Zonnestelsel Nieuws

De ringen van Saturnus zijn echt nog piepjong

Nieuw onderzoek plaatst een definitieve leeftijd op de ringen van Saturnus: ze zijn nog erg jong

Nieuwe spaken in de ringen van Saturnus
Deze Hubble-afbeelding kondigt het begin van het spakenseizoen van Saturnus aan met de verschijning van twee spaken in de B-ring, links in de afbeelding. Credit: NASA / ESA / Amy Simon, NASA’s Goddard Space Flight Center / Alyssa Pagan, STScI.

Een nieuw onderzoek onder leiding van Sasha Kempf van de universiteit van Colorado heeft het sterkste bewijs tot nu toe geleverd dat de ringen van Saturnus erg jong zijn – hiermee is mogelijk een vraag beantwoord waar astronomen al meer dan een eeuw mee worstelen.

Het onderzoek werd op 12 mei 2023 in het tijdschrift Science Advances gepubliceerd en het stelt de leeftijd van de ringen van Saturnus op maximaal 400 miljoen jaar. Daarmee zijn de ringen veel jonger dan de planeet zelf die ongeveer 4,5 miljard jaar oud is.

De onderzoekers kwamen tot de conclusie door het bestuderen van stof.

Kempf legt uit dat kleine korreltjes rotsachtig materiaal vrijwel constant door het zonnestelsel zweven. In sommige gevallen kan deze flux een dunne laag stof achterlaten op planetaire objecten, ook op het ijs waaruit de ringen van Saturnus bestaan.

In het nieuwe onderzoek probeerden hij en zijn collega’s een datum op de ringen van Saturnus te zetten door te bestuderen hoe snel deze laaf stof zich opbouwt – een beetje alsof je vertelt hoe oud een huis is door met je vinger over het oppervlak te strijken.

Denk aan de ringen als het tapijt in je huis. Als je een schoon tapijt hebt liggen moet je gewoon wachten. Er zal stof op je tapijt neerslaan. Hetzelfde geldt voor de ringen.

Het was een moeizaam proces: van 2004 tot 2017 gebruikte het team een instrument, de Cosmic Dust Analyzer, aan boord van de inmiddels overleden Cassini-ruimtesonde van de NASA om de stofdeeltjes die rond Saturnus vlogen te analyseren. In die 13 jaar verzamelden de onderzoekers slechts 163 korrels die afkomstig waren van buiten de planetaire omgeving van de planeet. Maar dat was wel genoeg. Op basis van hun berekeningen liggen de ringen van Saturnus waarschijnlijk pas een paar honderd miljoen jaar stof te vergaren.

Met andere woorden, de ringen van de planeet zijn nieuwe fenomenen die ontstaan (en mogelijk zelfs verdwijnen) in wat kosmische termen in een oogwenk neerkomt.

Volgens Kempf weten we nu ongeveer hoe oud de ringen zijn maar dat lost geen van de andere problemen op want men weet nog steeds niet hoe deze ringen überhaupt zijn ontstaan.

Van Galileo tot Cassini

Onderzoekers zijn al meer dan 400 jaar in de ban van deze ogenschijnlijk doorschijnende ringen. In 1610 observeerde de Italiaanse astronoom Galileo Galilei de kenmerken voor het eerst door een telescoop, hoewel hij niet wist wat ze waren. (In de originele tekeningen van Galileo lijken de ringen een beetje op de handvaten van een waterkan). In de jaren 1800 concludeerde Maxwell, een Schotse wetenschapper, dat de ringen van Saturnus niet massief konden zijn, maar uit veel afzonderlijke stukken bestonden.

Tegenwoordig weten wetenschappers dat Saturnus zeven ringen heeft die bestaan uit ontelbare brokken ijs, de meeste niet groter dan een rotsblok op Aarde. Alles bij elkaar weegt dit ijs ongeveer half zoveel als de Saturnusmaan Mimas en strekt het zich bijna 280.000 kilometer uit vanaf het oppervlak van de planeet.

Kempf voegde eraan toe dat wetenschappers gedurende het grootste deel van de 20ste eeuw aannamen dat de ringen waarschijnlijk tegelijkertijd met Saturnus werden gevormd.

Maar dat idee riep een paar problemen op, namelijk dat de ringen van Saturnus sprankelend schoon zijn. Waarnemingen suggereren dat deze kenmerken bestaan uit ongeveer 98% zuiver waterijs (in volume), met slechts een kleine hoeveelheid rotsachtige materie.

Cassini bood een kans om een definitieve leeftijd op de ringen van Saturnus te zetten. De ruimtesonde arriveerde in 2004 voor het eerst bij Saturnus en verzamelde gegevens totdat de ruimtesonde in 2017 doelbewust in de atmosfeer van Saturnus neerstortte. De Cosmic Dust Analyzer, die een beetje de vorm had van een emmer, schepte kleine deeltjes op terwijl ze voorbij suisden.

Ingenieurs en wetenschappers van LASP ontworpen en bouwden een veel geavanceerdere stofanalyser voor de aanstaande Europa Clipper van de NASA die in 2024 gelanceerd moet worden.

Een meevaller

De ringen zijn misschien al aan het verdwijnen. In een eerdere studie meldden NASA-wetenschappers dat het ijs langzaam op de planeet regent en binnen nog eens 100 miljoen jaar volledig zou kunnen verdwijnen.

Dat deze kortstondige kenmerken bestonden in een tijd dat Galileo en het Cassini-ruimtevaartuig ze konden waarnemen, lijkt bijna te mooi om waar te zijn, zei Kempf – en het vraagt om een verklaring voor hoe de ringen in de eerste plaats zijn ontstaan. Sommige wetenschappers hebben bijvoorbeeld geponeerd dat de ringen van Saturnus mogelijk zijn ontstaan toen de zwaartekracht van de planeet een van zijn manen uit elkaar scheurde.

“Als de ringen van korte duur en dynamisch zijn, waarom zien we ze dan nu?” zegt Kempf. “Het is te veel geluk.”

Artikel:  Sascha Kempf, Micrometeoroid infall onto Saturn’s rings constrains their age to no more than a few hundred million years, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adf8537.

Eerste publicatie: 14 mei 2023
Bron: universiteit van Colorado