De ringen van Saturnus zijn misschien toch heel oud

De discussie over hoe oud de ringen van Saturnus zijn heeft door nieuw onderzoek weer een andere wending genomen. Astronomen discussiëren al jaren over de leeftijd van de ringen van Saturnus: zijn ze oud en zijn ze gelijk met de planeet ontstaan? Of is het ringensysteem veel jonger en is het slechts honderd miljoen jaar oud?

Jonger dan de dinosauriërs?

De afgelopen jaren kreeg de laatste hypothese steeds meer aandacht en er waren verschillende onderzoeksgroepen die meldden dat de ringen zelfs jonger konden zijn dan de dinosauriërs. Dergelijke studies gingen uit van de samenstelling van de ringen (meer dan 95% waterijs) en de totale massa van de ringen. Die massa werd met behulp van de Cassini ruimtesonde van de NASA bepaald op 15,4 miljard ton. Die massa komt overeen met ongeveer 40% van de massa van Mimas. Deze maan van Saturnus heeft een doorsnede van ongeveer 400 kilometer.

Uitgaande van deze gegevens en de hoeveelheid micrometeoroïden die de ringen bombarderen moesten de ringen, volgens veel onderzoekers, wel jong zijn. Oudere ringen zouden veel meer verontreinigd moeten zijn met silicaten, organische moleculen en andere componenten.

Nieuw onderzoek dat werd uitgevoerd onder leiding van Aurélien Crida van de Universiteit van de Côte d’Azure en het Institut Universitaire de France, zijn er kanttekeningen te plaatsen bij deze interpretatie. Wetenschappers stelden dat de hevigheid van het bombardement in de tijd zou kunnen variëren. Misschien dat de ongewoon hoge activiteit die nu wordt waargenomen wordt veroorzaakt door een (hypothetische) recente botsing met een object uit de Kuiper gordel en dat de ringen vroeger veel minder werden vervuild.

Crida en zijn collega’s merken ook op dat de Cassini ruimtesonde tijdens zijn “Grande Finale” organische moleculen waarnam in de bovenste delen van de atmosfeer van Saturnus. Daarnaast werden er vaste korrels aangetroffen in de opening tussen de ijsreus en de binnenste ring. Dit materiaal is nagenoeg zeker afkomstig uit de ringen, aldus de onderzoekers.

En van de mogelijke verklaringen is dat er een nog onbekend proces verantwoordelijk is voor de erosie van de ringen en dat het lanceren van deze nano-korrels eigenlijk het gevolg is van het schoonmaken van de ringen waarbij bij voorkeur silicaten worden verwijderd in plaats van waterijs.

Deze bevindingen zijn beschreven in een artikel dat op 16 september 2019 verscheen in het tijdschrift Nature Astronomy

Massa van de ringen

Als dit inderdaad het geval is dan lijken de ringen van Saturnus veel jonger dan ze in werkelijkheid zijn.

Dan is er nog de totale massa van de ringen. Volgens de onderzoekers is de totale massa van 15,4 miljard ton in overeenstemming met de verwachtte dynamische evolutie van essentiële massieve ringen. Interacties tussen de ijsblokken die de ringen vormen, leiden tot een uitwendige overdracht van het impulsmoment naar buiten, waardoor de ringen zich verspreiden.

Op een afstand van meer dan 140.000 km van Saturnus overtreft de zwaartekracht van het ringmateriaal de getijdenkrachten van de gasreus. Dit heeft geleid tot het ontstaan van manen en maantjes, en een aanzienlijk massaverlies van de ringen, aldus Crida en haar collega’s. De huidige massa van de ringen, zoals gemeten door de Cassini ruimtesonde, past goed bij een oude oorsprong, gevolgd door verspreiding en het ontstaan van manen (hoewel de oorspronkelijke ringmassa onbekend blijft).

Crida denkt daarom dat de ringen van Saturnus oud zijn, net zo oud als het zonnestelsel.

Hij geeft wel toe dat hij bevooroordeeld is omdat ze een aanhanger is van het model dat de vorming van manen uit ringen (waar hij zelf aan heeft meegewerkt) beschrijft. Hij zou er niet blij mee zijn als wordt bewezen dat dit model onmogelijk is.

Maar, objectief gezien volgens Crida, levert het wel een consistenter beeld op met een overtuigend model dat de ringen tegelijk met Saturnus zijn ontstaan. Bovendien zijn het ontstaan en de migratie naar buiten toe van de manen in overeenstemming met de waarnemingen. Zelfs de huidige massa past bij 4,5 miljard jaar evolutie. Het plaatje is volgens Crida dus compleet.

Mogelijk leven op sommige manen

Het bepalen van de leeftijd van de ringen is om verschillende redenen belangrijk voor astronomen. Zijn de ringen jong dan geldt dit ook voor de meeste ijsmanen van Saturnus, waaronder ook de maan Enceladus die een grote oceaan van zout water onder zijn oppervlak herbergt.

Enceladus wordt als een van de beste kandidaten in ons zonnestelsel gezien waar leven mogelijk zou zijn en die kansen zijn vele malen groter als de maan al 4,5 miljard jaar oud is in plaats van 100 miljoen jaar. Ook de grootste maan Titan wordt is mogelijk geschikt voor leven maar deze maan wordt gezien als een oude maan.

Daar komt bij dat als astronomen de geschiedenis van de ringen beter leren begrijpen ze ook betere inzichten krijgen in de evolutie van het Saturnussysteem zelf. Zijn bijvoorbeeld de ringen van de planeet echt ontstaan uit de ringen zoals het scenario van de verspreide ringen aangeeft?

Als de ringen relatief recent zijn ontstaan met hun huidige massa dan kan dit model niet werken en moeten de manen van de planeet op een andere manier zijn ontstaan. Ook zou dit model dat het ontstaan van manen uit ringen beschrijft van toepassing kunnen zijn op Uranus en Neptunus (die dan daarbij hun oorspronkelijke ringen hebben verloren. Het is dus een algemeen onderwerp dat niet alleen betrekking heeft op Saturnus.

Onderzoekers blijven graven in de enorme berg gegevens die de Cassini ruimtesonde tijdens zijn “Grande Finale” heeft verzameld. Ook is er nog veel te leren uit de gegevens die de ruimtesonde tijdens zijn 13-jarige missie heeft verzameld. De discussies over de leeftijd van de ringen van Saturnus zijn vermoedelijk nog lang niet voorbij.

Eerste publicatie: 21 september 2019
Bron: space.com