De ringen van Saturnus zijn nog piepjong

Het binnenste van Saturnus
Het binnenste van Saturnus bestaat uit drie primaire lagen: een diep gelegen binnenste kern van gesteente die uit zware elementen bestaat, die kern wordt omringd door vloeibaar metallisch waterstof en daaroverheen ligt weer een dikke laag van gasachtige waterstofmoleculen. Credit: NASA/JPL-Caltech.

Voordat de Cassini ruimtesonde van de NASA de waterstof- en heliumatmosfeer van Saturnus in dook schommelde de ruimtesonde eerst op en neer tussen de planeet en zijn ringen en werd de sonde open neer getrokken door de zwaartekracht.

Nauwkeurige analyse van het traject dat de Cassini aflegde tussen de ringen en de planeet heeft ertoe geleid dat wetenschappers voor het eerst een nauwkeurige schatting hebben kunnen maken van het materiaal van de ringen. Ze hebben dat gedaan door het materiaal te wegen waarbij gebruik werd gemaakt van de sterkte van hun aantrekkingskracht.

Die schatting vertelt hen dat de ringen relatief jong zijn en dat ze jonger dan 100 miljoen jaar en vermoedelijk ook jonger dan 10 miljoen jaar zijn. De massa van de ringen wordt geschat op ongeveer 40% van de massa van de maan Mimas. Deze maan is dan weer 2000 maal kleiner dan onze eigen Maan.

De jonge leeftijd maakt een einde aan een al vele jaren durende discussie onder planeetwetenschappers. Sommigen dachten dat de ringen 4,5 miljard jaar geleden uit het resterende materiaal van het zonnestelsel zijn ontstaan. Anderen dachten dat de ringen erg jong zouden zijn en dat Saturnus op enig moment een object of een komeet uit de Kuipergordel heeft ingevangen dat langzaamaan uiteen is gevallen in puin dat rond de planeet is blijven draaien.

De nieuwe massaschatting is gebaseerd op metingen van hoeveel de baan van de Cassini-sonde werd beïnvloed door de zwaartekracht van de ringen op het moment dat de ruimtesonde tussen de planeet en de ringen vloog tijdens de laatste serie omwentelingen in 2017 om de planeet. In het begin was er geen overeenkomst tussen de gemeten afwijkingen en voorspellingen die gebaseerd waren op modellen van de planeet en de ringen. Alleen als het onderzoeksteam rekening hield met sterke winden diep in de atmosfeer van Saturnus, iets wat vanuit de ruimte niet is waar te nemen, dan konden ze iets bakken van de metingen en konden ze de massa van de ringen berekenen.

De onderzoekers vertrouwden hun modellen en het duurde eventjes voor ze begrepen dat er een effect was dat het zwaartekrachtsveld veranderde en waar ze niet over hadden nagedacht. Het bleek te gaan om grote stromingen op een diepte van 9000 kilometer rond de evenaar van Saturnus. Men had altijd aangenomen dat de wolken waren zoals de wolken op Aarde. Die bestaan uit een dunne laag die bijna geen massa heeft. Maar op Saturnus hebben deze wolken wel degelijk heel veel massa.

Ze berekenden ook dat de wolken aan het oppervlak rond de evenaar van Saturnus 4 procent sneller draaien dan de laag op een diepte van 9000 kilometer. Die diepere laag heeft er 9 minuten langer voor nodig om rond te draaien dan de toppen van de wolken aan de evenaar. Deze wolkentoppen draaien iedere 10 uur en 33 minuten rond de planeet.

De ontdekking van op grote diepte draaiende lagen is een verrassende openbaring over de interne structuur van de planeet, aldus een van de onderzoekers. De vraag is wat ervoor zorgt dat het sneller draaiende deel van de atmosfeer zo diep gaat en wat ons dat vertelt over het interieur van Saturnus.

De onderzoekers waren aan de hand van de gegevens ook in staat om uit te rekenen dat de rotsachtige kern van de planeet een massa van 15 tot 18 maal de massa van de Aarde heeft en dat komt overeen met eerdere berekeningen.

De onderzoekers hebben hun bevindingen gepubliceerd in het tijdschrift Science.

Eerdere schattingen van de massa van de ringen van Saturnus, tussen 0,5 en 0,3 maal de massa van Mimas, waren afkomstig van dichtheidsgolven die door de ringen van Saturnus bewegen. Deze golven worden door de 62 manen, waaronder dus ook Mimas die zorgt voor de Cassini-scheiding tussen de twee grootste ringen A en B, veroorzaakt. Mimas is glad en rond met een diameter van 246 kilometer. Deze krater heeft een grote inslagkrater die ervoor zorgt dat de maan treffend lijkt op de Death Star uit de Star Wars films.

Veel onderzoekers vonden deze golfmetingen onbetrouwbaar omdat er mogelijk deeltjes in de ringen aanwezig zijn die zwaar zijn maar die niet deelnemen aan de golfpatronen. Deze onderzoekers vermoedden dat er een verborgen massa aanwezig is die ze in de golven niet konden zien.

Gelukkig programmeerde de NASA aan het einde van de levenscyclus van de Cassini ruimtesonde 33 duiken tussen de planeet en de ringen door m op die manier het magneetveld van Saturnus in kaart te brengen. Radiotelescopen konden vanaf de Aarde de snelheid van de Cassini berekenen tot op een fractie van een millimeter per seconde.

De nieuwe berekende massa van de ringen ligt in de range van eerdere schattingen en staat wetenschappers toe de ouderdom te berekenen.

Deze leeftijdsberekeningen is gebaseerd op een relatie die wetenschappers eerder hadden bepaald tussen de massa van de ringen en hun leeftijd. Een kleinere massa wijst naar een jongere leeftijd en dat komt omdat de ringen oorspronkelijk zijn gemaakt van ijs en helder zijn maar na verloop van tijd worden vervuild met interplanetair stof dat er ook voor zorgt dat de helderheid afneemt.

Volgens de onderzoekers waren de metingen alleen mogelijk omdat de Cassini tijdens de laatste uren van zijn bestaan zo dicht over het oppervlak vloog. Het was een spectaculaire manier om demissie te eindigen.

Bron: berkeley.edu

Eerste publicatie: 18 januari 2019

We doen ons best om alle artikelen zonder taal-, tik- en inhoudelijke fouten te plaatsen maar ondanks alle controle zie je zelf vaak je eigen fouten niet meer. Daarom stellen we het uitermate op prijs als je een fout komt melden!
Als je een spelfout hebt gevonden selecteer dan a.u.b. de tekst en druk Ctrl+Enter. Heb je een inhoudelijke fout gevonden, schrijf dan in het commentaarveld wat er volgens jou niet correct is.
We proberen alle gemelde fouten zo snel als mogelijk te verbeteren. Omdat de meldingen anoniem zijn vindt er geen communicatie plaats met de indiener. We houden ons het recht voorbehouden om meldingen niet te verwerken.

%d bloggers liken dit:

Spelling error report

The following text will be sent to our editors: