Cassini, het kleine ruimtevaartuig dat zou kunnen, gaat in een brand uit. De komende vier maanden zal de meest verfijnde sonde die ooit is gemaakt onzeker tussen de Saturnus en haar ijzige ringen dansen en spectaculaire beelden vastleggen van deze nooit ontdekte regio. In deze grote finale van zijn 20-jarige reis, zal Cassini nieuwe aandacht vestigen op de oorsprong van wat al de meest glamoureuze - en mystificerende - ringen in het zonnestelsel zijn.
gerelateerde inhoud
- Cassini stuurt eerste beelden terug van zijn Saturn-duiken
- Tot ziens Cassini, de vasthoudende ruimtesonde die de geheimen van Saturnus onthulde
- Bekijk nieuwe foto's van Saturnus uit de nieuwste baan van Cassini
Voor astronomen is het meest blijvende mysterie over deze ringen hun leeftijd. Hoewel lang als oud beschouwd, is de afgelopen jaren hun verval in het geding gekomen, met bewijsmateriaal dat een meer jeugdige vorming suggereert. Nieuw onderzoek ondersteunt nu het idee dat de ringen van Saturnus miljarden - in plaats van miljoenen - jaren oud zijn.
Op een bepaald punt in de geschiedenis van Saturnus vloeide een schijf stof en gas rond de maan samen in de ongelooflijke ringen die we vandaag zien. Sommige van de manen die in en uit die ringen schieten, kunnen zijn gevormd uit hetzelfde materiaal, wat betekent dat het dateren van die manen ons zou kunnen helpen om in te schatten op het tijdperk van de ringen van Saturnus. Maar volgens het nieuwe onderzoek zijn drie van die innerlijke manen ouder dan wetenschappers hadden gedacht - ook een verwijzing naar een oude oorsprong voor de ringen.
"Het is een heel coole puzzel, omdat alles met elkaar is verbonden", zegt Edgard Rivera-Valentin op het Observatorium Arecibo in Puerto Rico. In plaats van de leeftijden van alle manen en ringen aan te pakken, werkt Rivera-Valentin langzaam zijn weg door de uitdaging, stap voor stap. "Ik probeer een stuk uit te snijden" van de puzzel, zegt hij.
In 2016 begon Rivera-Valentin nieuwe computermodellen te gebruiken om de botsingsgeschiedenis van de manen Iapetus en Rhea van Saturnus te onderzoeken en ontdekte dat ze zich al vroeg in het 4, 6 miljard jaar oude leven van het zonnestelsel hadden gevormd. Zijn bevindingen, die hij presenteerde tijdens de Lunar and Planetary Sciences-conferentie in Texas in maart, ondersteunen het idee dat de ringen van Saturnus ouder zijn dan we dachten.
Naast dat ze op zichzelf intrigerend zijn, kunnen de ringen en manen van Saturnus hints bieden voor mensen die geringde planeten jagen buiten ons eigen zonnestelsel. Tot nu toe is slechts één geringde exoplaneet geïdentificeerd - wat vreemd lijkt, aangezien alle vier gasreuzen in ons eigen systeem bogen op ringen. Als de manen en ringen van Saturnus jong zijn, kan dat een verklaring zijn.
"Als de ringen van Saturnus jong zijn, zou een (hypothetische) waarnemer die naar ons zonnestelsel kijkt, ze niet hebben gezien als hij bijvoorbeeld een miljard jaar geleden had gekeken", zei Francis Nimmo, een planetaire wetenschapper die de oorsprong van ijzige werelden bestudeert aan de Universiteit van Californië in Santa Cruz.
Misschien hebben andere werelden ook kortlevende ringen, wiens korte verschijningen in de lange lens van ruimtetijd ze moeilijk van de aarde te herkennen maken. In dat geval, net als iemand buiten het zonnestelsel een beperkte kans zou hebben om ringen rond Saturnus te bespioneren, zouden menselijke waarnemers evenzeer beperkt zijn in hun vermogen om geringde exoworlds te spotten.
Langlevende manen en ringen, aan de andere kant, kunnen betekenen dat dergelijke werelden gewoon zijn en zich in het zicht verbergen - ofwel verloren in tientallen jaren aan data, of belemmerd door technologische beperkingen.
Deze afbeelding in valse kleuren werd gemaakt met behulp van radiosignalen die van Cassini via de ringen van Saturnus naar de aarde werden teruggestuurd. (NASA / JPL) Oude littekens
Als het gaat om het berekenen van de leeftijden van andere werelden, vertrouwen wetenschappers sterk op kraters. Door impactlittekens te koppelen aan periodes van zwaar bombardement in het zonnestelsel, kunnen ze ruwweg schatten hoe oud het oppervlak is, wat een bovengrens voor de wereld zelf biedt. Uit eerder onderzoek is gebleken dat de ringen en manen van Saturnus slechts 100 miljoen jaar oud zijn, waardoor ze relatief jong zijn in het leven van het zonnestelsel.
Het probleem is, hoe het zonnestelsel zich in het verleden heeft gedragen, is een onderwerp van voortdurend debat. In 2005 ontstond een nieuwe theorie die Uranus en Neptunus met elkaar dansten en ijzig puin naar binnen slingerde naar de rest van de planeten. Maar volgens het onderzoek van Rivera-Valentin, zou deze regen van materiaal (bekend als het Late Heavy Bombardment) de jongste maan van Saturnus, Mimas, volledig hebben vernietigd.
