Od dawna wiadomo, że pierścienie Saturna nie są idealnymi obręczami, które pojawiają się, jak w małych teleskopach amatorskich, a kiedy sonda Cassini weszła na orbitę wokół Saturna, niepewne zaburzenie masywnego pierścienia B stało się jeszcze bardziej widoczne. Naukowcy byli oszołomieni wysokimi pionowymi strukturami, zapiekanymi krawędziami na pierścieniach i dziwnymi rysami przypominającymi śmigło. Ale naukowcy odkryli teraz przyczynę tych dziwnych cech: region zachowuje się jak galaktyka spiralna, powiedziała Carolyn Porco, szef zespołu obrazowania Cassini.
„Odkryliśmy to, na co liczyliśmy, gdy wyruszymy w tę podróż z Cassini prawie 13 lat temu”, powiedział Porco, „(i uzyskaliśmy) wgląd w mechanizmy, które wyrzeźbiły nie tylko pierścienie Saturna, ale także niebiańskie dyski na znacznie większą skalę, od układów słonecznych, takich jak nasz, aż po gigantyczne galaktyki spiralne. ”
Pierścień B jest jednym z najbardziej dynamicznych obszarów w pierścieniach Saturna i, co zaskakujące, naukowcy twierdzą, że zachowują się jak miniaturowa wersja naszej własnej Drogi Mlecznej.
Kiedy statek kosmiczny Voyager przeleciał przez Saturna w 1980 i 1981 r., Naukowcy zauważyli, że zewnętrzna krawędź pierścienia B planety ma kształt obracającej się, spłaszczonej piłki nożnej na skutek grawitacyjnych zaburzeń Mimasa. Ale było jasne, nawet według ustaleń Voyagera, że zachowanie zewnętrznego pierścienia B było znacznie bardziej złożone niż cokolwiek, co mógłby zrobić sam Mimas.
Analizując tysiące zdjęć Cassini z pierścieniem B wykonanych w ciągu czterech lat, Porco i jej zespół odkryli źródło większości złożoności: co najmniej trzy dodatkowe, niezależnie obracające się wzory fal lub oscylacje, które zniekształcają Krawędź pierścienia B.
Oscylacje poruszają się wokół pierścienia z różnymi prędkościami, a małe, przypadkowe ruchy cząstek pierścienia dostarczają energię do fali, która rozchodzi się na zewnątrz pierścienia od wewnętrznej granicy, odbija się od zewnętrznej krawędzi pierścienia B (który ulega zniekształceniu jako wynik), a następnie podróżuje do wewnątrz, aż odbije się od wewnętrznej granicy. To ciągłe odbicie w przód iw tył jest konieczne, aby te wzory fal rosły i stały się widoczne jako zniekształcenia na zewnętrznej krawędzi pierścienia B.
Obejrzyj wideo z oscylacji.
Te oscylacje, z jednym, dwoma lub trzema płatami, nie są tworzone przez żadne księżyce. Zamiast tego powstały spontanicznie, częściowo dlatego, że pierścień jest wystarczająco gęsty, a krawędź pierścienia B jest wystarczająco ostra, aby fale mogły same rosnąć, a następnie odbijać się na krawędzi.
Małe, losowe ruchy cząstek pierścienia dostarczają energię do fali i powodują jej wzrost. Nowe wyniki potwierdzają przypuszczenie z ery Voyagera, że ten sam proces może wyjaśnić wszystkie zagadkowe chaotyczne kształty znalezione w najgęstszych pierścieniach Saturna, od dziesiątek metrów do setek kilometrów szerokości.
„Ten proces został już zweryfikowany w celu uzyskania funkcji falowych w gęstych pierścieniach Saturna, które są małej skali… około 150 metrów”, napisała Porco w swojej funkcji „Dziennik kapitański” na stronie CICLOPS (Cassini). „To, że teraz wydaje się wytwarzać fale o dużej, setkowej kilometrów skali w zewnętrznym pierścieniu B, sugeruje, że może on działać w gęstych pierścieniach we wszystkich skalach przestrzennych.”
„Te oscylacje istnieją z tego samego powodu, dla którego struny gitarowe mają naturalne tryby oscylacji, które mogą być podekscytowane, gdy zostaną oskubane lub w inny sposób zakłócone” - powiedział Joseph Spitale, współpracownik zespołu obrazowania Cassini i główny autor nowego artykułu w Astronomical Journal, opublikowanym dzisiaj . „Pierścień również ma swoje naturalne częstotliwości drgań i właśnie to obserwujemy”.
Astronomowie uważają, że takie „wzbudzone” oscylacje istnieją w innych układach dyskowych, takich jak galaktyki spiralne i dyski proto-planetarne znajdujące się wokół pobliskich gwiazd, ale nie były w stanie bezpośrednio potwierdzić ich istnienia. Nowe obserwacje potwierdzają pierwsze oscylacje falowe na dużą skalę tego rodzaju na szerokim dysku materiału w dowolnym miejscu w przyrodzie.
Fale samowzbudne w małych, 100-metrowych skalach zostały wcześniej zaobserwowane przez instrumenty Cassini w kilku gęstych obszarach pierścieniowych i przypisano je procesowi zwanemu „lepką nadmierną stabilnością”.
„Zwykle lepkość lub opór przepływu tłumi fale - sposób, w jaki fale dźwiękowe przemieszczające się w powietrzu wymierają” - powiedział Peter Goldreich, teoretyk pierścieni planetarnych z California Institute of Technology. „Ale nowe odkrycia pokazują, że w najgęstszych częściach pierścieni Saturna lepkość faktycznie wzmacnia fale, wyjaśniając tajemnicze wyżłobienia widoczne po raz pierwszy na zdjęciach wykonanych przez statek kosmiczny Voyager”.
„Jak satysfakcjonujące jest znalezienie w końcu jednego wyjaśnienia dla większości, jeśli nie wszystkich, chaotycznie wyglądającej struktury, którą po raz pierwszy widzieliśmy w gęstych rejonach pierścieni Saturna dawno temu z Voyagerem”, powiedział Porco, „i od tego czasu widziałem w szczegółach z Cassini . ”
Źródło: JPL, CICLOPS
