Minęło prawie czterdzieści lat od czasu Voyager 1 i 2 misje odwiedził system Saturn. Gdy sondy przelatywały przez gazowego giganta, udało im się uchwycić wspaniałe zdjęcia w wysokiej rozdzielczości atmosfery planety, jej licznych księżyców i kultowego układu pierścieni. Ponadto sondy ujawniły również, że Saturn powoli traci pierścienie w tempie, które sprawi, że znikną za około 100 milionów lat.
Niedawno Cassini orbiter odwiedził układ Saturna i spędził ponad 12 lat badając planetę, jej księżyce i układ pierścieniowy. I według nowych badań opartych na Cassini's danych, wygląda na to, że Saturn traci pierścienie z maksymalną prędkością przewidzianą przez Podróżnik misje. Według badań pierścienie Saturna są pochłaniane przez gazowego giganta w tempie, co oznacza, że mogą zniknąć za mniej niż 100 milionów lat.
Badanie, które niedawno ukazało się w czasopiśmie Ikar, kierował nim James O’Donoghue z Centrum Lotów Kosmicznych Goddard NASA, w skład którego wchodzili członkowie NASA Jet Propulsion Laboratory, Center for Space Physics, Space Research Corporation, University of Leicester i University College London.
Według danych uzyskanych przez Podróżnik sondy z 1980 i 1981 r. lodowe cząstki z pierścieni Saturna są przyciągane przez grawitację planety po poddaniu się działaniu pola magnetycznego Saturna - które zamieniają je w zakurzony „deszcz pierścieniowy” w górnej atmosferze Saturna. Ale jak wskazał James Donahue w niedawnej informacji prasowej NASA, sytuacja może być gorsza niż pierwotnie podejrzewano:
„Szacujemy, że ten„ deszcz pierścieniowy ”powoduje zużycie produktów wodnych, które mogłyby wypełnić basen olimpijski z pierścieni Saturna w ciągu pół godziny. Z tego samego powodu cały układ pierścieni zniknie za 300 milionów lat, ale dodaj do tego wykryty materiał pierścieniowy sondy Cassini wykrytej w równiku Saturna, a pierścienie mają mniej niż 100 milionów lat życia. Jest to stosunkowo krótki okres w porównaniu do wieku Saturna przekraczającego 4 miliardy lat. ”
Cassini badał utratę materiału pierścienia Saturna w ramach Wielkiego Finału, w którym statek kosmiczny zużył pozostałe paliwo, przewodząc 22 orbity między Saturnem i jego pierścieniami. Było to doniosłe osiągnięcie, ponieważ statek Cassini udał się tam, gdzie nigdy nie odważył się pójść statek kosmiczny i nawet nie został zaprojektowany do latania w tym środowisku.
Niemniej jednak, Cassini był w stanie uzyskać informacje, które potwierdziły, co Podróżnik sondy obserwowane kilkadziesiąt lat temu, a także odpowiedzi na odwieczną tajemnicę o pierścieniach Saturna. Zasadniczo naukowcy od dawna zastanawiają się, czy Saturn uformował się z pierścieniami, czy nabył je później. Te nowe badania wskazują, że jest to prawdopodobnie ten drugi scenariusz i że Saturn nabył je stosunkowo niedawno w swojej historii.
Według ich badań O'Donahue i jego koledzy oszacowali, że układ pierścienia Saturna prawdopodobnie nie będzie starszy niż 100 milionów lat, ponieważ zajmie to tyle czasu, zanim pierścień C stanie się tak gęsty jak pierścień B do tego, co to jest dziś. W związku z tym, jak wyjaśnia O’Donoghue, ludzkość ma szczęście być w pobliżu, gdy pierścienie wciąż tam były:
„Mamy szczęście, że jesteśmy w pobliżu, aby zobaczyć system pierścieni Saturna, który wydaje się być w połowie swojego życia. Jeśli jednak pierścienie są tymczasowe, być może przegapiliśmy gigantyczne układy pierścieniowe Jowisza, Urana i Neptuna, które mają dziś tylko cienkie pierścienie! ”
Jak wspomniano, pierwsze wskazówki dotyczące „deszczu deszczowego” pochodziły z Podróżnik misje, które wynikały z obserwacji czegoś, co uważano za trzy niepowiązane ze sobą zjawiska. Obejmowały one zmiany w jonosferze naładowanej elektrycznie Saturna, zmiany gęstości pierścieni Saturna oraz wąskie ciemne pasma otaczające północne szerokości geograficzne planet.
