Het is bijna veertig jaar geleden sinds de Voyager 1 en 2 missies bezochten het Saturnus-systeem. Terwijl de sondes langs de gasreus vlogen, konden ze een aantal verbluffende, hoge resolutie beelden vastleggen van de atmosfeer van de planeet, de vele manen en het iconische ringsysteem. Bovendien onthulden de sondes ook dat Saturnus langzaam zijn ringen verloor, met een snelheid waarmee ze in ongeveer 100 miljoen jaar zouden verdwijnen.
Meer recentelijk is de Cassini orbiter bezocht het Saturnus-systeem en bestudeerde meer dan 12 jaar de planeet, zijn manen en zijn ringsysteem. En volgens nieuw onderzoek op basis van Cassini's gegevens, lijkt het erop dat Saturnus zijn ringen verliest met de maximale snelheid die door de Voyager missies. Volgens de studie worden de ringen van Saturnus door de gasreus opgeslokt met een snelheid die betekent dat ze in minder dan 100 miljoen jaar kunnen verdwijnen.
De studie, die onlangs in het tijdschrift verscheen Icarus, werd geleid door James O'Donoghue van het Goddard Space Flight Center van NASA en omvatte leden van het NASA Jet Propulsion Laboratory, het Center for Space Physics, de Space Research Corporation, de University of Leicester en University College London.
Volgens de gegevens verkregen door de Voyager sondes in 1980 en 1981 worden ijzige deeltjes uit de ringen van Saturnus door de zwaartekracht van de planeet naar binnen getrokken nadat ze onderhevig zijn geweest aan het magnetische veld van Saturnus, waardoor ze in een stoffige 'ringregen' in de bovenste atmosfeer van Saturnus veranderen. Maar zoals James Donahue in een recent NASA-persbericht aangaf, kan de situatie erger zijn dan aanvankelijk werd vermoed:
"We schatten dat deze‘ ringregen ’een hoeveelheid waterproducten afvoert die een zwembad van olympisch formaat vanuit de ringen van Saturnus binnen een half uur zou kunnen vullen. Alleen al dit is het hele ringsysteem over 300 miljoen jaar verdwenen, maar voeg hieraan toe dat het Cassini-ruimtevaartuig gemeten ringmateriaal heeft gedetecteerd dat in de evenaar van Saturnus valt en dat de ringen minder dan 100 miljoen jaar te leven hebben. Dit is relatief kort, vergeleken met de leeftijd van Saturnus van meer dan 4 miljard jaar. "
Cassini bestudeerde het verlies van het ringmateriaal van Saturnus als onderdeel van de Grande Finale, waar het ruimtevaartuig zijn resterende brandstof gebruikte om 22 banen tussen Saturnus en zijn ringen te leiden. Dit was een gedenkwaardige prestatie, aangezien het Cassini-vaartuig ging waar geen enkel ruimtevaartuig ooit durfde te gaan en zelfs niet was ontworpen om in deze omgeving te vliegen.
Niettemin, Cassini kon informatie verkrijgen die bevestigde wat de Voyager sondes die tientallen jaren geleden zijn waargenomen, en beantwoorden een eeuwenoud mysterie over de ringen van Saturnus. Kortom, wetenschappers hebben zich lang afgevraagd of Saturnus zich met zijn ringen heeft gevormd of later in zijn leven heeft verworven. Dit nieuwe onderzoek geeft aan dat het waarschijnlijk het laatste scenario is en dat Saturnus ze relatief recent in haar geschiedenis heeft verworven.
Volgens hun studie schatten O'Donahue en zijn collega's in dat het onwaarschijnlijk is dat het ringsysteem van Saturnus ouder is dan 100 miljoen jaar, aangezien het zo lang zou duren voordat de C-ring zo dicht zou worden als de B-ring naar wat het is vandaag. In dit opzicht, legt O’Donoghue uit, heeft de mensheid het geluk om in de buurt te zijn in een tijd dat de ringen er nog waren:
"We hebben geluk dat we in de buurt zijn om het ringsysteem van Saturnus te zien, dat halverwege zijn leven lijkt te zijn. Als ringen echter tijdelijk zijn, hebben we misschien net gigantische ringsystemen van Jupiter, Uranus en Neptunus gemist, die tegenwoordig slechts dunne ringen hebben! ”
Zoals opgemerkt kwamen de eerste hints van "ringregen" uit de Voyager missies, die het resultaat waren van observaties van wat werd beschouwd als drie niet-gerelateerde fenomenen. Deze omvatten variaties in de elektrisch geladen ionosfeer van Saturnus, dichtheidsvariaties in de ringen van Saturnus en smalle donkere banden die de noordelijke middelhoogten van de planeten omringen.
