Tähtitiede

Saturnuksen renkaiden viimeaikainen alkuperä

Saturnuksen renkaiden viimeaikainen alkuperä

Saturnus muodostui noin miljardi vuotta sitten yhdessä Jupiterin kanssa. Sen jälkeen sillä oli tarpeeksi aikaa muodostaa kuu, joka voi hajota renkaiksi.

Miksi sitten sanotaan, että Saturnuksen rengas on äskettäin peräisin - noin muutama miljoona vuotta sitten?


Wikipedia väittää, että Saturnuksen renkaat voivat olla yhtä vanhoja kuin itse Saturnus; NASA sanoo, että he voivat olla vain muutama sata miljoonaa vuotta vanhoja.

Neljäs miljardi vuotta vanha sopii yhteen renkaiden muodostumisen kahdesta teoriasta - että Saturnus pyyhkäisi materiaalia protoplaneettalevyltä. Päivämäärä on järkevä, koska levy ei ole mitenkään kestänyt miljardeja vuosia.

Uudempi päivämäärä tekee sopia yhteen kuun repimän erotetun hypoteesin kanssa, joka on ehkä hallitseva hypoteesi. Hypoteettinen esi-kuu olisi voitu repiä mihin tahansa kohtaan Saturnuksen syntymän ja nykypäivän välillä. "Muutama sata miljoonaa vuotta sitten" sopii kohtuullisen hyvin.

Minun on lisättävä, että kaikilla renkaiden muodostumista ympäröivillä teorioilla on kohtuullisia todisteita niiden hyväksi, vaikka neljän miljardin vuoden teoriassa on melko paljon (katso täällä, täällä ja täällä). Kiitos, Cassini!


Cassinin tulokset pitävät edelleen tutkijoita kiireisenä

Cassini otti tämän Saturnuksen kuvan huhtikuussa 2016 noin 3 miljoonan kilometrin etäisyydeltä. Luotto: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute

Tutkijat, jotka tutkivat Cassinin lähetystyön ja # 8217: n viimeisten kuukausien tietoja, ilmoittivat tällä viikolla Saturnuksen & # 8217: n painovoimakentän ja ulkoilmakehän odottamattomista mittauksista, mikä viittaa siihen, että heidän on ehkä tarkasteltava uudelleen teorioita planeetan renkaista ja magneettikenttiä tuottavista voimista.

Esittäen päivityksen American Astronomical Society & # 8217s Division for Planetary Sciences -kokouksessa Provossa, Utah, tutkijat sanoivat maanantaina, että NASA: n & # 8217s Cassini -avaruusalus tuotti ennalta arvaamattomia tuloksia, kun se silmukoitui toistuvasti Saturnuksen ja sen renkaiden välillä lähes 20 -vuoden tehtävä.

& # 8220 Olemme analysoineet loppukilpailun tietoja, ja siellä on paljon yllätyksiä, & # 8221 sanoi Linda Spilker, Cassini & # 8217s -projektitutkija NASA: lta ja # 8217s Jet Propulsion Laboratory. & # 8220Saturnus, sen renkaat ja niiden välinen alue eivät ole sitä mitä odotimme. & # 8221

Kolmetoista vuotta sen jälkeen, kun se jarrutti kiertoradalle Saturnuksen ympärillä, Cassini teki 22 kulkua planeetan ja sen renkaiden välisen aukon läpi huhtikuun lopun ja 15. syyskuuta välillä. Maapallon ohjaimet ohjaivat tarkoituksella plutoniumilla toimivaa koetinta kohti tuhoavaa sukellusta planeetan vetyatmosfääriin. viime kuukausi.

Tutkijat suunnittelivat Cassinin viimeisen toimen keräämään uusia Saturnuksen & # 8217: n ilmakehän mittauksia ja keräämään tietoa planeetan painovoimasta ja magneettikentistä, joiden heidän odotettiin antavan oivalluksia Saturnuksen sisäisestä rakenteesta, mukaan lukien sen koko ja luonne. ydin.

Lontoon Imperial College -tutkija Michele Dougherty sanoi, että Cassini & # 8217s -laitteet auttoivat tarkentamaan arvioita Saturnuksen ja # 8217s -magneettikentän kallistumisesta, paljastaen sen olevan tiiviisti planeetan pyörimisakselin kanssa.

Todellinen yllätys on osoittautumassa tosiasiaksi, että planeetan pyörimisakselin ja dipoli-akselin välinen kallistus on todella pieni, & # 8221 Dougherty sanoi.

Tutkijat tiesivät, että pyörimis- ja magneettikentän akselit olivat tiukassa linjassa ennustamalla ennen Cassinin ja # 8217: n uusimpia mittauksia, että ne erotettiin toisistaan ​​alle 0,6 astetta. Nyt he arvioivat kallistuksen olevan alle 0,06 astetta.

Maapallon ja Jupiterin magneettikenttiä tuottavat planeettojen syvällä olevat dynamot, joissa nesteen johtaminen raskaassa paineessa tuottaa sähkövirtaa, mikä auttaa levittämään kenttää, joka ulottuu planeettojen ja # 8217 ilmakehän ulkopuolelle, luoden magneettikuplan, joka on vastuussa aurorojen tuottamisesta ja suojautumiselta aurinko- ja kosminen säteily.

Tässä kuvassa näkyy Saturnuksen sisätilat, mukaan lukien sen raskas alkuaineet (oranssi), nestemäinen metallinen vetykerros (harmaa) ja kaasumainen molekyylivetykuori (ruskea). Planeetan magneettikentän uskotaan olevan peräisin metallisen vetykerroksen yläosasta. Luotto: NASA / JPL-Caltech

Earth- ja 8217-dynamo käyttää nestemäistä rautaa magneettikentän tuottamiseen. Kaasujättien, kuten Jupiterin ja Saturnuksen, dynamojen uskotaan luottavan vetyyn, joka on puristettu usean miljoonan ilmakehän voimalla ja irrotettu elektroniltaan, mikä saa sen käyttäytymään metallina.

Maapallon sisäisten dynamojen ja Jupiterin tavanomainen ajattelu viittaavat siihen, että ne vaativat kallistusta pyörimis- ja magneettikentän akselien välillä. Earth & # 8217s -dipoli on suunnattu noin 11,5 astetta pyörimisakselistaan, ja Jupiter & # 8217s eroaa noin 10 astetta.

Matemaattiset mallit osoittavat, että planeetan magneettikenttä kuihtuisi, jos akselit kohdistuisivat, kuolevat noin 100 miljoonan vuoden kuluessa sen sijaan, että ne pysyisivät aurinkokunnan & # 8217: n 4,5 miljardin vuoden historian läpi.

& # 8220Se, että emme ole vielä pystyneet mittaamaan tätä kallistusta, & # 8212 tiedämme, että se on todella pieni & # 8212 viittaa siihen, että Saturnuksen sisällä tapahtuu paljon kehittyneempää dynamiikkaa kuin luulimme , & # 8221 Dougherty sanoi.

Kun he ovat suorittaneet etsintätyönsä, Dougherty sanoi, että tutkijoilla on parempi käsitys Saturnuksen ytimen koosta ja magneettikentän lähteestä.

& # 8220Ymmärrän, että muutamme mielemme planeettadynamoista, & # 8221 hän sanoi.

Cassinin magneettikentän mittaukset operaation ja # 8217: n suuren finaalin kiertoradalla olivat neljä kertaa herkempiä kuin aiemmin, Dougherty sanoi.

