Már majdnem negyven év telt el a Voyager 1 és 2 missziók meglátogatták a Saturn rendszert. Ahogy a szondák a gáz óriás mellett repültek, képesek voltak lenyűgöző, nagy felbontású képeket elkészíteni a bolygó légköréről, sok holdjáról és ikonikus gyűrűs rendszeréről. Ezenkívül a szondák azt is kiderítették, hogy a Saturn lassan elveszíti gyűrűit, olyan sebességgel, hogy körülbelül 100 millió év alatt elmentek.
A közelmúltban a Cassini Az Orbiter meglátogatta a Saturn rendszert, és több mint 12 évet töltött a bolygó, holdjainak és gyűrűs rendszerének tanulmányozásával. És az új kutatások szerint Cassini adatok szerint úgy tűnik, hogy a Saturn elveszíti gyűrűit a Hajóutas küldetések. A tanulmány szerint a szaturnusz gyűrűit gázosítja fel a gázipari óriás olyan sebességgel, hogy azok kevesebb mint 100 millió év alatt eltűnhetnek.
A tanulmány, amely a közelmúltban jelent meg a folyóiratban Icarus James O’Donoghue vezetésével, a NASA Goddard űrrepülési központjáról, és tagjai voltak a NASA sugárhajtású laboratóriumának, az Űrfizikai Központnak, az Űrkutatási Társaságnak, a Leicesteri Egyetemnek és a University Collegenak.
A Hajóutas az 1980-as és 1981-es szondákban, a Szaturnusz gyűrűiből származó jeges részecskéket a bolygó gravitációja vonzza be, miután kitették őket a Szaturnusz mágneses mezőjének - ez poros „gyűrűesővé” alakítja őket a Szaturnusz felső légkörében. De amint James Donahue a NASA legfrissebb sajtóközleményében rámutatott, a helyzet rosszabb lehet, mint az eredetileg feltételezték:
„Becsléseink szerint ez a„ gyűrűes eső ”egy bizonyos mennyiségű vízkészletet ürít, amely fél óra alatt kitölti az olimpiai méretű medencét a Szaturnusz gyűrűiből. Ebből önmagában a teljes gyűrűrendszer 300 millió év alatt eltűnik, de ehhez hozzá kell adni a Cassini-űrhajó által mért gyűrű anyagot, amely a Szaturnusz egyenlítőjébe esik, és a gyűrűknek kevesebb, mint 100 millió éve van életük. Ez viszonylag rövid, összehasonlítva a Saturn 4 milliárd évet meghaladó életkorával. ”
Cassini tanulmányozta a Saturn gyűrű anyagának elvesztését a Grande Finale részeként, ahol az űrhajó a fennmaradó üzemanyagot 22 körpályán vezette a Saturn és a gyűrűk között. Ez figyelemreméltó eredmény volt, mivel a Cassini kézműves odament, ahova még egyetlen űrhajó sem mert merészelni, és még akkor sem tervezték, hogy ebben a környezetben repüljön.
Mindazonáltal, Cassini információkat tudott beszerezni, amelyek megerősítették a Hajóutas évtizedekkel ezelőtt megfigyelt szondák, valamint válaszolnak egy régóta rejtélyre jutó Saturna gyűrűiről. Alapvetően a tudósok már régóta azon gondolkodtak, vajon a Saturn a gyűrűivel formálódott-e, vagy később szerezte meg őket. Ez az új kutatás azt jelzi, hogy valószínűleg az utóbbi forgatókönyv, és hogy a Saturn a történelem során viszonylag nemrégiben szerezte meg őket.
Tanulmányaik szerint O'Donahue és munkatársai becsléseik szerint a Saturn gyűrűrendszere valószínűleg nem haladja meg a 100 millió évet, mivel ennyi időbe telik, amíg a C-gyűrű olyan sűrű lesz, mint a B-gyűrű. ma van. E tekintetben - magyarázza O’Donoghue - az emberiség szerencsés, hogy körülöttünk van egy olyan időben, amikor a gyűrűk még mindig ott voltak:
„Szerencsések vagyunk, hogy körülbelül láthatjuk a Szaturnusz gyűrűs rendszerét, amely életének közepén látszik. Ha azonban a gyűrűk átmeneti jellegűek, akkor talán elmulasztottuk a Jupiter, Uránusz és Neptunusz óriás gyűrűrendszereinek látását, amelyeknek manapság csak vékony gyűrűjük van! ”
Mint megjegyeztük, a „gyűrűes eső” első tippe a Hajóutas missziók, amelyek megfigyelések eredményeként jöttek létre három egymással nem összefüggő jelenségről. Ide tartoztak a Saturn elektromosan töltött ionoszférájának variációi, a Saturn gyűrűinek sűrűségi variációi és a bolygók északi középső szélességét körülvevő szűk sötét sávok.