Rivera-Valentin besloot het probleem aan de andere kant op te lossen. In het verleden had hij met een student samengewerkt om te berekenen hoeveel puin Iapetus tegen het lijf sloeg, waarvan hij zegt dat het de oudste maan onder elk model zou moeten zijn. Door een vergelijkbare techniek te gebruiken om erachter te komen hoeveel materiaal een andere maan, Rhea, heeft getekend, ontdekte hij dat de satelliet veel minder werd gebombardeerd dan Iapetus.
Dat kan zijn omdat de hoeveelheid materiaal die de maan raakt kleiner was dan eerder berekend. Of het kan zijn omdat Rhea zich veel later vormde dan Iapetus, misschien kort na het late zware bombardement dat 3, 9 miljard jaar geleden plaatsvond. Maar gebaseerd op het aantal kraters, betekent Rhea's littekens dat het niet zo jong kan zijn als sommige modellen voorspelden.
"Dus het model dat zei dat ze 100 miljoen jaar geleden hadden kunnen vormen, ik kan in ieder geval nee zeggen, dat is waarschijnlijk niet het geval, " zei Rivera-Valentin. Modellen die suggereren dat Rhea rond de tijd van het late zware bombardement werd gevormd, werken echter allemaal samen met de kratergeschiedenis van de maan. Door een van de steunen voor jongere ringen neer te halen, heeft het onderzoek van Rivera-Valentin bijgedragen aan het bewijs dat de satellieten van Saturnus een veel oudere oorsprong hebben.
De klok terugdraaien
Omdat de methode van crateringgeschiedenis zo afhankelijk is van ons begrip van hoe het zonnestelsel evolueerde, besloot Nimmo een andere tactiek te gebruiken om de maanstanden na te streven. Uit zijn studies bleek dat de maan minstens een paar honderd miljoen jaar oud moet zijn, waardoor de modellen die hem op slechts 100 miljoen jaar zetten, zijn uitgesloten.
"Je kunt de klok een beetje terugdraaien en zien waar ze vroeger waren, " zei Nimmo. Eerder onderzoek over dit onderwerp plaatste Mima's slechts een half miljard jaar geleden naast Saturnus, wat suggereert dat het jong had kunnen zijn. Dat onderzoek ging er echter vanuit dat de manen zich in het verleden op dezelfde manier gedroegen als vandaag.
Nimmo, aan de andere kant, onderzocht hoe ze anders hadden kunnen omgaan toen ze jonger waren. "Hoewel de satellieten op dit moment vrij snel bewegen, waren ze eerder niet zo snel weg, en dus kunnen de satellieten gemakkelijk 4 miljard jaar oud zijn, " zei hij.
Nimmo wikkelde de dynamiek van twee van de meer dan 60 manen af om meer bewijs te vinden van hun oude formatie. In tegenstelling tot het vorige model dat de manen vandaag terugspoelde op basis van hun banen, verklaarde hij hoe Saturnus de manen zou hebben beïnvloed. Saturnus trekt aan de manen terwijl ze draaien, en de manen trekken aan elkaar. Deze constante trekt warmte hun centra, en de warmte beweegt dan naar het oppervlak.
"Het kost tijd om die temperatuur naar buiten te verspreiden, omdat warmte alleen met een bepaalde snelheid wordt geleid, dus dit is een tijdschaal die we kunnen gebruiken, " zei hij.
Op Dione heeft stromend ijs enkele van de impactbekkens gevuld. Als de botsing zelf het ijs had gesmolten, zouden de kraters in het oppervlak zijn ontspannen, zei Nimmo. In plaats daarvan moet de warmte afkomstig zijn van het trekken aan de buren. Hij gebruikte het smelten als een thermometer om te bepalen dat de maan minimaal een paar honderd miljoen jaar oud is, hoewel het gemakkelijk 4, 5 miljard jaar had kunnen zijn. Dat sluit modellen uit die dateren van de maan op slechts 100 miljoen jaar.
In toekomstige studies hoopt Nimmo andere maan te onderzoeken zoals Tethys, wiens snelle beweging de tijd rond zijn geboorte zou moeten verkorten. En hoewel zijn onderzoek, dat voortbouwt op eerder werk van Jim Fuller van het California Institute of Technology, enkele beperkingen biedt voor de geboorte van de satellieten, blijft de leeftijdskloof groot. "Het zal niet alles oplossen", zei hij.
Geringde exoplaneten
Tot nu toe is de enige bekende geringde exoplaneet J1407b, een jonge wereld die sportmonsters 200 keer groter belt dan die van Saturnus en zou kunnen lijken op de gasreuzen van het vroege zonnestelsel.
"Het idee is dat de ringen van Saturnus ooit zo groot waren", zei Matt Kenworthy van het Observatorium van Leiden, die het team leidde dat de monsterringen in 2015 identificeerde. Na verloop van tijd kunnen het gas en stof manen hebben gevormd, op het oppervlak zijn gevallen, of weggeblazen door de zonnewind. Als je begrijpt of de manen, en mogelijk de ringen, oud zijn, kun je zien of Saturnus de overblijfselen van deze oerringen draagt.
Als de ringen van Saturnus oud zijn, zou dat moeten betekenen dat ze rond andere exoplaneten bestaan. Dus waarom is tot nu toe slechts één wereld geïdentificeerd? Volgens Kenworthy komt dat deels door de tijd. Om een gasreus ver genoeg van de zon te vinden om ijzige ringen vast te houden, is ongeveer 10 jaar aan gegevens vereist, informatie die pas recent is verzameld.
"We zijn waarschijnlijk een van de vele tegengekomen die al in de gegevens zitten, en het is gewoon een kwestie van oude gegevens doorzoeken", zei Kenworthy.
