ijs zich dicht bij het oppervlak bevindt.
Spitzer kon de gloed van het koele stof voelen, dat is slechts ongeveer 80 Kelvin (minus 316 graden Fahrenheit). Koele objecten schijnen met infrarood of thermische straling; zo schijnt zelfs een kopje ijs met infrarood licht. "Door zich te concentreren op de gloed van het koele stof van de ring, maakte Spitzer het gemakkelijk te vinden", zei Verbiscer.
De paper van het team verschijnt in het nummer van Nature van vandaag. Een online versie is hier beschikbaar.
Bijschrift afbeelding leiden: Artist concept van de nieuwe Saturnian Ring. Krediet: NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (SSC) Het inzetkrediet (Saturn, Phoebe en Iapetus) is NASA / JPL / SSI. Met dank aan Anne Verbiscer
Bron: interview met Anne Verbiscer