Jack Connerney - a NASA Goddard Űrközpontjának kutatója és a közelmúltbeli tanulmány társszerzője - 1986-ban kiadott egy kutatási papírt, amely összekapcsolta ezeket a sötét sávokat a Szaturnusz mágneses mezőjével. Dióhéjban azt javasolta, hogy a Szaturnusz gyűrűiből származó elektromosan töltött jégrészecskék láthatatlan mágneses mezővonalakon áramoljanak le, és vízként kerüljenek a Szaturnusz felső atmoszférájába.
Connerney szerint ezek a részecskék elektromosan töltöttek vagy a Nap UV sugárzása által, vagy a gyűrűket bombázó mikrometeoroidok által okozott plazmafelhők által. Ha ez megtörténik, a részecskék érezni fogják a Szaturnusz mágneses mezőjének vonzódását, és a Szaturnusz gravitációja behúzza azokat a mezővonalak mentén, amelyek a felső atmoszférába helyezik őket.
Ezek a jégrészecskék elpárolognak és kémiai kölcsönhatásba lépnek a Saturn-ionoszférával, amelynek hatására elmosódik a köd a sztratoszférában. Ezek a területek sötétebbnek tűnnek a visszavert fényben, ezáltal sötétebb sávok jelennek meg a Saturn légkörében. Egy másik eredmény a H3 + -ionoknak nevezett, három protonból és két választásból álló, elektromosan töltött részecskék élettartamának meghosszabbítása.
Ezen ionok jelenléte O'Donoghue és csapata megerősítette Connerney elméletét. A Keck-távcső segítségével a csoport megfigyelte ezeket az ionokat a Saturn északi és déli féltekéjén annak köszönhetően, hogy az infravörös spektrumban világítanak (ami akkor fordul elő, amikor a napfény kölcsönhatásba lép). Ezeket a sávokat olyan helyeken figyelték meg, ahol a gyűrűs síkot metsző mágneses mező vonalak belépnek a bolygóra.
Ezután elemezték a fényt, hogy meghatározzák a Szaturnusz ionoszférájával kölcsönhatásba lépő esőmennyiséget, ami jelzi, hogy a jégrészecskék mennyit húztak a Szaturnusz gyűrűiből. Azt találták, hogy ez megegyezik a Connerney és kollégái által az 1986-os tanulmányuk során felhozott magas értékekkel.
A csapat felfedezett egy izzó sávot a déli féltekén egy magasabb szélességben, amely véletlenszerűen a Saturn mágneses tere metszéspontja az Enceladus pályájával. A csillagászok egy ideje tudták, hogy az Enceladus déli sarkvidékéből időszakosan kitörő gejzírek (amelyek a belső terek geológiai aktivitásának következményei) felelősek a Szaturnusz E-gyűrűjének kitöltéséért.
Ez a legfrissebb megállapítás azt jelzi, hogy az Enceladus által kibocsátott jeges részecskék egy része a Szaturnuszra is esik, ami szintén hozzájárul a bolygó sötét sávjaihoz. Amint Connerney jelezte:
- Ez nem volt teljes meglepetés. Enceladusot és az E-gyűrűt szintén bőséges vízforrásként azonosítottuk, egy másik keskeny sötét sáv alapján a régi Voyager-képben. ”
A jövőre nézve a csapat szeretné megnézni, hogy a szürkületi esőzések hogyan változnak a szaturnusz szezonális változása következtében. A Szaturnusz keringési periódusa, amely 29,4 év, gyűrűit különböző fokú napfénynek teszi ki. Mivel az ultraibolya sugárzás kitölti a jégszemcséket a gyűrűben, és kölcsönhatásba helyezi őket a Szaturnusz mágneses mezőjével, a változó expozíciós szinteknek közvetlen hatással kell lenniük a gyűrűes eső mennyiségére a légkör felső részén.
Ezek az eredmények, amelyek arra késztetik a tudósokat, hogy újragondolják a Saturn-rendszerrel kapcsolatban korábban megfogalmazott feltételezéseiket, csak a legújabb felfedezés, mely a Cassini küldetés. Annak ellenére, hogy a keringő két évvel ezelőtt befejezte küldetését a Saturn légkörének összetörésével, a visszaküldött adatok továbbra is kihívást jelentenek néhány régebbi elmélethez a Saturnról, miközben mások megerősítik.
Ne felejtsd el nézni a Saturn eltűnő gyűrűinek ezt a animációját, a NASA Goddard Űrközpont jóvoltából:
