Cassini, mały statek kosmiczny, który mógłby, leci w płomieniach. Przez następne cztery miesiące najbardziej wyrafinowana sonda, jaką kiedykolwiek wykonano, będzie niepewnie tańczyć między Saturnem i jej lodowymi pierścieniami, rejestrując spektakularne zdjęcia tego nigdy nie zbadanego regionu. W tym wielkim finale swojej 20-letniej podróży Cassini zwróci nową uwagę na pochodzenie najbardziej już efektownego i tajemniczego zestawu pierścieni w Układzie Słonecznym.
powiązana zawartość
- Cassini wysyła pierwsze obrazy z nurkowań na Saturnie
- Pa pa pa Cassini, nieustępliwa sonda kosmiczna, która ujawniła tajemnice Saturna
- Sprawdź nowe zdjęcia Saturna z najnowszej orbity Cassiniego
Dla astronomów najtrwalszą tajemnicą dotyczącą tych pierścieni jest ich wiek. Choć od dawna uważane za starożytne, w ostatnich latach ich rozpacz była przedmiotem dyskusji, a dowody sugerują młodszą formację. Teraz nowe badania potwierdzają pogląd, że pierścienie Saturna mają miliardy - a nie miliony - lat.
W pewnym momencie historii Saturna dysk pyłu i gazu wokół Księżyca zlewał się w niesamowite pierścienie, które widzimy dzisiaj. Niektóre księżyce, które wpadają i wychodzą z tych pierścieni, mogły powstać z tego samego materiału, co oznacza, że datowanie tych księżyców może pomóc nam zbliżyć się do wieku pierścieni Saturna. Ale według nowych badań trzy z tych księżyców wewnętrznych są starsze niż hipotetycy naukowcy - co wskazuje na starożytne pochodzenie pierścieni.
„To bardzo fajna łamigłówka, ponieważ wszystko jest ze sobą powiązane” - powiedział Edgard Rivera-Valentin z Arecibo Observatory w Puerto Rico. Zamiast mierzyć się z wiekami wszystkich księżyców i pierścieni, Rivera-Valentin powoli przechodzi krok po kroku przez wyzwanie. „Próbuję wyciąć jeden kawałek” układanki, mówi.
W 2016 r. Rivera-Valentin zaczęła używać nowych modeli komputerowych do zbadania historii kolizyjnej księżyców Saturna Iapetus i Rhea i odkryła, że powstały one na początku życia Układu Słonecznego o długości 4, 6 miliarda lat. Jego odkrycia, które przedstawił na konferencji Lunar and Planetary Sciences w marcu w Teksasie, potwierdzają tezę, że pierścienie Saturna są starsze niż nam się wydawało.
Poza intrygującymi z siebie prawami pierścienie i księżyce Saturna mogą oferować wskazówki dla tych, którzy polują na pierścienie planet poza naszym Układem Słonecznym. Jak dotąd zidentyfikowano tylko jedną pierścieniową egzoplanetę - co wydaje się dziwne, biorąc pod uwagę, że wszystkie cztery gazowe olbrzymy w naszym systemie mają pierścienie. Jeśli księżyce i pierścienie Saturna są młode, może to stanowić wyjaśnienie.
„Gdyby pierścienie Saturna były młode, wówczas (hipotetyczny) obserwator spoglądający na nasz układ słoneczny nie widziałby ich, gdyby spojrzał, powiedzmy, miliard lat temu” - powiedział Francis Nimmo, planetolog, który bada początki lodowatych światów w University of California w Santa Cruz.
Być może inne światy mają również krótkotrwałe pierścienie, których krótkie pojawienie się w długiej soczewce czasoprzestrzeni utrudnia ich dostrzeżenie z Ziemi. W takim przypadku, podobnie jak ktoś spoza Układu Słonecznego miałby ograniczoną możliwość szpiegowania pierścieni wokół Saturna, tak samo ludzcy obserwatorzy mieliby podobnie ograniczone możliwości wykrycia pierścieniowych eksświatów.
Natomiast długowieczne księżyce i pierścienie mogą oznaczać, że takie światy są powszechne i mogą chować się na widoku - albo zagubione przez dziesięciolecia danych, albo ograniczone technologicznymi ograniczeniami.
Ten fałszywy kolor powstawał przy użyciu sygnałów radiowych wysyłanych z Cassini z powrotem na Ziemię przez pierścienie Saturna. (NASA / JPL) Starożytne blizny
Jeśli chodzi o obliczanie wieku innych światów, naukowcy polegają w dużej mierze na kraterach. Łącząc blizny po uderzeniach z okresami ciężkich bombardowań w Układzie Słonecznym, mogą z grubsza oszacować, ile lat ma powierzchnia, co stanowi górną granicę dla samego świata. Poprzednie badania sugerowały, że pierścienie i księżyce Saturna mają zaledwie 100 milionów lat, co czyni je stosunkowo młodymi w życiu Układu Słonecznego.
Problem polega na tym, jak w przeszłości zachowywał się układ słoneczny. W 2005 r. Pojawiła się nowa teoria, w której Uran i Neptun tańczyli ze sobą, zrzucając lodowate szczątki w kierunku reszty planet. Ale według badań Rivera-Valentina ten deszcz materiału (znany jako późne ciężkie bombardowanie) całkowicie zniszczyłby najmłodszy księżyc Saturna, Mimas.
