Kosmiczny Teleskop Spitzer obserwował ogromny pierścień wokół Saturna, największego i najdalszego odległego pasma wokół tego pierścieniowego świata. Jak duży jest ten pierścień? „Gdybyście mieli oczy w podczerwieni, takie jak Spitzer”, powiedziała Anne Verbiscer, astronom z University of Virginia w Charlottesville, „z Ziemi wyglądałby jak jeden księżyc w pełni po obu stronach Saturna”. To niesamowicie ogromne! Większość jego materiału zaczyna się około sześciu milionów kilometrów (3,7 miliona mil) od planety i rozciąga się na zewnątrz około kolejnych 12 milionów kilometrów (7,4 miliona mil). Miliard Ziemi mógłby zmieścić się w przestrzeni zajmowanej przez ten pierścień.
Dlaczego więc nie wykryto wcześniej tej gigantycznej struktury?
„Jest bardzo, bardzo słabo; bardzo wątłe ”, powiedział Verbiscer dla magazynu Space. „Gdybyś stał w ringu, nawet byś tego nie wiedział. W kilometrze sześciennym przestrzeni znajduje się tylko 10-20 cząstek. Cząstki są mniej więcej tego samego rozmiaru co cząsteczki mgły, ale są bardzo rozłożone. Patrzymy tylko na emisje cieplne wydzielane przez te małe cząsteczki; w ogóle nie patrzymy na odbite światło słoneczne podczas obserwacji Spitzera. To sprawia, że Spitzer jest idealnym narzędziem do znalezienia takiej struktury pyłu. Pierścień ten jest całkowicie analogiczny do dysków gruzu wokół innych gwiazd zaobserwowanych przez Spitzera. ”
Zespół badawczy nie natknął się na ten pierścień; szukali tego. W skład zespołu wchodzą Verbiscer, Douglas Hamilton z University of Maryland, College Park oraz Michael Skrutskie z University of Virginia, Charlottesville. Na Spitzerze korzystali z kamery na podczerwień o większej długości fali, zwanej wielopasmowym fotometrem obrazującym, i dokonali swoich obserwacji w lutym 2009 r., Zanim w maju Spitzerowi skończyło się chłodzenie i rozpoczęła się „ciepła” misja.
„Od ponad 300 lat ludzie starają się wyjaśnić pojawienie się księżyca Japona Saturna (odkrytego przez Giovanniego Cassiniego w 1671 r.) I wyjaśnienie, dlaczego jedna strona księżyca jest jasna, a druga bardzo ciemna” - powiedział Verbiscer. „Przez ostatnie 35 lat inna księżyc, Phoebe, pojawiła się jako możliwe wytłumaczenie, ponieważ istnieje związek między tymi dwoma księżycami. Sama Phoebe jest bardzo, bardzo ciemna i pasuje do albedo lub jasności ciemnego materiału wiodącej półkuli Japeta. Phoebe ma orbitę wsteczną, a Japet jest na orbicie pro-stopniowej. Więc jeśli cząsteczki zostaną wystrzelone z Phoebe i skierowane spiralnie do Saturna, uderzą Japeta dokładnie w tę wiodącą półkulę. ”
Verbiscer powiedział to dynamicznie, że omawiano to wyjaśnienie ciemnej strony Japeta i próbowano go wymodelować. Ale nikt nie pomyślał o użyciu Spitzera do szukania pyłu w tej okolicy. „Więc to był nasz pomysł”, powiedziała. „Tytuł naszej propozycji brzmiał„ Nowy pierścień Saturna ”. Na pewno szukaliśmy struktury pyłu związanej z Phoebe i na tej samej orbicie, i właśnie to widzimy.”
Verbiscer powiedział, że będzie bardzo trudny nawet dla statku kosmicznego Cassini, a zwłaszcza kamer obrazowych, aby zobaczyć ten pierścień, ponieważ pojawia się on tylko w podczerwieni. Plus Cassini jest w tym pierścieniu i musiałby patrzeć poza inne pierścienie Saturna. „Ten pierścień jest tak duży, ale jednak tak słaby, trudno byłoby wiedzieć, kiedy na niego patrzysz, a kiedy nie.”
