Saturns Ringar Kan Vara Lika Gamla Som Själva Solsystemet

17 December 2024 |

Det är svårt att föreställa sig Saturn utan dess magnifika, omfattande och komplicerade ringar. När Cassini-sonden anlände för att studera planeten 2004, gjorde den en nyckfull upptäckt: isbitarna och partiklarna som utgör ringarna var oväntat rena, utan damm som astronomer förväntade sig hitta som en följd av konstant mikrometeoroidbombardemang över miljarder år.

Forskare trodde att det betydde att ringarna inte alltid hade varit där; att de faktiskt var högst 100 till 400 miljoner år gamla. Dinosaurs kunde ha vandrat över jorden med en naken, ringlös Saturn på himlen ovanför dem.

Nu kan du lugna den oroväckande mentala bilden från din hjärna. En ny studie av forskare från Institute of Science Tokyo och det franska National Centre for Scientific Research har visat att Saturns ringar kan vara ändå så gamla – med en smart förklaring till hur isen i dem kan ha förblivit ren som en visselpipa.

”Data från Cassini-rymdsonden tyder på att ringarna kan vara unga eftersom de verkar så rena, och många människor accepterade helt enkelt den slutsatsen. Dock visar vår teoretiska arbete nu att ett rent utseende inte nödvändigtvis betyder att ringarna är unga,” säger planetforskaren Ryuki Hyodo från Institute of Science Tokyo till ScienceAlert.

”Så jag tror att det är en viktig insikt för att vägleda framtida planetutforskningsmissioner; låt dig inte luras av det första intrycket.”

Saturns Ringar Kan Vara Gamla, Med en Hemlig Ungdomskälla

Mån Enceladus inbäddad i Saturns E-ring. Den isiga månen utbrottar med kryovulkanism som förser ringen med ispartiklar. (NASA/JPL/Space Science Institute)

Även om de andra gasjättarna i solsystemet också har ringar, är de inget jämfört med Saturns. Jupiter, Uranus och Neptunus omges alla av tunna, eteriska ringar som knappt syns om man inte använder rätt observatörslängder.

Saturn, å andra sidan, definieras nästan av sina omfattande ringar. Det verkar troligt att ringar kan vara vanliga utanför solsystemet, med tanke på det stora antalet gasjättar-exoplaneter som identifierats – men vi vet inte mycket om ringar som Saturns. Om de är relativt kortlivade och varar bara några hundra miljoner år innan de kollapsar, kan vår erfarenhet av dem ha varit ett fall av att vara på rätt plats vid rätt tidpunkt.

Men om de är längre livade, har det inte bara betydelse för solsystemet; majestätiska planetringar kan rimligen vara något vi kan ta med i gåtfulla observationer av andra stjärnor.

Antagandet om Saturns ringars ungdom baserades på frånvaron av damm från den konstanta bombardemangen av höghastighetsmeteoroider som slår in i isen som utgör ringarna. Hyodo och hans kollegor ville veta om det kunde finnas en annan förklaring till ringarnas unga utseende, så de utförde teoretisk modellering för att se vad som händer när man slår en dammpartikel i hög hastighet in i is i det kalla vakuumet i rymden.

Saturns Ringar Kan Vara Gamla, Med en Hemlig Ungdomskälla

Processen där Saturn kan undvika att smutsa ner sina ringar med mikrometeoroiddamn. (Hyodo et al., Nat. Geosci., 2024)

Små mikrometeoroider, mindre än 100 mikron i storlek, far omkring Saturn, accelererade av Saturns kraftfulla gravitationskraft. Samtidigt kan isbitarna som utgör ringarna vara mycket större, från centimeter till meter i storlek.

När en partikel som färdas med mer än 25 kilometer (cirka 15 miles) per sekund slår in i en isbit, i stället för att förorena isen, orsakar värmen av påverkan att både mikrometeoroiden och en liten yta på isens yta förångas; en del kondenserar till nanopartiklar, resten förblir atomer och molekyler.

Från där, ”laddas nanopartiklarna och atomer och molekyler i plasmaomgivningen runt Saturn; när de är laddade, påverkar Saturns magnetfält banorna hos laddade nanopartiklar och joner,” förklarar Hyodo.

”Slutligen, mikrometeoroidmaterial (mörkningsmaterial för ringar), nu i form av nanopartiklar och joner, antingen slår in i planeten eller flyr in i Saturns atmosfär eller ut i rymden. I slutändan mörknar ringarna knappt av mikrometeoroidpåverkan.”

Om det är så, kan Saturns ringar vara miljarder år gamla. Dessutom kan fenomenet innebära att Saturns ringar kommer att finnas kvar längre in i framtiden än vad vi trodde. Cassini upptäckte stora mängder vatten som faller från Saturns ringar ner på planeten – tillräckligt för att fylla en olympisk bassäng varje halvtimme.

Det observerade fallande materialet tolkades som hastigheten med vilken ringarna förfaller; med så lite som 100 miljoner år innan de är borta utom synhåll. Men Hyodo och hans kollegor fann att ringregn kan vara det förångade vattnet från mikrometeoroidbombardemang.

Saturns Ringar Kan Vara Gamla, Med en Hemlig Ungdomskälla

Den fullständiga uppsättningen av Saturns sju ringar som avbildats av Cassini 2013. (NASA/JPL-Caltech/SSI)

Om Saturns ringar är äldre, är de också lättare att förklara. Solsystemet var mycket mer kaotiskt för miljarder år sedan, vilket ökar chansen för en händelse som en kollision mellan asteroider eller unga planeter som skapade moln av skräp som snurrade runt Saturn och blev dess ringar.

För närvarande är det bara en hypotes – men den skulle säkert reda ut flera pågående frågor om Saturn och dess ringar. Hyodo och hans kollegor arbetar för att utforska sina fynd ytterligare.

”Efter vår studie utför min kollega nu laboratorieexperiment för att simulera mikrometeoroidpåverkan på isiga partiklar. Dessa experiment kan hjälpa till att ytterligare validera våra resultat,” säger han till ScienceAlert.

”Dessutom leder jag vetenskapliga team på flera japanska planetutforskningsmissioner, inklusive en potentiell framtida mission ägnad åt att studera Saturns ringar närmare. En sådan mission skulle tillåta oss att närma oss ringarna på ett mycket närmare avstånd än vad Cassini gjorde, vilket skulle göra det möjligt för oss att observera påverkanshändelser direkt eller samla in indirekta bevis som kan ge mer ljus över ringarnas ålder.”

Forskningen har publicerats i Nature Geoscience.