Es ist fast vierzig Jahre her seit dem Voyager 1 und 2 Missionen besuchten das Saturn-System. Während die Sonden vom Gasriesen flogen, konnten sie einige atemberaubende, hochauflösende Bilder der Atmosphäre des Planeten, seiner vielen Monde und seines ikonischen Ringsystems aufnehmen. Darüber hinaus zeigten die Sonden auch, dass Saturn langsam seine Ringe verlor, mit einer Geschwindigkeit, mit der sie in etwa 100 Millionen Jahren verschwunden wären.
In jüngerer Zeit hat die Cassini Der Orbiter besuchte das Saturn-System und studierte über 12 Jahre lang den Planeten, seine Monde und sein Ringsystem. Und nach neuen Forschungen basierend auf Cassinis Daten scheint es, dass Saturn seine Ringe mit der von der Voyager Missionen. Laut der Studie werden die Saturnringe vom Gasriesen mit einer Geschwindigkeit verschlungen, die bedeutet, dass sie in weniger als 100 Millionen Jahren verschwunden sein könnten.
Die Studie, die kürzlich in der Zeitschrift erschien Ikarus, wurde von James O’Donoghue vom Goddard Space Flight Center der NASA geleitet und umfasste Mitglieder des NASA Jet Propulsion Laboratory, des Zentrums für Weltraumphysik, der Space Research Corporation, der University of Leicester und des University College London.
Nach den Angaben der Voyager Bei Sonden in den Jahren 1980 und 1981 werden eisige Partikel aus Saturnringen von der Schwerkraft des Planeten angezogen, nachdem sie dem Magnetfeld des Saturn ausgesetzt wurden - was sie in einen staubigen „Ringregen“ in der oberen Atmosphäre des Saturn verwandelt. Aber wie James Donahue kürzlich in einer Pressemitteilung der NASA angedeutet hat, ist die Situation möglicherweise schlimmer als ursprünglich vermutet:
„Wir schätzen, dass dieser‚ Ringregen 'eine Menge Wasserprodukte abfließt, die in einer halben Stunde ein olympisches Schwimmbecken aus den Saturnringen füllen könnten. Allein dadurch wird das gesamte Ringsystem in 300 Millionen Jahren verschwunden sein. Hinzu kommt, dass das von Cassini-Raumfahrzeugen gemessene Ringmaterial in den Saturnäquator fällt und die Ringe weniger als 100 Millionen Jahre leben müssen. Dies ist relativ kurz im Vergleich zu Saturns Alter von über 4 Milliarden Jahren. "
Cassini untersuchten den Verlust von Saturns Ringmaterial im Rahmen seines Grande Finales, bei dem das Raumschiff seinen verbleibenden Treibstoff für 22 Umlaufbahnen zwischen Saturn und seinen Ringen ausgab. Dies war eine bedeutende Leistung, da das Cassini-Flugzeug dorthin ging, wo noch kein Raumschiff es jemals gewagt hat, und nicht einmal dafür ausgelegt war, in dieser Umgebung zu fliegen.
Dennoch, Cassini konnte Informationen erhalten, die bestätigten, was die Voyager Sonden, die vor Jahrzehnten beobachtet wurden, und beantworten ein uraltes Rätsel um Saturnringe. Grundsätzlich haben sich Wissenschaftler lange gefragt, ob sich Saturn mit seinen Ringen gebildet oder später im Leben erworben hat. Diese neue Forschung zeigt, dass es wahrscheinlich das letztere Szenario ist und dass Saturn sie vor relativ kurzer Zeit in seiner Geschichte erworben hat.
Laut ihrer Studie schätzten O'Donahue und seine Kollegen, dass das Saturn-Ringsystem wahrscheinlich nicht älter als 100 Millionen Jahre sein wird, da es so lange dauern würde, bis der C-Ring so dicht wie der B-Ring ist es ist heute. In dieser Hinsicht, erklärt O’Donoghue, hat die Menschheit das Glück, zu einer Zeit da zu sein, als die Ringe noch da waren:
„Wir haben das Glück, das Ringsystem des Saturn zu sehen, das sich in der Mitte seines Lebens zu befinden scheint. Wenn die Ringe jedoch nur vorübergehend sind, haben wir vielleicht nur die riesigen Ringsysteme von Jupiter, Uranus und Neptun verpasst, die heute nur noch dünne Ringe haben! “
Wie bereits erwähnt, kamen die ersten Hinweise auf „Ringregen“ von der Voyager Missionen, die sich aus Beobachtungen von drei nicht verwandten Phänomenen ergaben. Dazu gehörten Variationen in der elektrisch geladenen Ionosphäre des Saturn, Dichteschwankungen in den Saturnringen und schmale dunkle Bänder, die die nördlichen mittleren Breiten der Planeten umgeben.