& # 8220Menemällä renkaiden sisään & # 8230 olimme poissa renkaiden tuottamista virtauksista ja # 8212 -virroista, jotka syntyvät Saturnuksen ympäristössä & # 8212 (ja) se antaa meille mahdollisuuden keskittyä signaaliin, joka tulee sisustus. & # 8221

Tiedot auttavat myös tutkijoita selvittämään planeetan sisäosan pyörimisnopeuden ja kertomaan heille päivän tarkan pituuden Saturnuksessa. Paras arvio viittasi siihen, että Saturnuksen päivä kestää noin 10,8 tuntia.

Cassini & # 8217s -ioni- ja neutraali massaspektrometri näytteistivät Saturnuksen & # 8217s -ilmapiiriä avaruusaluksen tynnyrissä renkaiden sisällä. Ilmakehän epävakaat ulommat kerrokset ulottuvat melkein renkaisiin asti, ja Cassini löysi molekyylejä, jotka satoivat renkaista Saturnukseen.

Tämä luonnonvärikomposiitti on yksi korkeimmista resoluutioista värikuvista Saturnuksen & # 8217s -renkaiden osasta, joka näyttää osan planeetan sisä-keskiosasta ja # 8217s B-rengasta. Cassini & # 8217s -kulmakamera otti kuvia tämän komposiitin tuottamiseksi 6. heinäkuuta 2017. Luotto: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute

Tutkijoiden odotettiin löytävän todisteita renkaan materiaalista Cassinin ensimmäisistä suorista ilmamittauksista, mutta avaruusalus havaitsi yllättävän korkeat metaanipitoisuudet.

He ennustivat suurimman osan molekyyleistä olevan vettä, koska se muodostaa suurimman osan renkaissa olevista hiukkasista.

Metaanin ei pitäisi pysyä Saturnuksen & # 8217s -renkaissa tai planeetan ulkoilmapiirissä, sanoi ionitekniikan ja neutraalin massaspektrometriryhmän apututkija Mark Perry.

& # 8220Se, mitä me näemme, ovat renkaista peräisin olevia asioita, ja metaani on erittäin haihtuvaa, & # 8221 Perry sanoi. Vaikka se olisikin renkaissa, sen ei pitäisi kestää kovin kauan, eikä yksikään malleista & # 8212 mikään analyyseistä & # 8212 ennustaa metaania, puhumattakaan tästä runsaudesta. & # 8221

Cassini löysi myös odotetut vesimolekyylit ulkoilmakehästä, mutta metaani oli yllätys.

Luulemme, että vesi on siellä, & # 8221 Perry sanoi. & # 8220Mitä emme voi selittää, miksi se ei ole paljon muuta kuin mitään muuta. Se on hämmentävä osa. & # 8221

Cassinin kapean kulman kuvakamera sai lähikuvat Saturnuksen ja # 8217s -renkaiden sisällä olevista monimutkaisista rakenteista tehtävän viimeisten kuukausien aikana. Yksi uusi mosaiikki, jonka Cassini tallensi toukokuussa, osoittaa Saturnuksen sumuisten raajojen takaa nousevat renkaat, renkaiden ja # 8217 varjojen kanssa planeetalla ja # 8217: n ilmakehässä.

Ennen kuin Cassini putosi Saturnuksen & # 8217 -renkaan läpi, hän oli radalla, joka laidunteli renkaiden ulkoreunaa jokaisella kiertoradalla.

Avaruusalus otti kuvia ominaisuuksista, joita kutsuttiin potkureiksi ja # 8212 herätyksiksi, joita loivat pienet kuut, jotka muuten olisivat jääneet huomaamatta. Saturnuksen & # 8217s -renkaisiin upotetut kuutiset jättävät erottavan merkin, joka häiritsee lähellä olevia hiukkasia, kun ne purjehtivat ympäri maapalloa.

Nämä ovat tärkeitä, koska tämä on ikkuna planeettojen muodostumisprosesseihin, & # 8221 sanoi Matthew Tiscareno SETI-instituutista. & # 8220Sitä, mitä tapahtuu suurten aurinkokuntien muodostuessa, on se, että alat saada planeetan siementä, mutta se upotetaan levylle. Joten levy vaikuttaa upotettuun massaan, mutta upotettu massa vaikuttaa myös levyyn, ja haluamme tietää enemmän siitä, mitä tapahtuu molempiin suuntiin, ja potkurit antavat meille ikkunan siihen. & # 8221

Tämä NASA: n & # 8217s Cassini -avaruusaluksen näkymä näyttää Cassinin & # 8217: n parhaan kuvan potkuritoiminnosta, joka tunnetaan epävirallisesti nimellä Bleriot. Potkuri on nimetty ranskalaisen insinöörin ja lentäjän Louis Bleriotin mukaan, joka vuonna 1909 lensi ensimmäisenä Englannin kanaalin yli. Luotto: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute

Tiscareno kertoi, että tutkijat tunnistivat potkurit, joissa oli kaksi luokkaa kuutioita & # 8212, jotkut kooltaan muutama sata metriä ja toiset noin kilometrin poikki.

Yksi Cassini & # 8217s -finaalin ensisijaisista tavoitteista oli määrittää Saturnus & # 8217s -renkaiden massa, ikä ja alkuperä.

Cassini & # 8217s -asento lähellä Saturnusta viime kuukausien aikana antoi koetin & # 8217s -laitteille mahdollisuuden selvittää ero planeetan painovoiman ja renkaiden välillä.

Jos renkaat ovat massiivisempia, tutkijoiden mielestä ne voivat olla vanhoja, ehkä yhtä vanhoja kuin itse Saturnus. Tulos, joka osoittaa vähemmän massiivisia renkaita, viittaisi uudempaan alkuperään, ehkä kun kuu tai komeetta pääsi liian lähelle Saturnusta ja repäisi.

Alkuperäisten tulosten mukaan renkaat ovat hiukan odotettua vähemmän massiivisia, Spilker sanoi, mutta mittauksissa on edelleen epävarmuutta. Tutkijoiden on silti laskettava Saturnuksen & # 8217: n painovoimakentän voimakkuus Cassinista linkitettyjen tietojen perusteella ja poistettava ilmakehän vastuksen vaikutus mittauksista.

& # 8220Kun olemme ratkaissut Saturnuksen ja # 8217: n painovoimakentän, meillä on parempi käsitys kuin renkaiden massalla, & # 8221 Spilker sanoi.

Uusi Cassinin tietoihin perustuva tutkimus osoittaa, että useiden Saturnuksen & # 8217 -kuiden painovoima vetää yhdessä pitämään Saturnuksen & # 8217s-renkaat leviämästä ja katoamasta.

Tutkijat ajattelivat, että Janus-pieni kuu piti renkaat yksin, mutta Saturnuksen ja # 8217-kuun massojen mittaukset ja yksityiskohtaiset kuvat renkaiden aalloista johtoivat johtopäätökseen, että seitsemän kuuta & # 8212 Pan, Atlas, Prometheus, Pandora , Janus, Epimetheus ja Mimas & # 8212 työskentelevät yhdessä pitääkseen A-ulkorenkaan ulottumasta kauemmas Saturnuksesta.

Radwan Tajeddine Cornellin yliopistosta johti tutkimusta, jossa tutkittiin Saturnuksen & # 8217 -kuiden ja -renkaiden suhdetta.