W 1986 r. Jack Connerney - badacz z Goddard Space Center NASA i współautor najnowszych badań - opublikował artykuł badawczy, który połączył te ciemne pasma z kształtem pola magnetycznego Saturna. Krótko mówiąc, zaproponował, aby naładowane elektrycznie cząstki lodu z pierścieni Saturna spływały po niewidzialnych liniach pola magnetycznego i osadzały się jako woda w górnej atmosferze Saturna.
Cząstki te, według Connerneya, zostały naładowane elektrycznie albo przez promieniowanie UV ze Słońca, albo przez chmury plazmy wywołane przez mikrometeoroidy bombardujące pierścienie. Gdy to nastąpi, cząstki wyczują przyciąganie pola magnetycznego Saturna i zostaną przyciągnięte przez grawitację Saturna wzdłuż linii pola, które osadzą je w górnej atmosferze.
Te cząstki lodu wyparowałyby następnie i chemicznie oddziaływały z jonosferą Saturna, co skutkowałoby zmyciem mgły w stratosferze. Obszary te wydają się ciemniejsze w świetle odbitym, tworząc w ten sposób wygląd ciemnych pasm w atmosferze Saturna. Innym rezultatem byłoby zwiększenie żywotności elektrycznie naładowanych cząstek znanych jako jony H3 + (które składają się z trzech protonów i dwóch wyborów).
Obecność tych jonów była sposobem, w jaki O'Donoghue i jego zespół byli w stanie potwierdzić teorię Connerneya. Za pomocą teleskopu Keck zespół był w stanie obserwować te jony na półkuli północnej i południowej Saturna dzięki sposobowi, w jaki świecą w spektrum podczerwieni (co dzieje się, gdy wchodzą w interakcje ze światłem słonecznym). Pasma te obserwowano w miejscach, w których linie pola magnetycznego przecinające płaszczyznę pierścienia wchodzą do planety.
Następnie przeanalizowali światło, aby określić ilość deszczu oddziałującego z jonosferą Saturna, co wskazywałoby, ile cząsteczek lodu jest wyciąganych z pierścieni Saturna. Odkryli, że odpowiada wysokim wartościom uzyskanym przez Connerneya i jego współpracowników w badaniu z 1986 roku.
Zespół odkrył również świecącą opaskę na większej szerokości geograficznej na półkuli południowej, która jest miejscem, w którym pole magnetyczne Saturna przecina się z orbitą Enceladusa. Od pewnego czasu astronomowie wiedzą, że gejzery, które okresowo wybuchają z południowego regionu polarnego Enceladusa (będące wynikiem aktywności geologicznej we wnętrzu), są odpowiedzialne za uzupełnienie pierścienia E Saturna.
Ostatnie odkrycie wskazuje, że niektóre lodowe cząsteczki emitowane przez Enceladusa również padają na Saturna, co również przyczynia się do powstawania ciemnych pasm planety. Jak wskazał Connerney:
„To nie była kompletna niespodzianka. Zidentyfikowaliśmy Enceladusa i E-ring również jako obfite źródło wody, oparte na innym wąskim ciemnym pasmie na tym starym obrazie Voyagera. ”
Patrząc w przyszłość, zespół chciałby zobaczyć, jak zmienia się deszcz pierścieniowy w wyniku zmian sezonowych na Saturnie. Okres obiegu księżyca Saturna, który wynosi 29,4 lat, powoduje, że jego pierścienie są wystawiane na działanie różnych stopni nasłonecznienia. Ponieważ ekspozycja na światło UV ładuje ziarna lodu w pierścieniu i powoduje ich interakcję z polem magnetycznym Saturna, różne poziomy ekspozycji powinny mieć bezpośredni wpływ na ilość deszczu pierścieniowego w górnej atmosferze.
Odkrycia, które skłaniają naukowców do ponownego przemyślenia przyjętych wcześniej założeń dotyczących układu Saturna, są najnowszym odkryciem Cassini misja. Mimo że orbiter zakończył swoją misję dwa lata temu, uderzając w atmosferę Saturna, dane, które odesłał, wciąż kwestionują niektóre starsze teorie na temat Saturna, potwierdzając inne.
Obejrzyj animację znikających pierścieni Saturna, dzięki uprzejmości NASA Goddard Space Center:
