Kas Saturni rõngad on noored või vanad?

Vaata suuremalt. | Saturn kosmoselaeva Cassini kaudu. Pilt NASA / JPL-Caltech / Kosmoseteaduse Instituudi / Europlanet kaudu.

Neli aastakümmet tagasi, kui ma esimest korda astronoomiat õppisin, eeldasime kõik, et Saturni ikoonilised rõngad on alati olemas olnud, nii vanad kui Päikesesüsteem ise. Me eeldasime, et Saturn moodustus oma rõngastega, mis on suured ja kuulsad, ulatudes planeedi ekvaatorist peaaegu 200 000 miili (300 000 km) kõrgusele. Sõrmused tundusid Saturni enda jaoks nii olulised. Kuid siis tulid Voyagers 1 ja 2, 1980. ja '81. Aasta visiidid Saturni. Nende tähelepanekud näitasid, et rõngad võivad olla planeedist nooremad - palju nooremad - ajutine nähtus, mis kestab meie päikesesüsteemi 4, 5 miljardi aasta jooksul vaid miljoneid aastaid. Ja viimastel aastatel näisid kosmoselaeva Cassini (2004-2017) andmed küünistavat mõtte alla, et Saturni rõngad on 10 miljonist 100 miljoni aastani. Nüüd kuuleme, et ka Cassini ülevaade polnud viimane sõna. Teadlaste meeskond on arutanud Saturni rõngaste vanuse üle arutelu uuringuga, mis dateerib rõngad kõige tõenäolisemalt varajases Päikesesüsteemis.

Autorid väidavad, et protsessid, mis eraldavad Saturni rõngastest eelistatult tolmuse ja orgaanilise materjali - nn “rõngasvihm”, mis langeb osaliselt Saturni pilvelaudadele - võivad muuta rõngad nooremaks, kui nad tegelikult on. Cassini kohtas seda rõngavihma tegelikult siis, kui ta 2017. aasta Grand Finale ajal sukeldus Saturni rõngaste ja selle atmosfääri vahel.

Ideed arutavad sel nädalal astronoomid Euroopa planeediteaduse kongressi ja AAS-i planeediteaduste osakonna ühisel kohtumisel Šveitsis Genfis. See avaldati just selleks kohtumiseks õigel ajal, 16. septembril 2019 eelretsenseeritavas ajakirjas Nature Astronomy .

Voyager 2 jäädvustas ultraviolett-, violetse ja rohelise filtri abil tehtud kompositsiooni tegemiseks selle pildi. Kujutist peeti toona vapustavalt detailseks. Voyager 1 ja 2 Saturni kohtumised toimusid üheksakuulise vahega, novembris 1980 ja augustis 1981. Need missioonid olid esimesed, mis tekitasid spekulatsioone, et Saturni rõngad võivad olla nooremad, kui astronoomid alati oletanud. Pilt NASA / JPL-Caltechi kaudu.

Uue uuringu autorite avalduses öeldakse:

Cassini sukeldus missiooni ajal rõngastest läbi. 2017. aasta Grand Finale esitas andmeid, mida tõlgendati tõendusmaterjalina selle kohta, et Saturni rõngad moodustusid alles mõnikümmend miljonit aastat tagasi, umbes sel ajal, kui dinosaurused kõndis Maa. Sukeldumise ajal tehtud raskusemõõtmised andsid täpsema hinnangu rõngaste massile, mis koosnevad enam kui 95% vesijääst ja vähem kui 5% kivimitest, orgaanilistest materjalidest ja metallidest. Seejärel kasutati masshinnangu abil välja selgitamiseks, kui kaua rõngaste põlised jääd peaksid tolmu ja mikrometeoriitidega kokku puutuma, et jõuda teiste saasteainete tasemele, mida me täna näeme. Paljude jaoks lahendas see rõngaste ajastu mõistatuse.

Kuid mitte kõik teadlased polnud selles veendunud. Augusti Saturni rõngaid käsitlevas artiklis tsiteeris Edela-uuringute instituudi rõngaekspert Luke Dones järgmist:

Mul pole noorte rõngaste vastu midagi ette heita. Ma lihtsalt arvan, et keegi pole leidnud väga usutavat viisi nende valmistamiseks. See nõuab ebatõenäolist sündmust.

Teisisõnu, varajases päikesesüsteemis, kui ringi lendas palju prahti, on lihtne ette kujutada dünaamilisi protsesse, mis on võimelised rõngaid looma: prahi hõivamine Saturni gravitatsiooni poolt ja / või komeetide, asteroidide, või isegi väikesed kuud. Kui rõngad hakkasid moodustuma, on ka lihtne ette kujutada, et eraldi rõngaosakesed põrkuvad omavahel ja purunevad veelgi väiksemaks, levides ümber Saturni, moodustades selle rõngad. Kuid Ameerika teaduslik artikkel ütles:

… Mõne kriitiku sõnul on lihtsalt liiga raske meisterdada selliseid paisumisrõngaid praeguse suhteliselt vaikses päikesesüsteemis ja peaaegu eile.

Astronoom Aurélien Crida, OCA kaudu. Ta on uue uuringu juhtiv autor, kelle sõnul on Saturni rõngad väga vanad.