Jos nämä kuut eivät toimisi yhdessä, niin A-rengas olisi levinnyt satojen miljoonien vuosien ajan ja A-rengas olisi kadonnut, & # 8221 Spilker sanoi.

Samaan aikaan insinöörit ovat arvioineet, kuinka Cassini-avaruusalus käyttäytyi viimeisillä hetkillään, kun se syöksyi Saturnuksen ilmapiiriin.

Taiteilijan käsite Cassini-avaruusaluksesta, joka saapuu Saturnuksen ilmapiiriin. Luotto: NASA / JPL-Caltech

20 vuotta sitten tällä viikolla lanseerattu Cassini matkusti Saturnuksen ja # 8217: n ilmakehän harvinaisimpien ulkokerrosten läpi, kun se palasi viimeisimmät tiedot maahan, kiihtyen kaasun läpi suunnilleen samalla tiheydellä kuin mitä Kansainvälinen avaruusasema havaitsi noustessaan 250 mailin (400 kilometriä) maanpinnan yläpuolella, NASA: n lehdistötiedotteen mukaan.

Mutta Cassini liikkui neljä ja puoli kertaa nopeammin kuin avaruusasema, moninkertaistamalla aerodynaamiset voimat, virkamiehet sanoivat.

Cassini kohtasi Saturnuksen & # 8217s -ilmapiirin saavuttuaan pisteeseen, joka oli noin 1200 mailia (3600 kilometriä) pilvipintojen yläpuolella. Ilmakehän hiukkaset alkoivat työntää Cassini & # 8217s 36-jalkaa (11-metriä) magnetometripuomia.

NASA: n mukaan avaruusalus ampui potkureita vaimentamaan pyörimistään käyttämällä suihkukoneitaan pidempään ja useammin pulsseihin, kun se putosi syvemmälle ilmakehään.

& # 8220 Potkuriensa laukaistuessa melkein jatkuvasti, avaruusalus pysyi omana 91 sekuntia vastaan ​​Saturnuksen & # 8217s -ilmapiiriä ja # 8212 -potkuria saavuttaen 100 prosenttia kapasiteetistaan ​​noin 20 viimeisen sekunnin aikana ennen signaalin katoamista, & # 8221 virkamiehet kirjoitti lehdistötiedotteessa. Viimeiset kahdeksan sekunnin tiedot osoittavat, että Cassini alkoi kaatua hitaasti taaksepäin. & # 8221

Insinöörit ohjelmoivat Cassinin lähettämään tiedetietoja ja telemetriaa reaaliajassa viimeisinä hetkinä sen sijaan, että tallentaisivat tietoja tallentimiin myöhempää toistoa varten.

Maan antennien seuranta menetti lukituksen Cassini & # 8217s -antenninmuotoisella antennilla, kun avaruusalus kääntyi pois. Radiokantosignaali jatkoi virtaamista koettimesta vielä 24 sekuntia, sitten se hiljeni.

Koska Cassini ei ollut suunniteltu lentämään planeetan ilmakehään, on huomattavaa, että avaruusalus pysyi kiinni niin kauan kuin se antoi tieteen instrumenttiensa lähettää tietoja viimeiseen sekuntiin, & # 8221 sanoi Earl Maize , Cassini-projektipäällikkö JPL: llä. & # 8220Se oli vankasti rakennettu vene, ja se teki kaiken mitä pyysimme. & # 8221

Seuraa Stephen Clarkia Twitterissä: @ StephenClark1.


Mistä Saturnuksen ja # 8217: n renkaat ovat peräisin?

Tohtori Kevin Grazier oli planeettatieteilijä Cassini-tehtävässä yli 15 vuoden ajan ja tutki Saturnusta ja sen jäisiä renkaita. Hän oli myös tieteellinen neuvonantaja Battlestar Galacticalle, Eurekalle ja elokuvalle Gravity.

Mike Brown on planeettatähtitieteiden professori Caltechissa. Hän tunnetaan parhaiten miehenä, joka tappoi Pluton, kiitos joukkueensa löytämän Eriksen ja muut Kuiperin vyöobjektit.

Kysyimme heiltä äskettäin monista asioista & # 8211 täällä & # 8217s, mitä he jakoivat meille Saturnuksen renkaista.

Saturnuksen majesteettiset, ikoniset renkaat määrittelevät planeetan, mutta mistä ne ovat peräisin?

Kevin Grazier: "Saturnuksen renkaat, hyvä kysymys. Ja vastaus on erilainen riippuen siitä, mistä renkaasta keskustelemme. "

Tämä on tri Kevin Grazier, planeettatieteilijä, joka työskenteli NASAn Cassini-tehtävässä tai yli 15 vuotta ja opiskeli Saturnuksen renkaita laajasti.

Mike Brown: “Saturnus & # 8217s renkaat & # 8211 Saturnuksen & # 8217s renkaiden outoja asioita on, että heidän ei pitäisi olla oikeastaan ​​siinä mielessä, että ne eivät kestä kovin kauan. Joten jos ne ovat vain jäljellä Saturnuksen muodostumisajankohdasta, he ovat jo poissa. He työskentelevät hitaasti Saturnukseen ja palavat ja ovat poissa. Ja silti he ovat siellä. Joten ne ovat joko suhteellisen uusia tai jotenkin jatkuvasti uudistuneita. & # 8216Jatkuvasti uudistunut & # 8217 näyttää oudolta ja & # 8216suhteellisen uudelta & # 8217 näyttää myös omituiselta. Jotain hajosi & # 8211 iso kuu hajosi tai komeetta hajosi & # 8211 jotain oli tapahtunut suhteellisen äskettäin. Ja suhteellisen äskettäin se tarkoittaa satoja miljoonia vuosia sitten kaltaiselleni. "

Ja se on Mike Brown, Caltechin planeettageologian professori, joka tutkii monia aurinkokunnan jäisiä esineitä.

Saturnus ja sen renkaat, katsottuna planeetan yläpuolelta Cassini-avaruusaluksella. Luotto: NASA / JPL / Space Science Institute. Kokoonnut Gordan Ugarkovic.

Saturnuksen renkaat alkavat vain 7000 km planeetan pinnan yläpuolelta ja ulottuvat 80 000 km: n korkeuteen. Mutta ne ovat gossamer-ohuita, vain 10 km toisinaan.

Tunnemme Saturnuksen renkaat vuodesta 1610, jolloin Galileo käänsi ensimmäisenä kaukoputken niiden päälle. Päätöslauselma oli alkeellinen, ja hän ajatteli näkevänsä Saturnukseen kiinnitettyjä "kahvat" tai kenties suuria kuita kummallakin puolella.

Vuonna 1659 hollantilainen tähtitieteilijä Christiaan Huygens sai paremman teleskoopin avulla selville, että nämä "kahvat" olivat itse asiassa renkaita. Ja lopulta 1670-luvulla italialainen tähtitieteilijä Giovanni Cassini pystyi ratkaisemaan renkaat yksityiskohtaisemmin, jopa havainnut renkaiden suurimman aukon.

Giovanni-niminen Cassini-tehtävä on ollut Saturnuksen kanssa melkein vuosikymmenen ajan, joten voimme katsella renkaita uskomattoman yksityiskohtaisesti. Saturnuksen renkaiden alkuperän ja evoluution määrittäminen on ollut yksi sen tavoitteista.

Saturnus ja # 8217s soi. Luotto: NASA / JPL / Space Science Institute.

