Określenie wieku pierścieni Saturna wciąż stanowi wyzwanie

Pierścienie Saturna. Źródło: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Zespół badaczy ponownie powrócił do debaty dotyczącej wieku pierścieni Saturna. Wyniki uzyskane przez naukowców wskazują, że pierścienie najprawdopodobniej powstały na wczesnym etapie istnienia Układu Słonecznego.

W artykule opublikowanym dzisiaj w periodyku Nature Astronomy i zaprezentowanym podczas spotkania EPSC-DPS w Genewie, autorzy sugerują, że procesy, które selektywnie wyrzucają pyłową i organiczną materię z pierścieni Saturna mogą sprawiać, że pierścienie wydają się znacznie młodsze niż jest to w rzeczywistości.

Przelot sondy Cassini przez pierścienie w trakcie Wielkiego Finału misji w 2017 roku dostarczył danych, które według interpretacji stanowiły dowód na to, że pierścienie Saturan powstały zaledwie kilkadziesiąt milionów lat temu, mniej więcej wtedy gdy dinozaury chodziły po Ziemi. Pomiary grawitacyjne wykonane podczas przelotu przez pierścienie pozwoliły na dokładniejsze oszacowanie masy pierścieni, które w 95% składają się z lodu wodnego i w mniej niż 5 procentach ze skał, materii organicznej i metali. Szacunkową masę następnie wykorzystano do wywnioskowania jak dużo czasu czysty lód w pierścieniach, wystawiony na pył i mikrometeoryty potrzebowałby na osiągnięcie poziomu zanieczyszczenia obserowanego obecnie.

Dla wielu badania te stanowiły rozwiązanie zagadki wieku pierścieni. Niemniej jednak Aurelien Crida, główny autor nowego opracowania, mówi, że debata wciąż trwa.

Nie możemy bezpośrednio zmierzyć wieku pierścieni Saturna tak jak słojów w pniu drzewa, dlatego musimy wnioskować ich wiek z innych własności takich jak masa czy skład chemiczny. Najnowsze badania zakładają, że przepływ pyłu jest stały, masa pierścieni jest stała i że pierścienie zachowują wszystkie zanieczyszczenia na jakie napotkają. Niemniej jednak, wciąż istnieje spora niepewność co do tych wszystkich punktów, a gdy dołączymy do tego inne wyniki uzyskane przez sondę Cassini, stwierdzamy, że istnieje bardzo duże prawdopodobieństwo, że pierścienie są dużo, dużo starsze” mówi dr Crida z Observatoire de la Cote d’Azur, CNRS.

Zdjęcie Saturna wykonane przez sondę Cassini. Źródło: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Crida wraz ze współpracownikami twierdzi, że masa zmierzona w trakcie Wielkiego Finału misji Cassini wyjątkowo dobrze zgadza się z modelami dynamicznej ewolucji masywnych pierścieni istniejących od początku Układu Słonecznego.

Pierścienie składają się z cząstek i obiektów o rozmiarach od metrów do mikrometrów. Oddziaływania lepkie między takimi obiektami sprawiają, że pierścienie rozszerzają się na zewnątrz, wyprowadzając materię niczym taśma produkcyjna. Prowadzi to do utraty masy przy wewnętrznej krawędzi, skąd cząstki opadają na planetę, i z zewnętrznej krawędzi, gdzie materia przekracza zewnętrzną granicę z regionem, w którym powstają księżyce i moonlety.

Bardziej masywne pierścienie rozszerzają się szybciej i szybciej tracą masę. Modele wskazują, że niezależnie od początkowej masy pierścieni, można wykazać tendencję do zgodności pod względem masy z danymi z Cassini przed 4 miliardami lat, co odpowiada skali czasowej uformowania się Układu Słonecznego.

“Bazując na naszej obecnej wiedzy o lepkości pierścieni, masa zmierzona podczas wielkiego finału misji Cassini jest naturalnym produktem kilku miliardów lat ewolucji. Oczywiście, może być tak, że pierścienie uformowały się niedawno posiadając masę taką jak teraz i w ogóle nie ewoluując. Ale to musiałby być spory zbieg okoliczności” dodaje dr Crida.

Hsiang-Wen-Hsu, współautor opracowania i członek zespołu, który ogłosił wyniki badań wykonanych za pomocą Cosmic Dust Analyzer zainstalowanego na Cassini, wykazał, że około 600 kilogramów ziarem krzemionki opada na Saturna z pierścieni w każdej sekundzie. Inne badania z kolei, wykonane za pomocą Ion and Neutral Mass Spectrometer wykazały obecność związków organicznych w górnych warstwach atmosfery Saturna, które najprawdopodobniej pochodzą z pierścieni.

Źródło: EuroPlanet Society

Author: Radek Kosarzycki

Niedoszły astronom. Prawie filolog. Aspołeczny popularyzator nauki. Kulturalny cham.