Wysokość w pionie i nachylenie orbity tego pierścienia idealnie pasują do orbity Phoebe na niebie. „Jeśli planujesz, gdzie Phoebe pojawia się w czasie, gdy okrąża Saturna, pierścień pasuje dokładnie, powiedział Verbiscer. „Pomyśl o kwadracie obracającej się na stole; pierścień ma tę samą pionową końcówkę, a orbita Phoebe robi to samo. ”
Jeśli chodzi o to, czy cząsteczki pyłu z samej Phoebe czy Phoebe „wpasowują” cząsteczki do tej konfiguracji, naukowcy nie mają jednoznacznego dowodu, ale najprawdopodobniej cząsteczki pyłu pochodzą z Phoebe. „Nie mamy na to jednoznacznego potwierdzenia, ale zdecydowanie sugeruje, że pochodzi od Phoebe” - powiedział Verbiscer. „Wszystkie materiały łącznie odpowiadają temu, co można uzyskać po wykopaniu krateru o średnicy około kilometra na Phoebe.”
Phoebe ma 200 km średnicy i jest bardzo pokryta kraterami, więc 1 km krateru nie jest zbyt wielkim kraterem. „Nie możemy więc spojrzeć na pewien krater na Phoebe i powiedzieć, że to on utworzył pierścień” - wyjaśniła Verbiscer. „Prawdopodobnie pochodzi on z kilku różnych mniejszych uderzeń, a pierścień jest zasilany przez kolejne uderzenia i mikrometeoryty uderzające w Phoebe, wystrzeliwując materiał do tego pierścienia, przenosząc kurz i materiał z powierzchni Phoebe na orbitę podobną do Phoebe”.
Ale wciąż jest nieco tajemnica w kolorze wiodącej półkuli Japeta.
Dwa księżyce były często porównywane pod względem składu, aw bliskiej podczerwieni mają one wspólne cechy absorpcji. Jednak w ultrafiolecie widma również się nie zgadzają. „Jeśli chodzi o kolor, na Japecie ciemny kolor wygląda trochę bardziej czerwony w porównaniu do Phoebe, więc występuje niewielkie niedopasowanie kolorów”, powiedział Verbiscer. „Mogą to być cząstki wystrzeliwane z mieszanki Phoebe z tym, co jest na Japecie, co może tłumaczyć różnicę kolorów. To może być coś ciekawego do zbadania, aby wykonać kilka spektralnych modeli mieszania, aby wymyślić pierwotny materiał Japet i wymieszać z materiałem Phoebe, aby zobaczyć, czy jakoś zaczerwienią się. ”
Sam pierścień jest zbyt słaby, aby wziąć widma, aby spróbować ustalić, jakie materiały składają się na pierścień, ale zakłada się, że materiały pochodzą z górnej powierzchni kraterowanej powierzchni Pheobe, która może również zawierać lód. Zbliżenia księżyca Cassini z 2004 roku pokazują jasne kratery, wskazując, że lód znajduje się blisko powierzchni.
Spitzer był w stanie wyczuć blask chłodnego pyłu, który wynosi tylko około 80 kelwinów (minus 316 stopni Fahrenheita). Fajne obiekty świecą promieniowaniem podczerwonym lub termicznym; na przykład nawet filiżanka lodów płonie światłem podczerwonym. „Koncentrując się na blasku chłodnego pyłu pierścienia, Spitzer ułatwił znalezienie” - powiedział Verbiscer.
Artykuł zespołu pojawia się w dzisiejszym wydaniu Nature. Wersja online jest dostępna tutaj.
Podpis pod zdjęciem: Artystyczna koncepcja nowego pierścienia Saturna. Źródło: NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (SSC) Kredyt wbudowany (Saturn, Phoebe i Iapetus) to NASA / JPL / SSI. Zdjęcie dzięki uprzejmości Anne Verbiscer
Źródło: Wywiad z Anne Verbiscer