Toistaiseksi väite jatkuu:

Kevin Grazier: “On ikivanha keskustelu siitä, ovatko renkaat vanhoja vai uusia. Ja se menee edestakaisin & # 8211 se on mennyt edestakaisin ikään ja se menee edelleen edestakaisin. Ovatko he vanhoja vai ovatko he olleet siellä pitkään? Ovatko ne uusia? En tiedä mitä ajatella, ollakseni rehellinen. En ole toiveikas, en vain tiedä enää mitä ajatella. "

NASAn Voyager-avaruusaluksen todisteet osoittivat, että Saturnuksen renkaiden materiaali oli nuorta. Ehkä komeetta hajosi yhden Saturnuksen kuista muutaman sadan miljoonan vuoden aikana luoden nykyiset renkaat. Jos näin oli, niin uskomatonta onnea, että olemme täällä nähdäksesi renkaat nykyisessä muodossaan.

Mutta kun Cassini saapui, se osoitti todisteita siitä, että Saturnuksen renkaita päivitetään, mikä voisi selittää, miksi ne näyttävät niin nuorilta. Ehkä he ovat kuitenkin muinaisia.

Kevin Grazier: "Jos Saturnuksen renkaat ovat vanhoja, kuu olisi voinut päästä liian lähelle Saturnusta ja vetää irti vuorovesi stressistä. Olisi voinut tapahtua kuiden törmäys. Se olisi voinut kulkea lähellä olevan kohteen ohi, koska planeettojen muodostumisen alkuaikoina Saturnuksen ohi oli paljon esineitä. Saturnuksella oli todennäköisesti alkuaikoina materiaali, joka oli löyhästi sidottu kuuhun. "

Enceladus, Saturnuksen & # 8217s -renkaiden taakse pudottama. Luotto: NASA / JPL / Space Science Institute.

On yksi rengas, jonka tiedämme varmasti päivittyvän & # 8230

Kevin Grazier: ”E-rengas, varmasti uusi rengas, koska E-rengas koostuu karkeasti mikronikokoisista jäähiukkasista. Ja mikronikokoiset jäähiukkaset eivät kestä avaruudessa. He pilkkaavat ja sublimoivat & # 8211 ne menevät pois hyvin lyhyinä ajanjaksoina, ja me tiesimme sen. Joten kun menimme Saturnukseen Cassinin kanssa, tiesimme etsiä materiaalilähdettä, koska tiesimme, että E-renkaan yksittäiset komponentit eivät kestä, joten sitä on täydennettävä. E-rengas on siis erillään vakiintuneesta järjestelmästä, ja E-rengas on aivan uusi. "

Vuonna 2005 tiedemies havaitsi, että Saturnuksen E-rengasta täydennetään jatkuvasti kuulla Enceladuksella. Kriovulkaanit juoksevat vesijäätä avaruuteen etelänavansa olevista halkeamista.

Joten mistä Saturnuksen renkaat ovat peräisin? Emme tiedä. Ovatko uudet vai vanhat? Emme tiedä. Se on vain yksi suuri aurinkokunnan mysteeri.


Nautitko blogistamme?

Katso Avaruus & amp; Box Box: avaruusaiheinen tilauslaatikkomme!

Saturnuksen upea rengasjärjestelmä näyttää uskomattoman yksityiskohtaiselta tässä Cassini-avaruusaluksen luomassa kuvassa. Sormukset käsittävät hiukkasia pienistä kooista aina suuriin lohkareisiin, joiden poikki on metriä. Kuva: NASA / JPL

Mistä Saturnuksen renkaat on valmistettu?

Huhtikuussa 2006 Cassinin havainnot valaisivat, mistä Saturnuksen renkaat koostuvat. Oudosti muotoillut aukot joissakin renkaissa viittaavat vaikeasti saavutettavissa oleviin kuutioihin ja tukevat käsitystä, että renkaat käsittävät lukemattomia tuhansia likaisen vesijään hiukkasia, jotka vaihtelevat mikronista metriin jään kuusta, joka hajosi eoneja sitten väkivaltaisen väkivallan seurauksena. törmäys. Skenaario voi olla, että muutama sata miljoonaa vuotta sitten komeetta tai asteroidi törmäsi jäiseen kuuhun hajottaen sen palasiksi. Saturnuksen titaaninen painovoima tasoitti palat tasoitetuksi levyksi ympäri planeettaa.

Cassinin keräämät tiedot viittaavat siihen, että Saturnuksen renkaat ovat vain 150-300 miljoonaa vuotta vanhoja. Vaikka nämä tulokset eivät ole aivan vakuuttavia, satojen vuosien jälkeen tämän planeetan salaperäisten renkaiden alkuperä on vihdoin tullut keskipisteeseen.


NASA Saturn DISCOVERY: Viimeisimmät Cassinin tulokset paljastavat Saturnuksen renkaiden uskomattoman yksityiskohtaiset yksityiskohdat

Linkki kopioitu

NASA kaataa avaruusaluksen Cassinin Saturnukseen

Kun tilaat, käytämme antamiasi tietoja näiden uutiskirjeiden lähettämiseen. Joskus ne sisältävät suosituksia muille aiheeseen liittyville uutiskirjeille tai tarjoamillemme palveluille. Tietosuojailmoituksessamme kerrotaan enemmän siitä, miten käytämme tietojasi ja oikeuksitasi. Voit peruuttaa tilauksen milloin tahansa.

NASA & rsquos Cassini -avaruusalus törmäsi mahtavasti rengastetulle jättiläiselle Saturnukselle 15. syyskuuta 2017 20 vuoden avaruudessa olon jälkeen. Ja vielä kaksi vuotta myöhemmin tähtitieteilijät tekevät edelleen uraauurtavia löytöjä Cassinin ja rsquosin aarteessa kerättyjä tietoja. Tänään (13. kesäkuuta) joukko kansainvälisiä tutkijoita, mukaan lukien tutkijat Isossa-Britanniassa, ovat paljastaneet viimeisimmät erät uskomattomista Cassinin havainnoista. Tulokset esittävät kaikkien aikojen lähimmän näkymän Saturnus- ja rsquos-renkaista ja osoittavat, että NASA & rsquos Cassini -koettimella on vielä paljon tarjottavaa tieteelle.

Aiheeseen liittyvät artikkelit

Tänään julkaistut Cassini-Huygens-tiedot kerättiin joulukuussa 2016 - huhtikuussa 2017 tehdyissä ns. Ring Grazing Orbits -tapahtumissa ja Cassini & rsquos -saturnus- ja rsquos-pilvien lopullisessa lennossa huhtikuusta syyskuuhun 2017.

Tulokset osoittavat, kuinka epätavalliset massojen, muotojen ja tekstuurien yhdistelmät piileskelevät Saturnus & rsquos -renkaissa ja vaikuttavat niiden muotoiluun.

Lähikuvat ja rengaskartat paljastavat edelleen, kuinka koostumus, kemia ja lämpötilat vaihtelevat renkaiden välillä.

Tutkimus on myös havainnut, kuinka pienet kuut, jotka ovat pippuroitu koko Saturnuksen & rsquos-renkaissa, ja kaikki A-, G- ja ndash-nimiset veistävät muodonsa.

Tällä löydöllä voi olla laaja merkitys ymmärtämiselle, kuinka varhainen aurinkokuntamme muodostui.