In 1986 publiceerde Jack Connerney - een onderzoeker van het Goddard Space Center van NASA en co-auteur van de recente studie - een onderzoeksartikel waarin deze donkere banden werden gekoppeld aan de vorm van het magnetische veld van Saturnus. In een notendop stelde hij voor dat elektrisch geladen ijsdeeltjes uit de ringen van Saturnus langs onzichtbare magnetische veldlijnen stroomden en als water werden afgezet in de bovenste atmosfeer van Saturnus.
Deze deeltjes werden volgens Connerney elektrisch geladen door UV-straling van de zon of door plasmawolken veroorzaakt door micrometeoroïden die de ringen bombarderen. Als dat eenmaal gebeurt, zouden de deeltjes de aantrekkingskracht van het magnetische veld van Saturnus voelen en door de zwaartekracht van Saturnus langs veldlijnen worden getrokken die hen in de bovenste atmosfeer zouden afzetten.
Deze ijsdeeltjes zouden dan verdampen en chemisch interageren met de ionosfeer van Saturnus, waardoor de waas in de stratosfeer zou worden weggespoeld. Deze gebieden zouden donkerder lijken in gereflecteerd licht, waardoor het lijkt alsof er donkere banden in de atmosfeer van Saturnus verschijnen. Een andere uitkomst zou een verlengde levensduur zijn van de elektrisch geladen deeltjes die bekend staan als H3 + -ionen (die bestaan uit drie protonen en twee verkiezingen).
De aanwezigheid van deze ionen was hoe O'Donoghue en zijn team de theorie van Connerney konden bevestigen. Met behulp van de Keck-telescoop kon het team deze ionen observeren in de noordelijke en zuidelijke hemisferen van Saturnus dankzij de manier waarop ze gloeien in het infraroodspectrum (wat gebeurt wanneer ze interageren met zonlicht). Deze banden werden waargenomen op plaatsen waar de magnetische veldlijnen die het ringvlak snijden de planeet binnenkomen.
Vervolgens analyseerden ze het licht om te bepalen hoeveel regen in wisselwerking stond met de ionosfeer van Saturnus, wat zou aangeven hoeveel ijsdeeltjes uit de ringen van Saturnus werden getrokken. Wat ze ontdekten, was dat het overeenkwam met de hoge waarden die Connerney en zijn collega's in hun studie uit 1986 hadden afgeleid.
Het team ontdekte ook een gloeiende band op een hogere breedtegraad op het zuidelijk halfrond, wat toevallig de plek is waar het magnetische veld van Saturnus de baan van Enceladus kruist. Al geruime tijd weten astronomen dat de geisers die periodiek uitbarsten uit het zuidelijke poolgebied van Enceladus (die het resultaat zijn van geologische activiteit in het binnenland) verantwoordelijk zijn voor het aanvullen van de E-ring van Saturnus.
Deze laatste bevinding zou erop duiden dat sommige van de ijzige deeltjes die Enceladus uitstraalt ook op Saturnus regenen, wat ook bijdraagt aan de donkere banden van de planeet. Zoals Connerney aangaf:
"Dat was geen complete verrassing. We identificeerden Enceladus en de E-ring ook als een overvloedige waterbron, gebaseerd op een andere smalle donkere band in dat oude Voyager-beeld. ”
Vooruitblikkend zou het team graag zien hoe de ringregen verandert als gevolg van seizoensverandering op Saturnus. De orbitale periode van Saturnus, die 29,4 jaar is, zorgt ervoor dat de ringen worden blootgesteld aan verschillende graden van zonneschijn. Aangezien blootstelling aan UV-licht ijskorrels in de ring oplaadt en ervoor zorgt dat ze interageren met het magnetische veld van Saturnus, zouden verschillende blootstellingsniveaus een directe invloed moeten hebben op de hoeveelheid ringregen in de bovenste atmosfeer.
Deze bevindingen, die ervoor zorgen dat wetenschappers hun eerdere veronderstellingen over het Saturnus-systeem heroverwegen, is slechts de laatste ontdekking die afkomstig is van de Cassini missie. Ook al beëindigde de orbiter zijn missie twee jaar geleden door in de atmosfeer van Saturnus te crashen, de gegevens die hij heeft teruggestuurd, dagen sommige oudere theorieën over Saturnus uit en bevestigen andere.
Zorg ervoor dat je deze animatie van de verdwijnende ringen van Saturnus bekijkt, met dank aan het NASA Goddard Space Center:
