Mimas – de Death Star-maan van Saturnus

Mimas met de krater Herschel
Mimas met de krater Herschel. De foto is gemaakt met de Cassini ruimtesonde

Mimas heeft een grote krater die een belangrijk deel van het oppervlak beslaat. De maan heeft daarmee heel veel weg van de Death Star uit de Star Wars-films. Met behulp van thermische opnames is er ook een Packmanachtige structuur waargenomen.

De maan heeft een vreemd binnenste dat niet gemakkelijk verklaard kan worden met behulp van de waarnemingen van de Cassini. Een onderzoek uit 2014 toonde aan dat de libratie (het wiebelen van de draaiingsas) die wordt veroorzaakt door interacties tussen de draaiing om zijn eigen as en de baan om Saturnus heen, op een plaats sterker is dan op andere plaatsen. Dit duidt erop dat het binnenste van de maan niet uniform is. Misschien komen er verschillende materialen of dichtheden voor of misschien is de kern niet rond maar ovaal van vorm.

Een ondergrondse oceaan is niet aannemelijk omdat opgewekte warmte dan door het ijsachtige oppervlak zou moeten ontsnappen en het binnenste dan moet bevriezen. Dit maakt Mimas anders dan andere manen van Saturnus waarop mogelijk ondergrondse oceanen voorkomen (in het bijzonder Enceladus die bekend is van zijn geisers).

Ontdekking

Mythologische afbeelding van Mimas die slangen als benen had.
Mythologische afbeelding van Mimas die benen als slangen had.

Mimas is op 17 september 1789 ontdekt door de Engelse astronoom William Herschel. Het was zijn tweede maan bij Saturnus en in die tijd de zevende bekende maan. Minder dan een maand eerder had Herschel ook al Enceladus ontdekt.

In die tijd kregen de manen namen die waren gebaseerd op hun afstand tot de planeet. Mimas had de kleinste baan, Mimas is de meest nabije van alle grote manen van Saturnus, en dus werd Mimas oorspronkelijk Saturnus I genoemd. In 1847 suggereerde John Herschel (de zoon van William Herschel) dat de manen rond Saturnus benoemd zouden moeten worden naar de Titanen, de mythologische nakomelingen van de Griekse god Cronus (bij de Romeinen bekend als Saturnus).

In de Griekse mythologie werd Mimas tijdens de oorlog tussen de Titanen en de Olympiërs gedood. Door wie is niet helemaal duidelijk; zowel Hercules, Ares als Zeus worden genoemd. Volgens de legende bleven de slangachtige benen van Mimas na zijn dood sissen, op zoek naar wraak op zijn moordenaar. Men zegt dat Mimas werd begraven op het eiland Prochyte dat voor de kust van Zuid-Italië bevindt (het huidige Procida).

De Death Star in het echt

Mimas heeft een van de sterkst bekraterde oppervlaktes in het zonnestelsel.  De kraters overlappen elkaar en zijn tot wel 40 kilometer in doorsnede. Aan de zuidpool zijn de kraters kleiner, daar zijn ze tot 20 kilometer in doorsnede. Volgens wetenschappers duidt dat erop dat het landschap aan de zuidpool later in de geschiedenis daar ooit is herschapen.

Het meest opmerkelijke aan de maan is de enorme inslagkrater Herschel die een groot deel van de maan beslaat. De krater heeft een doorsnede van ongeveer 140 kilometer en beslaat daarmee bijna een derde van de diameter van Mimas; de maan heeft een doorsnede van 396 kilometer. Op Aarde zou een gelijkaardige krater een doorsnede van 4000 kilometer hebben. Wetenschappers denken dat de maan door de inslag bijna was verwoest. Er zijn schokgolven van de inslag aan de andere kant van de maan zichtbaar.

Dit gigantische “oog” zorgt ervoor dat de maan grote overeenkomsten vertoont met de Death Star uit de Star Wars-films. Deze overeenkomst is echter louter toeval; Mimas is erg klein en de krater werd pas in 1980 ontdekt toen de Voyager langs de maan scheerde en dat was drie jaar nadat de Death Star is de Star wars-film debuteerde.

De Cassini-ruimtesonde van de NASA heeft ook een temperatuurkaart van de maan gemaakt en op deze kaart is een Pacmanachtige figuur zichtbaar die de grote krater lijkt op te slokken. Temperaturen rond de krater zijn lager dan op verder weg gelegen delen van de maan. In de krater zelf is een warme plek zichtbaar. Eenzelfde vorm is overigens ook aangetroffen op de maan Tethys. De Pacmanfiguur kan zijn ontstaan doordat hoogenergetische elektronen de naar Saturnus toe gerichte zijde bombarderen waardoor het ijs aan het oppervlak enorm hard wordt waardoor dit de temperatuur langzamer geleidt dan de andere delen van de maan.