NASA Saturnus: Cassinin avaruuskoetin on tehnyt uskomattomia tarkkoja havaintoja Saturnuksen renkaista (Kuva: NASA)

NASA Saturnus: Cassini-koetin romahti kohti Saturnusta syyskuussa 2017 (Kuva: NASA / JPL-Caltech / Arizonan yliopisto / CNRS / LPG-Nantes)

Kalifornian SETI-instituutin tutkimuksen ja tutkimuksen johtava tutkija Matt Tiscareno sanoi: & ldquo Nämä uudet yksityiskohdat siitä, miten kuut veistävät renkaita eri tavoin, tarjoavat ikkunan aurinkokunnan muodostumiseen, jossa myös levyt kehittyvät niihin upotetut massat. & rdquo

Ja professori Carl Murray Lontoon kuningatar Mary -yliopistosta, joka kirjoitti tutkimuksen, sanoi: & ldquoNämä uudet tulokset osoittavat, kuinka Cassini jatkoi yllättämistä meihin loppuun asti.

Lähikuvat ovat auttaneet meitä ratkaisemaan renkaissa aiemmin näkymättömät rakenteet ja antaneet vielä enemmän salaisuuksia ratkaistavaksi. & rdquo

Cassinin tutkimuksen kirjoitti tutkijaryhmä, johon kuului professori Murray ja Queen Mary -kollegan tohtori Nick Cooper.

Aiheeseen liittyvät artikkelit

Tähtitieteilijät & rsquo -tutkimuksen rahoitti ja tuki Science and Technology Facility Council (STFC) täällä Isossa-Britanniassa.

Uudet tulokset osoittavat, kuinka Cassini yllätteli meitä aina loppuun asti

Carl Murray, Lontoon kuningatar Marian yliopisto

Tutkimuksessa tutkijat huomasivat, että Saturnus- ja rsquos-kuut ovat vuorovaikutuksessa niitä ympäröivien hiukkasten kanssa samalla tavalla kuin uusi planeetta tekisi.

Tutkimuksessa on myös ehdotettu useita juovia Saturnuksen & rsquos-renkaiden ulkoreunaan, kun Saturnuksen kiertävien kivien joukko iski samanaikaisesti.

Professori Murray sanoi: & ldquoSaturn & rsquos F-rengas on aina ollut arvoituksellinen omituisella, vääntyneellä ulkonäöltään ja hämmästyttävällä joukollaan ominaisuuksia.

& ldquo Kuvien ottaminen poluista, jotka on jättänyt synkronoidun iskulaitteiden virran osuessaan rengas- ja rsquos-ytimeen, on antanut meille ainutlaatuisen käsityksen renkaan muokkaaneista prosesseista.

NASA Saturnus: Jättiläisen rengaspalettia kiertää yli 50 kuuta (Kuva: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)

NASA Saturnus: Läheiset näkymät paljastavat Saturnuksen renkaiden sisällä parittomien muotojen ja tekstuurien maailman (Kuva: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)

Luulemme, että & lsquoformation lentävät & rsquo-iskulaitteet ovat kuukautiskappaleen kappaleita, jotka kiertelivät lähellä F-rengasta ja häiritsivät läheisen kuun, Prometheuksen, painovoiman vaikutusta kulkiessaan toisensa läpi.

& ldquoTutkimuksemme Queen Marylla on osoittanut, että Prometheus voisi myös olla mukana sellaisten kuutioiden muodostumisessa, kun Prometheus ohittaa sen painovoiman ohi, mikä voi laukaista rengashiukkaset yhdistymään muodostaen mahdollisia uusia esineitä. Siksi Prometheus voi luoda sekä tuhota. & Rdquo

NASA & rsquos Cassini -sondi aloitti avaruuteen vuonna 1997 uskomattomalla matkalla tutkia Saturnusta, sen renkaita ja kuita.

Cassini otti viimeisen syöksyn kohti planeettaa syyskuussa 2017, pudoten kohti Saturnuksen pintaa viimeisessä loistavassa näytelmässä.


Saturnuksen rengaskuun muodostuminen on selitetty

Kuiden nimet ja keskimääräiset halkaisijat on merkitty sisäkkeisiin. Mimaksen, Enceladuksen ja Tethysin tiedot on myös piirretty vertailua varten. Pystysuuntainen katkoviiva näyttää Saturnuksen A-renkaan ulkoreunan sijainnin 136 750 & # 8201 km kohdalla, ja pystysuora katkoviivaviiva osoittaa F-renkaan sijainnin (a

1 000 km leveä rengas Prometheuksen ja Pandoran välissä). Siniset ja punaiset viivat osoittavat yksinkertaisia ​​logaritmisia sovituksia pienkuiden ja vastaavasti pääkuiden massaetäisyystietoihin. Kuvia Cassinin tehtävästä (NASA / JPL / SSI, Nature, doi: 10.1038 / nature09096).

(PhysOrg.com) - Cassini-avaruusaluksen operaation keräämiin tietoihin perustuvat uudet tietokonesimulaatiot viittaavat siihen, että viisi Saturnuksen kuusta on saattanut muodostua vasta 10 miljoonaa vuotta sitten, ja Ranskan ja Englannin tutkijoiden mielestä uusia kuita voisi vielä muodostua, koska prosessit renkaan kuut luoneet ovat edelleen aktiivisia.

Tähän asti suurin osa tutkijoista uskoi, että pienet rengaskuudet, Atlas, Janus, Pandora, Prometheus ja Epimetheus, jotka kiertelevät planeettaa juuri planeetan renkaiden sisällä tai ulkopuolella, muodostuivat aurinkokunnan alussa noin 4,5 miljardia vuotta sitten ja ne vangittiin. Saturnuksen painovoima. Yksi tämän teorian ongelmista on, että komeettojen olisi pitänyt tuhota pienet kuutiset, joista osa on alle 50 kilometriä.

Jos rengaskuunat olivat muodostuneet aurinkokunnan alkuun, niiden pitäisi olla tiheydeltään samanlaisia ​​kuin asteroidit, mutta Cassinin keräämät tiedot osoittavat, että kuiden tiheys on alle yksi gramma kuutiosenttimetriä kohti, mikä on paljon vähemmän kuin asteroidikivi . Tämä viittaa siihen, etteivät ne tiivistyneet lainkaan alkuperäisestä pöly- ja kaasulevystä.

Yksi kuunmuodostuksen teoria oli, että ne muodostuivat renkaiden murskaamasta materiaalista, mutta toistaiseksi kukaan ei ollut pystynyt kehittämään tietokonesimulaatiota, joka voisi jäljitellä tällaista prosessia, koska valtava määrä tietoja olisi mukana. numeerinen malli, jonka on yleensä aloitettava aurinkokunnan alusta ja seurattava kunkin kuun kiertorataa sen jälkeen.

Nyt Universit & eacute Paris Diderot'n tutkijat Pariisissa Ranskassa ja Cambridgen yliopistossa Isossa-Britanniassa ovat luoneet yksinkertaistetun mallin, joka pienensi renkaan yhdeksi ulottuvuudeksi. He testasivat mallia oman Kuun muodostumista vastaan ​​ja levittivät sen sitten Saturnukseen. Malli osoittaa, että 15 000 km leveä päärengas, joka sijaitsee 120 000 km: n päässä planeetan keskustasta, syöttäisi materiaalia tyhjälle alueelle sen takana, missä se voisi kasautua.

