Lühike ajalugu Saturni hämmastavate helinate kohta

Planeet Saturn asus päikese ja kosmoselaeva Cassini vahel - varjates veesõiduki päikese pimestava pilgu eest -, kui Cassini selle pildi omandas. Cassini tiirles Saturnis aastatel 2004 kuni 2017.

Vahe Peroomian, Lõuna-California ülikool - Dornsife'i kirjade, kunstide ja teaduste kolledž

Paljud unistavad sellest, mida nad teeksid, kui neil oleks ajamasin. Mõned rändasid 100 miljonit aastat ajas tagasi, kui dinosaurused rändasid Maad. Kuid paljud ei mõtle, kui võtaksite endale teleskoobi, ja kui see oleks tehtud, siis Saturni ja selle rõngaid jälgida.

Kas meie aegrändav astronoom saaks Saturni rõngaid jälgida, on vaieldav. Kas mingis vormis rõngad on olemas olnud päikesesüsteemi algusest peale, 4, 6 miljardit aastat tagasi, või on need hilisemad lisad? Kas rõngad olid isegi moodustunud, kui Chicxulubi asteroid pühkis dinosaurused välja?

Olen kosmoseteadlane, kellel on kirg füüsika ja astronoomia õpetamise vastu ning Saturni rõngad on mind alati paelunud, sest nad räägivad lugu sellest, kuidas inimkonna silmad avanesid meie päikesesüsteemi ja kosmose imestele.

Meie vaade Saturnile areneb

Kui Galileo vaatas Saturni esimest korda oma teleskoobi kaudu 1610. aastal, oli ta endiselt kuulsuses Jupiteri nelja kuu avastamisel. Kuid Saturn pani teda segadusse. Vaadeldes oma teleskoobi kaudu planeeti, nägi see teda esmalt kahe väga suure kuuga planeedina, seejärel kui üksildase planeedina ja siis uuesti tema uuema teleskoobi kaudu, aastal 1616, kui relvade või käepidemetega planeet.

Neli aastakümmet hiljem soovitas Giovanni Cassini kõigepealt, et Saturn on rõngastatud planeet, ja Galileo nägi, et need olid Saturni rõngaste erinevad vaated. Kuna Saturni pöördetelje orbiidi tasapinna suhtes on 27 kraadi kallutatud, näivad rõngad, et Saturni Päikese ümberpöördumise 29-aastase tsükli abil Maa ümber kaldub Maa poole ja Maa poole, andes inimkonnale pidevalt muutuva vaate. rõngastest.

Kuid millest rõngad tehti? Kas need olid kindlad kettad, nagu mõned soovitasid? Või koosnesid need väiksematest osakestest? Kui rõngastes ilmnes rohkem struktuuri, leiti üha rohkem lünki ja kui täheldati rõngaste liikumist Saturni ümber, mõistsid astronoomid, et rõngad ei olnud kindlad ja koosnesid võib-olla suurest hulgast kuulastest või väikestest kuud. Samal ajal läksid rõngaste paksuse hinnangud Sir William Herscheli 300 miili kaugusele 1789. aastal Audouin Dollfuse palju täpsemale hinnangule vähem kui kahe miili kohta 1966. aastal.

Astronoomide arusaam rõngastest muutus dramaatiliselt koos Pioneer 11 ja kaksikute Voyageri missioonidega Saturni. Voyageri nüüd kuulus rõngaste foto, mille tagant valgustas Päike, näitas esmakordselt, et tohutute A-, B- ja C-rõngastena paistnud miljonid väiksemad sõrmused moodustasid kõik.

Voyager 2 Saturn B- ja C-rõngaste vale värvipilt näitab paljusid sõrmuseid. Pilt NASA kaudu.

Cassini missioon Saturnis, olles veetnud enam kui kümme aastat rõngastatud hiiglase orbiidil, andis planeediteadlastele veelgi suurejoonelisema ja üllatavama ülevaate. Saturni suurepärase rõngaste süsteem on paksusega 10 meetrit (33 jalga) kuni üks kilomeeter (.6 miili). Selle osakeste, mis moodustavad 99, 8 protsenti jääd ja millest enamus on alla ühe meetri (umbes ühe õue) suurune osakaal, on umbes 16 kvadriljonit tonni, vähem kui 0, 02 protsenti Maa Kuu massist, ja vähem kui pool massist Saturni kuu Mimas. See on pannud mõned teadlased spekuleerima, kas rõngad on Saturni ühe kuu purunemise või hulkuva komeedi tabamise ja purunemise tagajärg.

Dünaamilised rõngad

Nelja sajandi jooksul pärast teleskoobi leiutamist on rõngad avastatud ka meie päikesesüsteemi hiiglaslike planeetide Jupiteri, Uraani ja Neptuuni ümbruses. Põhjust, miks hiiglaslikke planeete kaunistatakse rõngaste ja Maa ning teiste kiviste planeetidega, ei pakkunud esmakordselt välja prantsuse astronoom Eduard Roche 1849. aastal.

Kuu ja selle planeet on alati gravitatsioonilises tantsus. Maakera kuu põhjustab Maa vastaskülgedele tõmmates ookeani loodete. Loodejõud mõjutavad ka planeedikuusid. Kui kuu ilmub planeedile liiga lähedale, saavad need jõud gravitatsioonilisest glue dest kuu üleval hoides üle ja rebivad selle laiali. See põhjustab kuu purunemist ja levimist piki algset orbiiti, moodustades rõnga.

Roche'i piir, mis on Kuu orbiidi minimaalne ohutu kaugus, on planeedi keskmest umbes 2, 5 korda suurem kui planeedi raadius. Hiiglasliku Saturni jaoks on see 54 000 miili (87 000 km) kaugus oma pilve tipudest ja sobib Saturni välimise F-rõnga asukohaga. Maa jaoks on see vahemaa maapinnast vähem kui 6200 miili (10 000 km). Asteroid või komeet peaks loodejõududest lahti rebima ja Maa ümber ringi moodustama, et see peaks toimuma Maale väga lähedal. Meie enda kuu on väga turvaliselt 38600 km (236 000 miili) kaugusel.

Kunstniku kontseptsioon NASA-st on Cassini kosmoseaparaadil, mis kavatseb missiooni suurejoonelise finaali käigus teha ühe oma Saturni ja sisemise rõnga vahelise sukeldumise. Pilt NASA / JPL-Caltechi kaudu.

Planeedirõngaste kõhnus on tingitud nende pidevalt muutuvast olemusest. Rõngaosake, mille orbiit on ülejäänud rõnga suhtes kallutatud, põrkub lõpuks kokku teiste rõngaosakestega. Seejuures kaotab see energiat ja astub rõnga tasapinnale. Miljonite aastate jooksul kõik sellised eksivad osakesed kas kukuvad ära või saavad ritta, jättes alles vaid väga õhukese rõngasüsteemi, mida inimesed tänapäeval jälgivad.

Oma missiooni viimase aasta jooksul sukeldus kosmoselaev Cassini korduvalt läbi Saturni pilvede ja sisemiste rõngaste vahel asuva 4350 miili (7000 km) vahe. Need enneolematud tähelepanekud tegid ühe fakti väga selgeks: rõngad muutuvad pidevalt. Rõngastes olevad üksikud osakesed ajavad üksteist pidevalt jama. Rõngaosakesed sajavad ühtlaselt Saturni.

Karjapoisid Pan, Daphnis, Atlas, Pandora ja Prometheus, mõõtes 8–130 miili (8–130 km), karjatasid sõna otseses mõttes rõngaosakesi, hoides neid praegusel orbiidil. Tiheduslained, mis on põhjustatud lambakoerte kuude liikumisest rõngastes, tõmbuvad ringi ja kujundavad rõngaid ümber. Koos moodustuvatest rõngaosakestest moodustuvad väikesed kuukesed. Kõik see näitab, et rõngad on lühiajalised. Iga sekund satub Saturni atmosfääri kuni 40 tonni rõngastest jääd. See tähendab, et rõngad võivad kesta vaid mitukümmend kuni sadu miljoneid aastaid.

Kas ajarändav astronoom oleks võinud rõngaid näha 100 miljonit aastat tagasi? Üks rõngaste vanuse näitaja on nende tolmusus. Objektid, mis puutuvad pikaajaliselt meie päikesesüsteemi läbi tolmuga, muutuvad tolmamaks ja tumedamaks.

Saturni rõngad on äärmiselt heledad ja tolmuvabad, näib, et need moodustasid 10–100 miljonit aastat tagasi, kui astronoomide arusaam, kuidas jäised osakesed tolmu koguvad, on õige. Üks on kindel. Sõrmused, mida meie aeg-ajalt reisiv astronaut oleks näinud, näeksid välja väga erinevad kui tänapäeval.

Vahe Peroomian, Lõuna-California ülikooli füüsika ja astronoomia dotsent - Dornsife'i kirjade, kunstide ja teaduste kolledž

See artikkel on avaldatud väljaandes The Conversation Creative Commonsi litsentsi all. Lugege algset artiklit.

Alumine rida: kuidas ja millal Saturni rõngad valmistati, millest ja kuidas need püsivad.