Ofschoon Mimas de kleinste is van de grote manen van Saturnus was de maan wel in staat om een 4800 brede opening te maken tussen de twee grootste ringen. Deze opening bevindt zich tussen de A-ring en de B-ring van Saturnus en wordt de Scheiding van Cassini genoemd.

Een ijzige puzzel

Mimas is de meest nabije grote maan tot Saturnus; de afstand bedraagt gemiddeld 185.520 kilometer. Mimas heeft 22 uur en 27 minuten nodig om eenmaal om de planeet heen te draaien. De maan doet dat in een gebonden rotatie; dus altijd met dezelfde zijde naar de planeet toe gericht.

De dichtheid van Mimas bedraagt 1,17 * de dichtheid van water en wetenschappers denken dan ook dat de maan voornamelijk uit waterijs bestaat met slechts een klein gedeelte aan gesteente. De temperatuur is er ongeveer -209 °Celsius en bij die temperatuur gedraagt waterijs zich als gesteente.

Mimas volgt een licht elliptische baan om Saturnus en dat zorg ervoor dat het binnenste, door getijdenwerkingen, een beetje opwarmt. De maan bevindt dichterbij Saturnus dan Enceladus maar de vele geisers die Enceladus aan zijn zuidpool heeft zijn in sterk contrast met het zwaar bekraterde en onveranderlijke oppervlak van Mimas.

Dit roept natuurlijk om een verklaring en in 2016 werd er tijdens een vergadering van de American Astronomical Society gesuggereerd dat Mimas (maar ook andere manen van Saturnus) kraters heeft die zijn veroorzaakt door puin van een eerdere generatie manen.

Grootte, massa en baan

Mimas - maan van Saturnus
Opname van Mimas gemaakt door de Cassini (credit: NASA/JPL/Space Science Institute)

Mimas heeft een gemiddelde straal van 198,2 ± 0,4 kilometer en een massa van ± 3,75 * 1019 kilogram. Dit komt over een met 0,0311 * de grootte van de Aarde en 0,0000063 * de massa van de Aarde. Mimas draait op een gemiddelde afstand van 85.539 kilometer om Saturnus heen. De excentriciteit van de baan bedraagt 0,0196 en de afstand varieert van 181.902 kilometer in het periapsis tot 189.176 kilometer in het apoapsis. Mimas is de binnenste van de grote manen van Saturnus en in afstand de achtste maan van Saturnus.

De gemiddelde baansnelheid bedraagt 14,28 kilometer/seconde. Met deze snelheid heeft Mimas 0,942 dagen nodig voor een omwenteling om Saturnus. De rotatiesnelheid van Mimas is gelijk aan de baanperiode en dat betekent dat Mimas ook in een gebonden rotatie om Saturnus heen draait. Heel veel manen in het zonnestelsel draaien in een gebonden rotatie om hun planeet heen. Mimas is in een 2:1 resonantie met de grotere maan Tethys en in een 2:3 resonantie met Pandora, het herdersmaantje van de buitenste F-ring.

Samenstelling en oppervlaktekenmerken

De gemiddelde dichtheid van Mimas bedraagt 1,17 ± 0,007 gram/cm3 en dat is slechts een beetje meer dan de dichtheid van water ( 1 gram/cm3). Dit betekent dat Mimas grotendeels uit waterijs bestaat met slechts een klein gedeelte aan silicaathoudend gesteente. Mimas vertoont hiermee grote overeenkomsten met de manen Tethys, Rhea en Dione die ook voornamelijk uit ijs bestaan.

Als gevolg van getijdenkrachten die op de maan worden uitgeoefend is Mimas duidelijk langgerekt van vorm. De lange as is ongeveer 10% groter dan de korte as. Met een diameter van 396 kilometer is Mimas maar net groot en zwaar genoeg om een hydrostatisch equilibrium te bereiken (dat wil zeggen als gevolg van zijn eigen zwaartekracht een ronde vorm aannemen). Mimas is het kleinst bekende hemellichaam in het zonnestelsel dat dit kan.

Er worden drie geologische kenmerken onderscheiden op Mimas; kraters, chasmata (kloven) en catanae (ketens van kraters). Kraters komen het meeste voor en ze zijn vooral ontstaan in het begin van het zonnestelsel. Het oppervlak van Mimas is verzadigd met kraters waarbij er vele nieuwe kraters over de oude kraters heen zijn ontstaan.

Het meest opvallende aan Mimas is de gigantische inslagkrater Herschel die is vernoemd naar William Herschel die de manen Oberon en Titania van Uranus ontdekte en de manen Enceladus en Mimas van Saturnus. Deze enorme krater zorgt er voor dat Mimas lijkt op de Death Star uit de Star Wars films. Herschel heeft een doorsnede van 180 kilometer en dat is bijna evenveel als 1/3-de van de diameter van Mimas zelf.