Saturnuksen renkaat koostuvat jääkiteistä ja pienistä pölyhiukkasista, ja ne ovat aivan Rochen rajan ulkopuolella, mikä on vähimmäisetäisyys, jolla esine, kuten kuu, voi lähestyä planeettaa ilman, että planeetan painovoima pilaa sen. Aivan Roche-rajan ulkopuolella tutkijoiden tietokonesimulaatiot osoittavat, että jäinen rengasmateriaali voi kasaantua muodostamaan kokkareita, jotka puolestaan ​​voivat aggregaatiksi muodostaa suurempia kokkareita, jotka alkavat joutua oman painovoimansa alle ja muodostaa pieniä kuutioita ja sitten pieniä kuita. Kuiden kasvaessa Saturnuksen painovoimainen "vuorovesi" työntäisi ne sitten ulospäin.

Astrofyysikko S & eacutebastien Charnoz selitti, että simulaation edetessä aggregaatit sulautuivat muodostamaan yhä suurempia esineitä, jotka huipentuivat pieniin kuuhun, aivan kuten rengaskuut. Malli selittää siististi, miksi suurin osa kuista on kauimpana planeetasta ja miksi kuut ovat "F-renkaassa", pölyisessä renkaassa A-renkaan ulkopuolella. Tietokonemallit viittaavat siihen, että F-rengas syntyi, kun pienet kuut ja kuutiset törmäsivät toisiinsa.

Charnoz sanoi, että simulaatio viittaa siihen, että kaikki aurinkokunnan elimet eivät muodostuneet yli neljä miljardia vuotta sitten, ja kuutiset ovat voineet muodostua vasta 10 miljoonaa vuotta sitten. On myös täysin mahdollista, että uusia kuita on muodostumassa tänään, koska kasvuprosessi on edelleen käynnissä.

Tulokset on raportoitu tämän viikon lehden numerossa Luonto.


Viimeisin todiste siitä, että Saturnus ja sen renkaat ovat nuoria

Uuden sarjan post-Cassini -lehden on käsiteltävä havainnointitietoja: Saturnus ja sen renkaat eivät voi kestää miljardeja vuosia.

Science Magazine lisäsi juuri kasvavaa Cassinin jälkeistä kirjallisuutta, jossa analysoitiin legendaarisen Saturnuksen kiertoradan keräämää 13 vuoden & # 8217 arvoista dataa. Viimeisten 22 ja # 8220 korkean sukelluksen ja # 8221 kiertoradan aikana vuonna 2017 Cassinillä oli ennennäkemättömät mahdollisuudet maistella renkaiden ja planeetan välistä tilaa. Tässä on joitain yllättäviä havaintoja.

Hsu et ai, & # 8220In situ -kokoelma Saturnuksen renkaista ilmakehään putoavia pölyjyviä & # 8221 (Tiede). Kosmisen pölyanalysaattorin (CDA) havaitsema nanohiukkasten & # 8220ring sade asettaa renkaille 400 miljoonan vuoden ylärajan.

Mitchell et ai, & # 8220Pölyjyvät putoavat Saturnuksen D-renkaasta sen päiväntasaajan yläilmakehään & # 8221 (Tiede). Ilmakehän vastus poistaa pölyä D-renkaasta analogisesti & # 8220sahanpurun kanssa, joka tulee ulos pyörösahasta, kun se leikkaa puuta. & # 8221 He uskovat prosessin & # 8220, että rooli hidastaa pölyn putoamista ilmakehän läpi, & # 8221 mutta sahanpuru ei yleensä muutu takaisin puuksi.

Waite et ai, & # 8220 Kemialliset vuorovaikutukset Saturnuksen ilmakehän ja sen renkaiden välillä & # 8221 (Tiede). Tämä paperi, jonka mukana on kirjailija Jeff Cuzzi, valmentaja suurimman osan työelämästään, ei voi tukea miljardivuotisia renkaita. Vettä putoaa planeetalle renkaista jopa 45 000 kilogrammaa sekunnissa. Myös muut yhdisteet virtaavat renkaista pois Saturnukseen, mitattuna ioni- ja neutraalilla massaspektrometrillä (INMS). Tässä & # 8217: n joukkueen & # 8217: n johtopäätös:

Suurella massalla putoavaa materiaalia on vaikutuksia renkaan kehitykseen, mikä todennäköisesti edellyttää materiaalin siirtymistä C-renkaasta D-renkaaseen toistettavalla tavalla. The infalling material can affect the atmospheric chemistry and the carbon content of Saturn’s ionosphere and atmosphere.

Cassini dives through the gap between the D Ring and Saturn during its Grand Finale before burning up in Saturn’s atmosphere on September 15, 2017.

Here’s the operative quote about ages: not millions of years, but thousands?

The mass of Saturn’s C ring is

10 18 kg, about 0.03 times the mass of Saturn’s moon Mimas. Therefore, if we use the mass influx inferred from the INMS measurements (4800 to 45,000 kg s –1 ), we calculate a lifetime of 700,000 to 7 million years for the C ring. Yet this only reflects today’s influx. The current influx is directly from the D ring rather than the C ring, which must be the ultimate supplier because the mass of the D ring [likely no more than 1% of the C ring mass] can maintain current loss rates for only 7000 to 66,000 years—a very short amount of time in terms of solar history. It is unclear whether the C ring can lose 1% of its mass into the D ring by viscous spreading over that time period.

Although viscous spreading of the C ring is likely not the cause of mass transfer to the D ring, occasional transfer of

1% of the mass of the C ring into the D ring region via a large ring-tilting event is feasible. These ring-tilting events involve a stream of planet-orbiting rubble crossing the ring plane somewhere in the C or D rings. The C ring provides the ultimate source, containing enough mass to last (at current influx rates) about 5% of the time that the rings themselves have existed (

200 million years). The D ring could be repopulated sporadically by large impact events such as those that tilted the D and C ring plane. Once enough small particles are brought into the D ring region, exospheric drag would quickly drain them into the planet, as observed by Cassini.

Notice that keeping the rings old (“repopulated”) requires an appeal to the old-age standby explanation: impacts. The number of lucky impacts needed to keep the rings billions of years old, however, stretches credibility.

Perry et al, “ Material Flux From the Rings of Saturn Into Its Atmosphere ” (Geophysical Research Letters). This team measured the flow of nanometer-sized particles from the rings that are swept up by Saturn’s atmosphere and dragged into the planet. The predicted flux was wrong, and had to be revised upward significantly. It’s “exciting” to be wrong by a factor of a hundred, isn’t it?

Surprisingly, the flux is a hundred times larger than past predictions, and at least half of the material is hydrocarbon, which comprises less than 5% of the water ice‐dominated rings. Cassini’s data also show that the influx varies at least a factor of 4 and may be linked to clumps that appeared in 2015 on D68, the ringlet on the inner edge of the rings. These newly discovered particles and processes alter the evolutionary landscape of the rings and provide an exciting, rich field for future research aimed at understanding the origin and history of the rings.

How This Came Across in the Popular Press

Leah Crane, “ Cassini revealed three big surprises before diving into Saturn ” (New Scientist). Can Ms Crane bring herself to criticize planetary scientists who got things so wrong? On the subject of Saturn’s magnetic field, she comes close:

The magnetic fields of planets in our solar system are all tilted to some extent – Neptune’s is off by a whopping 47 degrees. But Saturn’s magnetic field seems to be perfectly straight, and our current theories of how these fields are generated suggests that should be impossible.

“If you don’t have a tilt, you would expect the magnetic field to start dying away, but as we got in really close with the Grand Finale orbits, we saw that it is not,” says Michele Dougherty at Imperial College London.

