Cassini, det lille romfartøyet som kunne, skal ut i et bluss. I løpet av de neste fire månedene vil den mest sofistikerte sonden som noensinne er laget, danse usikkert mellom Saturn og hennes iskalde ringer, og fange spektakulære bilder av denne aldri utforskede regionen. I denne store finalen til sin 20 år lange reise, vil Cassini trekke ny oppmerksomhet til opprinnelsen til det som allerede er det mest glamorøse - og mystifiserende - settet med ringer i solsystemet.
Relatert innhold
- Cassini sender tilbake de første bildene fra Saturn Dives
- Bye Bye Cassini, den iherdige romfartssonden som avslørte Saturns hemmeligheter
- Sjekk ut nye bilder av Saturn fra Cassinis siste bane
For astronomer er det mest varige mysteriet om disse ringene deres alder. Selv om de var ansett som eldgamle, har de siste årene vært uenige under debatt, med bevis som tyder på en mer ungdommelig formasjon. Nå støtter ny forskning ideen om at Saturns ringer er milliarder - snarere enn millioner - år gamle.
På et eller annet tidspunkt i Saturns historie samlet en disk med støv og gass rundt månen seg sammen til de utrolige ringene vi ser i dag. Noen av månene som trekker seg inn og ut av disse ringene kan ha dannet seg av det samme materialet, noe som betyr at datering av disse månene kan hjelpe oss med null i Saturns ringer. Men ifølge den nye forskningen er tre av de indre månene eldre enn forskere hadde antatt - antydet at det også er et eldgamelt opphav for ringene.
"Det er et veldig kult puslespill, fordi alt henger sammen, " sa Edgard Rivera-Valentin, ved Arecibo-observatoriet i Puerto Rico. I stedet for å takle alderen til alle månene og ringene, jobber Rivera-Valentin sakte med seg gjennom utfordringen, steg for steg. "Jeg prøver å kutte ut en bit" av puslespillet, sier han.
I 2016 begynte Rivera-Valentin å bruke nye datamaskinmodeller for å undersøke kollisjonshistorien til Saturns måner Iapetus og Rhea, og fant ut at de hadde dannet seg tidlig i solsystemets 4, 6 milliarder år lange liv. Hans funn, som han presenterte på Lunar and Planetary Sciences-konferansen i Texas i mars, støtter ideen om at Saturns ringer er eldre enn vi trodde.
I tillegg til å være spennende i seg selv, kan Saturns ringer og måner gi hint til de som jakter ringete planeter utenfor vårt eget solsystem. Så langt har bare en ringet eksoplanett blitt identifisert - noe som virker rart, gitt at alle fire gassgigantene i vårt eget system kan skryte av ringer. Hvis Saturns måner og ringer er unge, kan det gi en forklaring.
"Hvis Saturns ringer er unge, ville en (hypotetisk) observatør som ser på solsystemet vårt ikke ha sett dem hvis han så for en milliard år siden, " sa Francis Nimmo, en planetforsker som studerer opprinnelsen til isete verdener ved University of California i Santa Cruz.
Kanskje har andre verdener også kortvarige ringer, hvis korte opptredener i den lange linse i romtiden gjør dem vanskelig å få øye på fra Jorden. I så fall, akkurat som noen utenfor solsystemet ville ha en begrenset mulighet til å spionere ringer rundt Saturn, ville menneskelige observatører være lignende begrensede i sin evne til å oppdage ringede omgivelser.
Langlivede måner og ringer, derimot, kan bety at slike verdener er vanlige og kan gjemme seg i synet - enten tapt i flere tiår med data, eller lempet av teknologiske begrensninger.
Dette bildet med falsk farge skapte ved hjelp av radiosignaler sendt fra Cassini tilbake til jorden gjennom Saturns ringer. (NASA / JPL) Gamle arr
Når det gjelder beregning av alderen til andre verdener, er forskere avhengige av kratere. Ved å knytte anslagsarr til perioder med kraftig bombardement i solsystemet, kan de omtrent estimere hvor gammel overflaten er, noe som gir en øvre grense for selve verden. Tidligere forskning har antydet at Saturns ringer og måner bare er 100 millioner år gamle, noe som gjør dem relativt unge i solsystemets liv.
Problemet er at hvordan solsystemet oppførte seg i det siste er gjenstand for pågående debatt. I 2005 dukket det opp en ny teori som fikk Uranus og Neptune til å danse sammen, slynge isete rusk innover mot resten av planetene. Men ifølge Rivera-Valentins forskning, ville dette regnet av materiale (kjent som Late Heavy Bombardment) ha ødelagt Saturns yngste måne, Mimas, totalt.