De wanden van de krater zijn ongeveer 5 kilometer hoog en delen van de bodem zijn 10 kilometer diep. De centrale berg bereikt een hoogte van 6 kilometer boven de vloer van de krater. Als de krater zich in een vergelijkbare schaal op Aarde zou bevinden dan zou hij een doorsnede hebben van meer dan 4000 kilometer, groter dan Australië.

De inslag die verantwoordelijk is voor de krater heeft Mimas mogelijk bijna vernietigd en men neemt aan dat de breuken die aan de tegenovergestelde zijde van de krater op Mimas zichtbaar zijn, ook door de inslag zijn veroorzaakt. In dit opzicht lijkt Mimas veel op Tethys met zijn grote inslagkrater Odysseus en het concentrische Ithaca Chasma aan de andere zijde van de maan.

Het oppervlak van Mimas is bezaaid met kleinere inslagkraters maar er is geen enkele andere krater die in de buurt van de grootte van Herschel komt. De kraters zijn niet uniform verdeeld. Het grootste gedeelte van het oppervlak is bedekt met kraters die een doorsnede hebben van meer dan 40 kilometer maar aan het zuidpoolgebied zijn de kraters meestal niet groter dan 20 kilometer in doorsnede.

In 2014 zijn er met de Cassini-sonde gegevens verkregen die duiden op de mogelijke aanwezigheid van een ondergrondse oceaan. Als gevolg van de libratie van de maan denken astronomen dat het binnenste van Mimas niet uniform is verdeeld. Wellicht is er sprake van een rotsachtige binnenste of een interne oceaan op de grens van kern en mantel. Deze oceaan wordt mogelijk in stand gehouden door getijdenwerkingen die door de resonanties met Tethys en Pandora op Mimas worden uitgeoefend.

Een aantal kenmerken in de ringen van Saturnus worden ook in relatie gebracht met de resonanties met Mimas. Zo is Mimas verantwoordelijk voor het opruimen van het materiaal in de Scheiding van Cassini. Dit is de leegte tussen de twee grootste ringen van Saturnus, de A-ring en de B-ring. Mimas trekt altijd in dezelfde richting aan de deeltjes in de Scheiding van Cassini waardoor deze naar nieuwe banen buiten de leegte worden gedwongen.

Deeltjes in de Huygens leegte aan de binnenzijde van de Scheiding van Cassini zijn in een 2:1 resonantie met Mimas. Met andere woorden, ze draaien twee keer zo snel om Saturnus heen als Mimas dat doet. De grens tussen de C-ring en de B-ring is in een 3:1 resonantie met Mimas en recent heeft men ontdekt dat de G-ring in een 7:6 resonantie is met Mimas.

Verkenning

Pioneer 11 was de eerste sonde die Mimas van dichtbij fotografeerde. De Pioneer 11 vloog in 1979 langs Saturnus en zijn manen. De dichtste nadering was op 1 september 1979 op een afstand van 104.263 kilometer. In 1980 en 1981 vlogen de Voyager 1 en Voyager 2 langs Mimas en ze maakten ook foto’s van Saturnus, zijn ringen en de vele manen. Voyager 1 was de eerste verkenner die de grote krater Herschel fotografeerde.

Mimas is ook verschillende keren gefotografeerd door de Cassini die sinds 2004 door het Saturnusstelsel kruist. Ze vond er op 13 februari 2010 een scheervlucht plaats waarbij de Cassini Mimas naderde tot op 9500 kilometer. Tijdens deze scheervlucht werden meerdere foto’s gemaakt van het bekraterde oppervlak en werden er gegevens verzameld over de baan van Mimas die leidden tot speculaties over het voorkomen van een mogelijke ondergrondse oceaan.

Het is te hopen dat er bij toekomstige missies daadwerkelijk gezocht kan worden naar wat er zich onder het oppervlak van deze Dear Star-maan bevindt.

Mimas in cijfers

Mimas in cijfers
Ontdekt doorWilliam Herschel
Datum ontdekking17 september 1789
Gemiddelde afstand tot Saturnus185.539 km
Periapsis (dichtste nadering tot Saturnus)181.902 km
Apoapsis (grootste afstand tot Saturnus)189.176 km
Jaar0,942 Aardse dagen
Omtrek baan1.165.663,95 km
Gemiddelde baansnelheid51.559,8 km/u
Baan excentriciteit0,0196
Equatoriale inclinatie t.o.v. de baan1,574°
Gemiddelde straal198,20 ± 0,25 km
Omtrek aan de evenaar1.245,3 km
Volume32.613.662 km3
Massa37.505.676.206.690.4000.000 kg
Dichtheid1,17 g/cm3
Oppervlakte493.647,75 km2
Zwaartekracht aan de oppervlakte0,064 m/s2
Ontsnappingssnelheid0,158912805 km/u

Eerste publicatie: 19 november 2015
Volledige revisie: 23 september 2018
Bron: UniverseToday, space.com