Uue uuringu juhtiv autor Aurélien Crida Côte d'Azuri observatooriumist. Seetõttu usub ta, et arutelu pole veel lahenenud; ta ütles:

Me ei saa otseselt Saturni rõngaste vanust mõõta nagu puutüvel olevad rõngad, seetõttu peame nende vanuse tuletama muudest omadustest nagu mass ja keemiline koostis. Hiljutised uuringud on teinud oletused, et tolmu vool on püsiv, rõngaste mass on konstantne ja rõngad säilitavad kogu reostatud materjali.

Kõigi nende punktide osas on siiski veel palju ebakindlust ja kui arvestada Cassini missiooni teiste tulemustega, siis usume, et on kindel juhtum, et rõngad on palju-palju vanemad.

Crida ja tema kolleegid väidavad oma uurimuses, et Cassini missiooni finaali ajal mõõdetud mass on "erakordselt heas kooskõlas" massiivsete rõngaste dünaamilise arengu mudelitega, mis pärinevad ürgsest päikesesüsteemist.

Galileo avastas Saturni rõngad aastal 1610. Varase teleskoobi kaudu arvasid nad, et need näevad välja nagu käepidemed või võib-olla suured kuud Saturni mõlemal küljel. Christiaan Huygens asus siis Saturni vaatlustele ja avaldas selle kogumikujutise, näidates, kuidas Saturni välimus oli aastatel 1610-1646 muutunud, tema Systema Saturnis. Huygens paljastas Saturni rõngaste saladuse, öeldes: "Seda [Saturni] ümbritseb õhuke, tasane rõngas, mis ei puuduta kuhugi ega kaldu ekliptika poole." Loe veel Saturni rõngaste kohta käivate teadmiste ajalugu.

Augustis Science Americani Saturni artikli autor Nadia Drake kirjeldas Saturni rõngaid kui „jäiseid osakesi, mille suurus võib ulatuda mikroskoopilistest kuni liikuva koduni.“ Crida ja tema kolleegid kirjeldasid Saturni rõngaste üksikuid komponente proosaalsemalt:

… Osakesed ja plokid suurusega meetrist mikromeetrini. Plokkide vahelise viskoosse vastasmõju tõttu rõngad levivad ja viivad materjali minema nagu konveierilint. See viib massi kadumiseni sisemisest servast, kus osakesed langevad planeeti, ja välisservast, kus materjal ületab välispiiri piirkonda, kus hakkavad moodustuma kuukad ja satelliidid.

Massiivsemad rõngad levivad kiiremini ja kaotavad massi kiiremini. Mudelid näitavad, et olenemata rõngaste algmassist, on rõngastel kalduvus läheneda Cassini mõõdetud massile umbes 4 miljardi aasta pärast, mis on kooskõlas Päikesesüsteemi moodustumise ajakavaga.

Crida võttis oma meeskonna positsiooni kokku, öeldes:

Meie praegusest arusaamast rõngaste viskoossusest oleks Cassini Grand Finale ajal mõõdetud mass mitu miljardit aastat kestnud evolutsiooni loomulik saadus, mis on ahvatlev. Tõsi, miski ei keela rõngastel seda täpset massi moodustada alles hiljuti ja sellest alates vaevalt areneda. See oleks siiski üsna juhus.

LASP-i esindaja Hsiang-Wen (Sean) Hsu ja tema kolleegid teatasid 2018. aastal, et kogusid edukalt Saturni rõngastest voogavat mikroskoopilist materjali. Loe rohkem.

Hsiang-Wen Hsu Colorado Boulderi atmosfääri- ja kosmosefüüsika laborist (LASP) kuulus meeskonda, kes teatas 2018. aasta oktoobris tulemustest, mis olid seotud rõngasvihmaga. Tulemused näitasid Cassini vahendusel, et 600 kilogrammi ( Iga sekundiga langeb Saturnile rõngastelt 1300 naela) silikaattera. Teised uuringud on näidanud Saturni ülemises atmosfääris orgaaniliste molekulide olemasolu, mis arvatakse tulevat rõngastest. Hsu kommenteeris:

Need tulemused viitavad sellele, et rõngad puhastavad end saasteainetest. Selle võimaliku rõngapuhastusprotsessi olemus on endiselt salapärane.

Kuid meie uuring näitab, et kokkupuute vanus ei ole tingimata seotud tekke vanusega, seega võivad rõngad tunduda kunstlikult noored.

Vaata suuremalt. | Veel üks Cassini pilt Saturni rõngastest NASA / JPL-Caltech / Kosmoseteaduse Instituudi / Europlanet kaudu.

Alumine rida: Cassini andmed näisid viitavat rõngastele, mis kestsid vaid 10 miljonit kuni 100 miljonit aastat. Uus uuring viitab sellele, et Saturni rõngastest väljutatud tolmune ja orgaaniline materjal - nn rõngasvihm - võivad rõngad tunduda nooremad kui nad tegelikult on. Praegu ei tea me, kas Saturni rõngad on noored või vanad; me teame ainult seda, et astronoomid jätkavad nende tundmaõppimist.

Allikas: kas Saturni rõngad on tegelikult noored?

Europlaneti kaudu