Rivera-Valentin bestemte seg for å jobbe problemet fra den andre enden. Tidligere hadde han jobbet med en student for å beregne hvor mye rusk som smalt inn i Iapetus, som han sier skulle være den eldste månen under noen modell. Ved å bruke en lignende teknikk for å finne ut hvor mye materiale som arret en annen måne, Rhea, fant han ut at satellitten ble bombardert langt mindre enn Iapetus.
Det kan være fordi mengden materiale som treffer månen var mindre enn tidligere beregnet. Eller det kan være fordi Rhea dannet seg mye senere enn Iapetus, kanskje like etter det sene tunge bombardementet som fant sted for 3, 9 milliarder år siden. Men basert på kraterverdier, betyr Rheas arr at den ikke kan være så ung som noen modeller forutså.
"Så modellen som sa at de kunne ha dannet seg for 100 millioner år siden, jeg kan i det minste si nei, det er nok ikke tilfelle, " sa Rivera-Valentin. Modeller som antyder Rhea dannet rundt tiden for det tunge bombardementet, fungerer imidlertid alle med månens kraterhistorie. Ved å slå ned en av støttene for yngre ringer, har Rivera-Valentins forskning bidratt til å bygge opp saken om at Saturns satellitter har et langt eldre opphav.
Å slå klokken tilbake
Siden metoden med kraterhistorie er så avhengig av vår forståelse av hvordan solsystemet utviklet seg, bestemte Nimmo seg for å ta en annen taktikk for å forfølge månens aldre. Studiene hans avslørte at månen må være minst noen hundre millioner år gammel, og utelukker modellene som satte den på bare 100 millioner år.
"Du kan sortere vinden tilbake og se hvor de var på tidligere tider, " sa Nimmo. Tidligere forskning om emnet satte Mimas rett ved siden av Saturn for bare en halv milliard år siden, og antydet at det kunne ha vært ung. Imidlertid antok denne forskningen at månene oppførte seg på samme måte i det siste som de gjør i dag.
Nimmo derimot, utforsket hvordan de kunne ha interaksjon annerledes da de var yngre. "Selv om satellittene beveger seg ganske raskt ut akkurat nå, flyttet de ikke like raskt ut tidligere, og derfor kan satellittene lett være fire milliarder år gamle, " sa han.
Nimmo avviklet dynamikken i to av de mer enn 60 månene for å finne mer bevis på deres gamle dannelse. I motsetning til tidligere modeller som spolet månene ut basert på omløpene deres i dag, forklarte han hvordan Saturn ville ha påvirket månene. Saturn sleper mot månene når de går i bane, og månene trekker mot hverandre. Disse konstante trekkene varme sine senter, og varmen beveger seg deretter mot overflaten.
"Det tar tid før den temperaturen sprer seg utover, fordi varmen bare blir ført i en viss hastighet, så dette er en tidsskala som vi kan bruke, " sa han.
På Dione har flytende is fylt noen av påvirkningsbassengene. Hvis selve kollisjonen hadde smeltet isen, ville kratrene ha slappet av i overflaten, sa Nimmo. I stedet må varmen komme fra nabo-slepingen. Han brukte smeltingen som et termometer for å bestemme at månen er minimum noen hundre millioner år gammel, selv om den lett kunne ha eksistert i 4, 5 milliarder år. Det utelukker modeller som daterer månen på bare 100 millioner år.
I fremtidige studier håper Nimmo å undersøke andre måne som Tethys, hvis raske bevegelse skal bidra til å begrense tiden rundt fødselen. Og selv om forskningen hans, som bygger på tidligere arbeider utført av Jim Fuller ved California Institute of Technology, gir noen begrensninger for satellittenes fødsel, er aldersgapet fortsatt stort. "Det kommer ikke til å løse alt, " sa han.
Ringede eksoplaneter
Så langt er den eneste kjente ringete eksoplaneten J1407b, en ung verden som sportsmonster ringer 200 ganger større enn Saturns og kunne ligne på gassgigantene i det tidlige solsystemet.
"Tanken er at Saturns ringer en gang var så store, " sa Matt Kenworthy fra Leiden Observatory, som ledet teamet som identifiserte monsterringene i 2015. Over tid kan gassen og støvet ha dannet måner, falt på overflaten, eller blitt blåst bort av solvinden. Å forstå om månene, og potensielt ringene, er eldgamle, kan bidra til å avsløre om Saturn bærer restene av disse urfargene.
Hvis Saturns ringer er gamle, skulle det bety at de eksisterer rundt andre eksoplaneter. Så hvorfor har bare en verden blitt identifisert så langt? Ifølge Kenworthy skyldes det delvis. Å oppdage en gassgigant langt nok fra solen til å holde på iskalde ringer krever omtrent 10 års verdi med data, informasjon som bare nylig er blitt samlet.
"Vi har sannsynligvis snublet over en av mange som allerede sitter i dataene, og det er bare et spørsmål om å grave gjennom gamle data, " sa Kenworthy.