Michele is a dignified and accomplished woman on the Cassini team, but she was wrong on this point. She was wrong on another point, too (as were all the Cassini scientists). Once again, they are excited about being wrong:

Even the seemingly empty space between Saturn’s surface and its rings is more exciting than we thought. “There’s this connection between the rings and the upper atmosphere of Saturn that we just didn’t think would be there,” says Dougherty. “That was a complete surprise.”

Crane goes on to compare the amount of infalling material (dust, ice and gas), measured to be about 45,000 kg (22,000 pounds) per second, this way:

That’s the equivalent of about 1800 cars falling into Saturn every minute – such a downpour may mean that the rings are disappearing faster than we thought.

A little math helps picture this. How much material should have been lost in Saturn’s assumed lifetime? 4.5 x 10 4 kg/s times 86,400 sec/day times 365 days/year times 4.5 x 10 9 years: if this has been going on for the age of the solar system, Saturn’s rings would have lost 24 x 10 21 kg of material by now. In plain English, that’s a whopping 6,500 billion billion kilograms, or 4,800 million billion cars! That’s close to 240 times the entire mass of the rings. Is that credible?

Groundbreaking Science Emerges from Ultra-Close Orbits of Saturn (Jet Propulsion Laboratory). Will JPL apologize for getting it so wrong? Don’t count on it. Scientists must always look good to the public, because they are the high priests of knowledge in our culture.

Scientists can’t be blamed for things that could not be measured or detected before, obviously, but much of what was taught about Saturn and its rings for decades has just been tossed out the window. The press release mentions “surprise” four times. How about that magnetic field? Haven’t students of geophysics been taught that a dynamo in the core generates the field? That’s been falsified, at least in the case of Saturn “That might mean that Saturn produces its magnetic field differently from the other planets in our solar system,” Crane said. Actually, it might mean that the theory for generating magnetic fields is wrong for kaikki planets. Philosophers of science look askance at special pleading.

That’s not the only mystery or surprise, either. The whole mission was a string of surprises:

  • According to everything scientists know about how planetary magnetic fields are generated, Saturn should not have one. It’s a mystery that physicists will be working to solve….
  • But scientists were surprised to see that others [particles] are dragged quickly into Saturn at the equator. And it’s all falling out of the rings faster than scientists thought — as much as 22,000 pounds (10,000 kilograms) of material per second.
  • Scientists were surprised to see what the material looks like in the gap between the rings and Saturn’s atmosphere. They knew that the particles throughout the rings ranged from large to small. But the sampling in the gap showed mostly tiny, nanometer-sized particles, like smoke, suggesting that some yet-unknown process is grinding up particles….

Indeed, says project scientist Linda Spilker, “Almost everything going on in that region turned out to be a surprise.” No shame, though “the data is tremendously exciting.”

Now what? “Many mysteries remain, as we put together pieces of the puzzle,” Spilker said. “Results from Cassini’s final orbits turned out to be more interesting than we could have imagined.

In all these surprises, mysteries, and falsifications, one thing is never called into question by secular planetary scientists: the assumed age of the solar system. That figure—the Law of the Misdeeds and Perversions—cannot be altered.

Instead of hiding their heads in shame, they are excited about being way off. So what is the likely impact of the revised estimates? Saturn’s rings are young. Plug that into your story of “understanding the origin and history of the rings.” The ramifications are likely to ripple across the solar system, all the way to Earth.


Saturn's Rings: Less than Meets the Eye?

A recent study from NASA's Cassini mission proves that, in the mysterious and beautiful rings of Saturn, appearances can be deceiving.

› Researchers "weighed" the central parts of Saturn's most massive ring for the first time.

› The results confirm that more opaque areas in the rings do not necessarily contain more material.

› Research on the mass of Saturn's rings has important implications for their age.

It seems intuitive that an opaque material should contain more stuff than a more translucent substance. For example, muddier water has more suspended particles of dirt in it than clearer water. Likewise, you might think that, in the rings of Saturn, more opaque areas contain a greater concentration of material than places where the rings seem more transparent.

But this intuition does not always apply, according to a recent study of the rings using data from NASA's Cassini mission. In their analysis, scientists found surprisingly little correlation between how dense a ring might appear to be -- in terms of its opacity and reflectiveness -- and the amount of material it contains.

The new results concern Saturn's B ring, the brightest and most opaque of Saturn's rings, and are consistent with previous studies that found similar results for Saturn's other main rings.

The scientists found that, while the opacity of the B ring varied by a large amount across its width, the mass - or amount of material - did not vary much from place to place. They "weighed" the nearly opaque center of the B ring for the first time -- technically, they determined its mass density in several places -- by analyzing spiral density waves. These are fine-scale ring features created by gravity tugging on ring particles from Saturn's moons, and the planet's own gravity. The structure of each wave depends directly on the amount of mass in the part of the rings where the wave is located.

"At present it's far from clear how regions with the same amount of material can have such different opacities. It could be something associated with the size or density of individual particles, or it could have something to do with the structure of the rings," said Matthew Hedman, the study's lead author and a Cassini participating scientist at the University of Idaho, Moscow. Cassini co-investigator Phil Nicholson of Cornell University, Ithaca, New York, co-authored the work with Hedman.

"Appearances can be deceiving," said Nicholson. "A good analogy is how a foggy meadow is much more opaque than a swimming pool, even though the pool is denser and contains a lot more water."

Research on the mass of Saturn's rings has important implications for their age. A less massive ring would evolve faster than a ring containing more material, becoming darkened by dust from meteorites and other cosmic sources more quickly. Thus, the less massive the B ring is, the younger it might be -- perhaps a few hundred million years instead of a few billion.

"By 'weighing' the core of the B ring for the first time, this study makes a meaningful step in our quest to piece together the age and origin of Saturn's rings," said Linda Spilker, Cassini project scientist at NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California. "The rings are so magnificent and awe-inspiring, it's impossible for us to resist the mystery of how they came to be."

While all the giant planets in our solar system (Jupiter, Saturn, Uranus and Neptune) have ring systems of their own, Saturn's are clearly different. Explaining why Saturn's rings are so bright and vast is an important challenge in understanding their formation and history. For scientists, the density of material packed into each section of the rings is a critical factor in ascribing their formation to a physical process.

An earlier study by members of Cassini's composite infrared spectrometer team had suggested the possibility that there might be less material in the B ring than researchers had thought. The new analysis is the first to directly measure the density of mass in the ring and demonstrate that this is the case.

Hedman and Nicholson used a new technique to analyze data from a series of observations by Cassini's visible and infrared mapping spectrometer as it peered through the rings toward a bright star. By combining multiple observations, they were able to identify spiral density waves in the rings that aren't obvious in individual measurements.

The analysis also found that the overall mass of the B ring is unexpectedly low. It was surprising, said Hedman, because some parts of the B ring are up to 10 times more opaque than the neighboring A ring, but the B ring may weigh in at only two to three times the A ring's mass.

Despite the low mass found by Hedman and Nicholson, the B ring is still thought to contain the bulk of material in Saturn's ring system. And although this study leaves some uncertainty about the ring's mass, a more precise measurement of the total mass of Saturn's rings is on the way. Previously, Cassini had measured Saturn's gravity field, telling scientists the total mass of Saturn and its rings. In 2017, Cassini will determine the mass of Saturn alone by flying just inside the rings during the final phase of its mission. The difference between the two measurements is expected to finally reveal the rings' true mass.