Rivera-Valentin postanowił rozwiązać problem z drugiego końca. W przeszłości pracował z uczniem, aby obliczyć, ile gruzów uderzyło w Japeta, który, jak twierdzi, powinien być najstarszym księżycem pod jakimkolwiek modelem. Wykorzystując podobną technikę, aby dowiedzieć się, ile materiału zabliźniło inny księżyc, Rhea, odkrył, że satelita został zbombardowany znacznie mniej niż Japetus.
Może tak być, ponieważ ilość materiału trafiającego na księżyc była mniejsza niż wcześniej obliczona. A może dlatego, że Rhea powstała znacznie później niż Japet, być może wkrótce po późnym ciężkim bombardowaniu, które miało miejsce 3, 9 miliarda lat temu. Ale na podstawie liczby kraterów blizny Rhei oznaczają, że nie może być tak młoda, jak przewidywały niektóre modele.
„Więc model, który powiedział, że mogliby powstać 100 milionów lat temu, mogę przynajmniej powiedzieć nie, prawdopodobnie tak nie jest”, powiedział Rivera-Valentin. Jednak modele sugerujące, że Rhea powstały w czasie późnego ciężkiego bombardowania, wszystkie działają z historią kraterów Księżyca. Uderzając w jedną z podstaw dla młodszych pierścieni, badania Rivera-Valentina pomogły w zbudowaniu argumentu, że satelity Saturna mają znacznie starsze pochodzenie.
Cofanie zegara
Ponieważ metoda historii kraterów jest tak bardzo zależna od naszego zrozumienia ewolucji Układu Słonecznego, Nimmo postanowił zastosować inną taktykę, aby podążać za wiekami Księżyca. Jego badania wykazały, że księżyc musi mieć co najmniej kilkaset milionów lat, co wyklucza modele, które wyznaczyły go na zaledwie 100 milionów lat.
„Możesz nieco cofnąć zegar i zobaczyć, gdzie były wcześniej” - powiedział Nimmo. Poprzednie badania na ten temat umieściły Mimasa tuż obok Saturna zaledwie pół miliarda lat temu, sugerując, że mógł być młody. Jednak badania te zakładały, że księżyce zachowywały się tak samo jak kiedyś.
Z drugiej strony Nimmo badało, w jaki sposób mogliby wchodzić w interakcje w różny sposób, gdy byli młodsi. „Mimo że satelity obecnie poruszają się dość szybko, wcześniej nie były tak szybkie, więc satelity mogą mieć z łatwością 4 miliardy lat” - powiedział.
Nimmo rozwinęło dynamikę dwóch z ponad 60 księżyców, aby znaleźć więcej dowodów na ich starożytną formację. W przeciwieństwie do poprzedniego modelu, który przewijał księżyce na podstawie ich dzisiejszych orbit, wyjaśnił, w jaki sposób Saturn miałby wpływ na księżyce. Saturn szarpie księżyce podczas ich orbitowania, a księżyce szarpią się nawzajem. Te stałe przyciągania ogrzewają ich centra, a następnie ciepło przesuwa się w kierunku powierzchni.
„Rozchodzenie się tej temperatury na zewnątrz wymaga czasu, ponieważ ciepło jest przewodzone tylko z określoną szybkością, więc jest to skala czasowa, którą możemy wykorzystać” - powiedział.
Na Dione przepływający lód wypełnił niektóre z basenów uderzeniowych. Nimmo powiedział, że gdyby samo zderzenie stopiło lód, kratery zrelaksowałyby się na powierzchni. Zamiast tego ciepło musi pochodzić z sąsiedzkiego szarpania. Użył topnienia jako termometru, aby ustalić, że księżyc ma co najmniej kilkaset milionów lat, chociaż z łatwością mógłby istnieć około 4, 5 miliarda lat. Wyklucza to modele datujące księżyc na 100 milionów lat.
W przyszłych badaniach Nimmo ma nadzieję zbadać inny księżyc, taki jak Tethys, którego szybki ruch powinien pomóc zawęzić czas wokół jego narodzin. I choć jego badania, które opierają się na wcześniejszych pracach Jima Fullera z California Institute of Technology, ograniczają narodziny satelitów, różnica wieku pozostaje duża. „Nie rozwiąże wszystkiego” - powiedział.
Pierścieniowe egzoplanety
Jak dotąd jedyną znaną pierścieniową egzoplanetą jest J1407b, młody świat, w którym potwór ma pierścienie 200 razy większe niż Saturna i może przypominać gazowych gigantów wczesnego Układu Słonecznego.
„Chodzi o to, że pierścienie Saturna były kiedyś tak duże”, powiedział Matt Kenworthy z Leiden Observatory, który kierował zespołem, który zidentyfikował pierścienie potworów w 2015 roku. Z czasem gaz i pył mogły uformować księżyce, spadły na powierzchnię lub został porwany przez wiatr słoneczny. Zrozumienie, czy księżyce i potencjalnie pierścienie są starożytne, może pomóc odkryć, czy Saturn nosi resztki tych pierwotnych pierścieni.
Jeśli pierścienie Saturna są stare, powinno to oznaczać, że istnieją wokół innych egzoplanet. Dlaczego do tej pory zidentyfikowano tylko jeden świat? Według Kenworthy'ego jest to częściowo spowodowane czasem. Wykrywanie gazowego giganta wystarczająco daleko od jego słońca, aby utrzymać lodowate pierścienie, wymaga danych o wartości około 10 lat, informacji, które dopiero niedawno zostały opracowane.
„Prawdopodobnie natknęliśmy się na jednego z wielu, którzy już siedzą w danych, i to tylko kwestia przeszukiwania starych danych”, powiedział Kenworthy.