1986 veröffentlichte Jack Connerney - ein Forscher vom Goddard Space Center der NASA und Mitautor der jüngsten Studie - ein Forschungspapier, das diese dunklen Bänder mit der Form des Saturn-Magnetfelds verknüpfte. Kurz gesagt, er schlug vor, dass elektrisch geladene Eispartikel aus Saturnringen unsichtbare Magnetfeldlinien hinunterflossen und sich als Wasser in der oberen Atmosphäre des Saturn ablagerten.
Laut Connerney wurden diese Partikel entweder durch UV-Strahlung der Sonne oder durch Plasmawolken, die durch Mikrometeoroide verursacht wurden, die die Ringe bombardierten, elektrisch geladen. In diesem Fall würden die Partikel die Anziehungskraft des Saturn-Magnetfelds spüren und von der Schwerkraft des Saturn entlang der Feldlinien angezogen werden, die sie in der oberen Atmosphäre ablagern würden.
Diese Eispartikel würden dann verdampfen und chemisch mit der Saturn-Ionosphäre interagieren, was dazu führen würde, dass der Dunst in der Stratosphäre weggespült würde. Diese Bereiche würden im reflektierten Licht dunkler erscheinen, wodurch dunkle Bänder in der Saturnatmosphäre entstehen. Ein weiteres Ergebnis wäre eine längere Lebensdauer der elektrisch geladenen Teilchen, die als H3 + -Ionen bekannt sind (die aus drei Protonen und zwei Wahlen bestehen).
Durch das Vorhandensein dieser Ionen konnten O’Donoghue und sein Team Connerneys Theorie bestätigen. Mit dem Keck-Teleskop konnte das Team diese Ionen in der nördlichen und südlichen Hemisphäre des Saturn beobachten, da sie im Infrarotspektrum leuchten (was passiert, wenn sie mit Sonnenlicht interagieren). Diese Banden wurden an Stellen beobachtet, an denen die Magnetfeldlinien, die die Ringebene schneiden, in den Planeten eintreten.
Anschließend analysierten sie das Licht, um die Menge des Regens zu bestimmen, der mit der Ionosphäre des Saturn wechselwirkt. Dies würde anzeigen, wie viel Eispartikel aus den Ringen des Saturn gezogen wurden. Was sie fanden, war, dass es den hohen Werten entsprach, die Connerney und seine Kollegen in ihrer Studie von 1986 abgeleitet hatten.
Das Team entdeckte auch ein leuchtendes Band in einem höheren Breitengrad auf der südlichen Hemisphäre, das zufällig die Stelle ist, an der sich das Saturn-Magnetfeld mit der Umlaufbahn von Enceladus schneidet. Seit einiger Zeit wissen Astronomen, dass die Geysire, die regelmäßig aus der südlichen Polarregion von Enceladus ausbrechen (die das Ergebnis geologischer Aktivitäten im Inneren sind), für die Wiederauffüllung des Saturn-E-Rings verantwortlich sind.
Dieser neueste Befund würde darauf hinweisen, dass einige der von Enceladus emittierten Eispartikel auch auf den Saturn regnen, was auch zu den dunklen Bändern des Planeten beiträgt. Wie Connerney anzeigte:
"Das war keine völlige Überraschung. Wir haben Enceladus und den E-Ring auch als reichliche Wasserquelle identifiziert, basierend auf einem weiteren schmalen dunklen Band in diesem alten Voyager-Bild. “
Mit Blick auf die Zukunft möchte das Team sehen, wie sich der Ringregen aufgrund saisonaler Veränderungen auf dem Saturn ändert. Die Umlaufzeit des Saturn von 29,4 Jahren führt dazu, dass seine Ringe unterschiedlichem Sonnenschein ausgesetzt sind. Da die Exposition gegenüber UV-Licht Eiskörner im Ring auflädt und sie mit dem Saturn-Magnetfeld in Wechselwirkung bringt, sollten unterschiedliche Expositionsniveaus einen direkten Einfluss auf die Menge des Ringregens in der oberen Atmosphäre haben.
Diese Erkenntnisse, die Wissenschaftler dazu veranlassen, ihre bisherigen Annahmen über das Saturn-System zu überdenken, sind nur die jüngste Entdeckung aus dem Cassini Mission. Obwohl der Orbiter seine Mission vor zwei Jahren durch einen Absturz in die Saturnatmosphäre beendet hat, stellen die zurückgesendeten Daten einige ältere Theorien über Saturn in Frage und bestätigen andere.
Schauen Sie sich unbedingt diese Animation der verschwundenen Saturnringe an, die vom Goddard Space Center der NASA zur Verfügung gestellt wurde:
