Cassini, det lille rumfartøj, der kunne, går ud i en fyr. I de næste fire måneder vil den mest sofistikerede sonde, der nogensinde er lavet, danse usikkert mellem Saturn og hendes iskolde ringe og fange spektakulære billeder af denne aldrig-udforskede region. I denne storslåede finale til sin 20-årige rejse vil Cassini henlede opmærksomheden på oprindelsen af det, der allerede er det mest glamorøse - og mystificerende - sæt ringe i solsystemet.
Relateret indhold
- Cassini sender de første billeder tilbage fra dens Saturn Dives
- Bye Bye Cassini, den ihærdige rumfartssonde, der afslørede Saturns hemmeligheder
- Tjek nye billeder af Saturn fra Cassinis seneste bane
For astronomer er det mest vedvarende mysterium om disse ringe deres alder. Selvom længe betragtes som eldgamle, er deres uoverensstemmelser i de senere år drøftet med bevis, der antyder en mere ungdommelig formation. Nu understøtter ny forskning tanken om, at Saturns ringe er milliarder - snarere end millioner - år gamle.
På et tidspunkt i Saturns historie samledes en disk med støv og gas omkring månen sammen i de utrolige ringe, vi ser i dag. Nogle af månerne, der kaster sig ind og ud af disse ringe, kan have dannet sig af det samme materiale, hvilket betyder, at datering af disse måner kunne hjælpe os med nul i Saturns ringe alder. Men ifølge den nye undersøgelse er tre af disse indre måner ældre, end forskere havde antaget - antydede også en ældgamle oprindelse for ringene.
”Det er et meget cool puslespil, fordi alt hænger sammen, ” sagde Edgard Rivera-Valentin ved Arecibo-observatoriet i Puerto Rico. I stedet for at tackle alderen på alle måner og ringe, arbejder Rivera-Valentin langsomt sig gennem udfordringen trin for trin. ”Jeg prøver at skære et stykke ud” af puslespillet, siger han.
I 2016 begyndte Rivera-Valentin at bruge nye computermodeller til at undersøge kollisionshistorien for Saturns måner Iapetus og Rhea, og fandt, at de tidligt var dannet i solsystemets 4, 6 milliarder år lange liv. Hans fund, som han præsenterede på Lunar and Planetary Sciences-konferencen i Texas i marts, understøtter tanken om, at Saturns ringe er ældre, end vi troede.
Ud over at være spændende i deres egen ret, kan Saturns ringe og måner muligvis give antydninger til dem, der jager ringede planeter uden for vores eget solsystem. Indtil videre er der kun identificeret en ringet eksoplanet - hvilket synes underligt i betragtning af at alle fire gasgiganter i vores eget system kan prale af ringe. Hvis Saturns måner og ringe er unge, kan det give en forklaring.
”Hvis Saturns ringe er unge, ville en (hypotetisk) observatør, der kiggede på vores solsystem, ikke have set dem, hvis man så, for eksempel, for en milliard år siden, ” sagde Francis Nimmo, en planetvidenskabsmand, der studerer oprindelsen af iskolde verdener ved University of California i Santa Cruz.
Måske har andre verdener også kortlivede ringe, hvis korte optrædener i den lange linse i rumtiden gør dem vanskelige at få øje på fra Jorden. I dette tilfælde, ligesom en person uden for solsystemet ville have en begrænset mulighed for at spionere ringe rundt Saturn, ville menneskelige observatører være lignende begrænsede i deres evne til at få øje på ringede omgivelser.
Langlivede måner og ringe kunne på den anden side betyde, at sådanne verdener er almindelige og kan gemme sig i synet - enten tabt i årtier med data eller være formildet af teknologiske begrænsninger.
Dette falske farvebillede skabte ved hjælp af radiosignaler sendt fra Cassini tilbage til Jorden gennem Saturns ringe. (NASA / JPL) Gamle ar
Når det gælder beregning af alderen på andre verdener, er forskere stærkt afhængige af kratre. Ved at knytte slagarm til perioder med kraftigt bombardement i solsystemet, kan de groft beregne, hvor gammel overfladen er, hvilket giver en øvre grænse for selve verdenen. Tidligere forskning har antydet, at Saturns ringe og måner kun er 100 millioner år gamle, hvilket gør dem relativt unge i solsystemets liv.
Problemet er, hvordan solsystemet opførte sig i fortiden er genstand for løbende debat. I 2005 opstod en ny teori, der fik Uranus og Neptune til at danse med hinanden og slynge iskolde rester indad mod resten af planeterne. Men ifølge Rivera-Valentins forskning, ville dette regn af materiale (kendt som det sene tunge bombardement) fuldstændigt have ødelagt Saturns yngste måne, Mimas.
Rivera-Valentin besluttede at arbejde på problemet fra den anden ende. Tidligere havde han arbejdet med en studerende for at beregne, hvor meget affald, der smækkede ned i Iapetus, som han siger skulle være den ældste måne under enhver model. Ved at bruge en lignende teknik til at finde ud af, hvor meget materiale arrede en anden måne, Rhea, fandt han, at satellitten blev bombarderet langt mindre end Iapetus.
Det kan skyldes, at mængden af materiale, der rammer månen, var mindre end tidligere beregnet. Eller det kan være fordi Rhea dannede sig meget senere end Iapetus, måske kort efter den sene tunge bombardement, der fandt sted for 3, 9 milliarder år siden. Men baseret på krateroptællinger, betyder Rheas ar, at det ikke kan være så ung som nogle modeller forudsagde.
”Så modellen, der sagde, at de kunne have dannet sig for 100 millioner år siden, jeg kan i det mindste sige nej, det er sandsynligvis ikke tilfældet, ” sagde Rivera-Valentin. Modeller, der antyder Rhea dannet omkring tidspunktet for sent tungt bombardement, arbejder imidlertid alle med månens kraterhistorie. Ved at slå en af understøttelserne til yngre ringe ned, har Rivera-Valentins forskning været med til at opbygge sagen om, at Saturns satellitter har en langt ældre oprindelse.
At vende uret tilbage
Da kraterhistorimetoden er så afhængig af vores forståelse af, hvordan solsystemet udviklede sig, besluttede Nimmo at tage en anden taktik for at forfølge månens aldre. Hans undersøgelser afslørede, at månen skal være mindst et par hundrede millioner år gammel og udelukke modellerne, der satte den til kun 100 millioner år.
”Du kan slags vinde uret tilbage og se, hvor de var på tidligere tidspunkter, ” sagde Nimmo. Tidligere forskning om emnet satte Mimas lige ved siden af Saturn for kun en halv milliard år siden, hvilket antydede, at det kunne have været ung. Imidlertid antog denne forskning, at månerne opførte sig på samme måde i fortiden, som de gør i dag.
På den anden side undersøgte Nimmo, hvordan de kunne have interageret forskelligt, da de var yngre. ”Selvom satellitterne bevæger sig ret hurtigt lige nu, flyttede de ikke ud lige så hurtigt tidligere, og derfor kan satellittene let være 4 milliarder år gamle, ” sagde han.
Nimmo afviklede dynamikken i to af de mere end 60 måner for at finde mere bevis på deres gamle dannelse. I modsætning til tidligere modeller, der spoler månerne tilbage på baggrund af deres baner i dag, redegjorde han for, hvordan Saturn ville have påvirket månerne. Saturn trækker mod månerne, når de går i kredsløb, og månerne trækker mod hinanden. Disse konstante træk opvarmer deres centre, og varmen bevæger sig derefter mod overfladen.
”Det tager tid for den temperatur at udbrede sig udad, fordi varmen kun ledes med en bestemt hastighed, så dette er en tidsskala, som vi kan bruge, ” sagde han.
På Dione har flydende is fyldt nogle af påvirkningsbassinerne. Hvis selve kollisionen havde smeltet isen, ville kraterne have slappet af i overfladen, sagde Nimmo. I stedet skal varmen komme fra det naboindtræk. Han brugte smeltningen som et termometer til at bestemme, at månen er mindst et par hundrede millioner år gammel, skønt den let kunne have eksisteret i 4, 5 milliarder år. Det udelukker modeller, der daterer månen på kun 100 millioner år.
I fremtidige undersøgelser håber Nimmo at undersøge andre måne som Tethys, hvis hurtige bevægelse skulle hjælpe med at indsnævre tiden omkring dens fødsel. Og selvom hans forskning, der bygger på tidligere arbejde udført af Jim Fuller ved California Institute of Technology, giver nogle begrænsninger for satellitternes fødsel, forbliver aldersgabet stort. ”Det vil ikke løse alt, ” sagde han.
Ringede eksoplaneter
Indtil videre er den eneste kendte ringede eksoplanet J1407b, en ung verden, som sportsmonster ringer 200 gange større end Saturns og kunne ligne gasgiganterne i det tidlige solsystem.
”Ideen er, at Saturns ringe engang var så store, ” sagde Matt Kenworthy fra Leiden Observatory, der ledede holdet, der identificerede monsterringene i 2015. Med tiden kan gas og støv have dannet måner, faldet på overfladen, eller været blæst væk af solvinden. At forstå, om månerne og potentielt ringene er gamle, kan hjælpe med at afsløre, hvis Saturn bærer resterne af disse oprindelige ringe.
Hvis Saturns ringe er gamle, skulle det betyde, at de findes omkring andre eksoplaneter. Så hvorfor er der kun identificeret en verden indtil videre? Ifølge Kenworthy skyldes det delvis. At opdage en gasgigant langt nok fra sin sol til at holde fast i iskolde ringe kræver ca. 10 års værdi af data, information der først for nylig er blevet samlet.
”Vi har sandsynligvis snublet over en af mange, der allerede sidder i dataene, og det er bare et spørgsmål om at grave gennem gamle data, ” sagde Kenworthy.
