De ringen van Saturnus verdwijnen in snel tempo
Nieuw onderzoek van de NASA bevestigt dat Saturnus zijn ringen verliest met een snelheid die tientallen jaren geleden al werd geschat aan de hand van waarnemingen door Voyager 1 en Voyager 2. De ringen worden door de zwaartekracht naar de planeet toegetrokken. Dit gaat in de vorm van een stoffige regen van ijsdeeltjes.
De onderzoekers van het Goddard Space Flight Center van de NASA schatten dat de regen vanuit de ringen een hoeveelheid water produceert die genoeg is om ieder half uur een Olympisch zwembad te vullen. Alleen al uitgaande hiervan zijn de ringen over ongeveer 300 miljoen jaar verdwenen. Maar daar komt nog bij dat de Cassini ruimtesonde ook heeft gezien dat er materiaal vanuit de ringen naar de evenaar van Saturnus valt. Wordt dit meegenomen in de berekeningen dan zijn de ringen over minder dan 100 miljoen jaar verdwenen. Het onderzoek werd op 17 december 2018 gepubliceerd in het tijdschrift Icarus.
Deze video laat zien hoe Saturnus zijn ringen verliest in een geologisch snelle tijdschaal en wat dat laat zien over de geschiedenis van de planeet. Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/David Ladd
Wetenschappers hebben zich lang afgevraagd of Saturnus gelijktijdig met de ringen is ontstaan of dat de ringen jonger zijn. Nieuw onderzoek gaat voor het laatste scenario waarbij men denkt dat de ringen vermoedelijk niet ouder dan 100 miljoen jaar zijn. Dit is de tijd die de C-ring nodig zou hebben om te worden wat de ring nu is aannemende dat de ring ooit zo compact was als de B-ring. Volgens de onderzoekers zien we nu een ringensysteem op middelbare leeftijd. Echter, als de ringen tijdelijk van aard zijn dan hebben we misschien net geweldig grote ringsystemen bij Jupiter, Uranus en Neptunus gemist. Deze planeten hebben tegenwoordig slechts ijle ringetjes.
Er zijn verschillende theorieën opgesteld over de herkomst van de ringen. Als de planeet ze in een latere fase van zijn leven heeft gekregen dan kunnen ze ontstaan zijn toen kleine ijsmanen in een baan rond Saturnus tegen elkaar botsten waarbij hun baan mogelijk werd verstoord door de aantrekkingskracht van een passerende asteroïde of komeet.
De eerste aanwijzingen van het bestaan van de regen vanuit de ringen waren afkomstig van de Voyagermissies. Die ruimtesondes namen vreemde variaties waar in de ionosfeer van Saturnus. Dit is de bovenste laag van de atmosfeer die elektrisch is geladen. Ook werden er dichtheidsvariaties in de ringen aangetroffen en werden er een drietal donkere banden op noordelijke breedtes waargenomen op de planeet. Deze donkere banden waren zichtbaar op afbeeldingen die de Voyager 2 maakte in 1981 van de stratosfeer van Saturnus. De stratosfeer is het bovenste deel van de atmosfeer van de planeet.
In 1986 werd door onderzoekers van NASA Goddard een artikel gepubliceerd in de Geophysical Research Letters waarin een verband werd beschreven tussen deze donkere smalle banden en de vorm van het enorme magneetveld van Saturnus. De onderzoekers stelden voor dat elektrisch geladen deeltjes van de ringen van Saturnus langs de magnetische veldlijnen grote hoeveelheden water dumpten in de bovenste delen van de atmosfeer. Dit water van de ringen verscheen alleen op specifieke breedtegraden waar het de mist in de stratosfeer weg waste waardoor die in gereflecteerd licht als donker zichtbaar werd: de donkere smalle banden die door de Voyagers waren waargenomen.