The study was published online by the journal Icarus.

The Cassini-Huygens mission is a cooperative project of NASA, ESA and the Italian Space Agency. JPL, a division of the California Institute of Technology in Pasadena, manages the mission for NASA's Science Mission Directorate in Washington.


How and When Did Saturn Get Those Magnificent Rings?

Cassini, the little spacecraft that could, is going out in a blaze. For the next four months, the most sophisticated probe ever made will dance precariously between the Saturn and her icy rings, capturing spectacular images of this never-explored region. In this grand finale to its 20-year journey, Cassini will draw new attention to the origins of what are already the most glamorous—and mystifying—set of rings in the solar system.

Related Content

For astronomers, the most enduring mystery about these rings is their age. Although long considered ancient, in recent years their decrepitude has come under debate, with evidence suggesting a more youthful formation. Now new research supports the idea that Saturn’s rings are billions—rather than millions—of years old.

At some point in Saturn’s history, a disk of dust and gas around the moon coalesced into the incredible rings we see today. Some of the moons that dart in and out of those rings may have formed from the same material, meaning that dating those moons could help us zero in on the age of Saturn’s rings. But according to the new research, three of those inner moons are older than scientists had had hypothesized—hinting at an ancient origin for the rings as well.

“It is a very cool puzzle, because everything is linked,” said Edgard Rivera-Valentin, at Arecibo Observatory in Puerto Rico. Rather than tackle the ages of all of the moons and rings, Rivera-Valentin is slowly working his way through the challenge, step-by-step. “I’m trying to cut out one piece” of the puzzle, he says.

In 2016, Rivera-Valentin started using new computer models to examine the collisional history of the Saturn’s moons Iapetus and Rhea, and found that they had formed early on in the 4.6-billion-year life of the solar system. His findings, which he presented at the Lunar and Planetary Sciences conference in Texas in March, support the idea that Saturn’s rings are older than we thought.

In addition to being intriguing in their own right, Saturn's rings and moons may offer hints for those hunting ringed planets outside our own solar system. So far, only one ringed exoplanet has been identified—which seems strange, given that all four gas giants in our own system boast rings. If Saturn’s moons and rings are young, that could provide an explanation.

“If Saturn’s rings are young, then a (hypothetical) observer looking at our solar system would not have seen them if looking, say, one billion years ago,” said Francis Nimmo, a planetary scientist who studies the origins of icy worlds at the University of California at Santa Cruz.

Perhaps other worlds also have short-lived rings, whose brief appearances in the long lens of spacetime make them difficult to spot from Earth. In that case, just as someone beyond the solar system would have a limited opportunity to spy rings around Saturn, human observers would be similarly limited in their ability to spot ringed exoworlds.

Long-lived moons and rings, on the other hand, could mean that such worlds are common and could be hiding in plain sight—either lost in decades of data, or stymied by technological limitations.

This false-color image was creating using radio signals sent from Cassini back to Earth through Saturn's rings. (NASA/JPL)

Ancient scars

When it comes to calculating the ages of other worlds, scientists rely heavily on craters. By linking impact scars to periods of heavy bombardment in the solar system, they can roughly estimate how old the surface is, which provides an upper limit on the world itself. Previous research has suggested that Saturn’s rings and moons are just 100 million years old, making them relatively young in the life of the solar system.

The problem is, how the solar system behaved in the past is a subject of ongoing debate. In�, a new theory emerged that had Uranus and Neptune dancing with one another, slinging icy debris inward towards the rest of the planets. But according to Rivera-Valentin’s research, this rain of material (known as the Late Heavy Bombardment) would have totally destroyed Saturn’s youngest moon, Mimas.

Rivera-Valentin decided to work the problem from the other end. In the past, he’d worked with a student to calculate how much debris slammed into Iapetus, which he says should be the oldest moon under any model. By using a similar technique to figure out how much material scarred another moon, Rhea, he found that the satellite was bombarded far less than Iapetus.

That could be because the amount of material hitting the moon was smaller than previously calculated. Or, it could be because Rhea formed much later than Iapetus, perhaps soon after the Late Heavy Bombardment that took place 3.9 billion years ago. But based on crater counts, Rhea’s scars mean it can’t be quite as young as some models predicted.

“So the model that said they could have formed 100 million years ago, I can at least say no, that’s probably not the case,” Rivera-Valentin said. However, models suggesting Rhea formed around the time of the Late Heavy Bombardment all work with the moon’s cratering history. By striking down one of the supports for younger rings, Rivera-Valentin’s research has helped build the case that Saturn’s satellites have a far older origin.

Turning back the clock

Since the cratering history method is so dependent on our understanding of how the solar system evolved, Nimmo decided to take a different tactic to pursue the ages of the moon. His studies revealed that the moon must be at least a few hundred million years old, ruling out the models that set it at only 100 million years. 

“You can sort of wind the clock back and see where they were at earlier times,” Nimmo said. Previous research on the subject put Mimas right next to Saturn only half a billion years ago, suggesting that it could have been young. However, that research assumed that the moons behaved the same way in the past that they do today.

Nimmo, on the other hand, explored how they could have interacted differently when they were younger. “Even though the satellites are moving out quite fast right now, they weren’t moving out as fast earlier on, and so the satellites can easily be 4 billion years old,” he said.

Nimmo unwound the dynamics of two of the more than 60 moons to find more evidence of their ancient formation. Unlike previous model that rewound the moons based on their orbits today, he accounted for how Saturn would have influenced the moons. Saturn tugs at the moons as they orbit, and the moons tug at one another. These constant pulls heat their centers, and the heat then moves toward the surface.

“It takes time for that temperature to propagate outwards, because heat only gets conducted at a certain rate, so this is a time scale that we can use,” he said.

On Dione, flowing ice has filled some of the impact basins. If the collision itself had melted the ice, the craters would have relaxed into the surface, Nimmo said. Instead, the heat must come from the neighborly tugging. He used the melting as a thermometer to determine that the moon is a minimum of a few hundred million years old, though it could easily have been around for 4.5 billion years. That rules out models that date the moon at only 100 million years.

In future studies, Nimmo hopes to examine other moon like Tethys, whose rapid motion should help narrow down the time around its birth. And although his research, which builds upon previous work done by Jim Fuller at the California Institute of Technology, provides some constraints on the birth of the satellites, the age gap remains large. “It’s not going to solve everything,” he said.

Ringed exoplanets

So far, the only known ringed exoplanet is J1407b, a young world that sports monster rings 200 times larger than Saturn’s and could resemble the gas giants of the early solar system.

“The idea is that Saturn’s rings were once that big,” said Matt Kenworthy of Leiden Observatory, who led the team that identified the monster rings in 2015. Over time, the gas and dust may have formed moons, fallen on the surface, or been blown away by the solar wind. Understanding if the moons, and potentially the rings, are ancient can help reveal if Saturn carries the remnants of these primordial rings.

If Saturn’s rings are old, that should mean they exist around other exoplanets. So why has only one world been identified so far? According to Kenworthy, that’s due in part to time. Spotting a gas giant far enough from its sun to hold onto icy rings requires about 10 years worth of data, information that has only recently been compiled.

“We’ve probably stumbled on one of many which are already sitting in the data, and it’s just a matter of digging through old data,” Kenworthy said.

About Nola Taylor Redd

Nola Taylor Redd is a freelance science writer with a focus on space and astronomy. She is based out of Pennsylvania.