De ringen van Saturnus bestaan grotendeels uit waterijs variërend in grootte van microscopische kleine stofdeeltjes tot rotsblokken met een doorsnede van verschillende meters. De deeltjes in de ringen voeren een evenwichtsact uit tussen de aantrekkingskracht van Saturnus, die ze naar de planeet wil trekken, en hun baansnelheid, die ze de ruimte in wil slingeren. De kleine deeltjes kunnen onder invloed van ultraviolet licht van de Zon elektrisch geladen worden. Ook bombardementen door micrometeorieten kunnen zorgen voor een elektrische lading van de deeltjes in de ringen. Als dit gebeurd dan voelen de deeltjes de aantrekkingskracht van het magneetveld van Saturnus dat naar binnen toe naar de ringen kromt. In sommige delen van de ringen kan de balans tussen allerlei krachten op deze eenmaal geladen deeltjes dramatisch veranderen en kan Saturnus ze langs de magnetische veldlijnen de bovenste delen van de atmosfeer binnen trekken.
Als ze daar eenmaal zijn aangekomen dan verdampen de deeltjes en kan het vrijgekomen water chemisch reageren met de ionosfeer van Saturnus. Een van de uitkomsten van deze reacties is een toename van de levensduur van elektrisch geladen deeltjes die we H3+ -ionen noemen. Deze deeltjes bestaan uit drie protonen en twee elektronen. Als deze deeltjes door het zonlicht worden aangeslagen dan gloeien ze in het infrarood op. Dit is waargenomen door speciale instrumenten te koppelen aan de Keck telescoop die op Mauna Kea in Hawaii staat.
Deze laatste waarnemingen toonden gloeiende banden aan in de noordelijke en zuidelijke halfronden op de plaats waar de magnetische veldlijnen die het valk van de ringen snijden de planeet raken. Ze analyseerden het licht om de hoeveelheid regen van de ringen te bepalen en het effect er van op de ionosfeer van Saturnus te meten. Ze zagen dat de hoeveelheid regen opmerkelijk goed overeen kwam met de verrassend hoge waardes die meer dan 30 jaar eerder aan de hand van de Voyager-waarnemingen waren berekend.
Het team ontdekte ook een gloeiende band op een hogere breedtegraad aan het zuidelijk halfrond. Dit is de plek waar de magneetveld van Saturnus de baan van Enceladus doorkruist. Enceladus is een geologisch actieve maan die geisers van water uitspuwt. Ook deeltjes van deze geisers komen op Saturnus terecht. Dit laatste was niet direct een verrassing. Het is bekend dat Enceladus en de E-ring grote hoeveelheden water bevatten. De geisers werden in 2005 voor het eerst door instrumenten aan boord van de Cassini ruimtesonde waargenomen en men neemt aan dat ze afkomstig zijn vanuit een vloeibare oceaan onder het bevroren oppervlak van de kleine maan. De geologische activiteit en de oceaan van water maken Enceladus een van de meest veelbelovende plekken om te zoeken naar buitenaards leven.
Het team zou graag willen weten hoe de regen van uit de ringen verandert met de seizoenen van Saturnus. De planeet draait met een periode van 29,4 jaar om de Zon en de ringen worden onder verschillende hoeken blootgesteld aan zonlicht. Omdat ultraviolet licht van de Zon zorgt voor het elektrisch laden van de ijsdeeltjes en ze daardoor laat reageren met het magneetveld van Saturnus zou blootstelling aan een veranderende hoeveelheid zonlicht moeten leiden tot veranderingen in de hoeveelheid regen vanuit de ringen.
Het onderzoek werd bekostigd door de NASA en het Postdoctoraal Programma van de NASA aan het Goddard Space Flight Center. De W.M. Keck telescoop wordt bedreven door een partnerschap tussen het California Institute of Technology, de universiteit van Californië en de NASA en de gegevens hiervan zijn beschikbaar in het Keck archief.
Eerste publicatie: 18 december 2018
Bron: diverse persberichten
