A Szaturnusz gyűrűi kicsik és gyorsan eltűnhetnek

Cassini mission data suggests that Saturn’s rings are young, possibly only a few hundred million years old, and could disappear in a similar timescale. The rings’ mass, purity, and debris accumulation rates indicate their relatively young age and short lifespan. Two studies show that the rings formed relatively recently and are rapidly losing mass, while a third predicts their disappearance within the next few hundred million years.

While no human could ever have seen Saturn without its rings, in the time of the dinosaurs, the planet may not yet have acquired its iconic accessories – and future Earth dwellers may again know a world without them.

Three recent studies by scientists at NASA’s Ames Research Center in California’s Silicon Valley examine data from NASA’s Cassini mission and provide evidence that Saturn’s rings are both young and ephemeral – in astronomical terms, of course.

The new research looks at the mass of the rings, their “purity,” how quickly incoming debris is added, and how that influences the way the rings change over time. Put those elements together, and one can get a better idea of how long they’ve been around and the time they’ve got left.

Although all four giant planets have ring systems, Saturn’s is by far the most massive and impressive. Scientists are trying to understand why by studying how the rings have formed and how they have evolved over time. Three recent studies by NASA researchers and their partners provide evidence that the rings are a relatively recent addition to Saturn and that they may last only another few hundred million years. Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

The rings are almost entirely pure ice. Less than a few percent of their mass is non-icy “pollution” coming from micrometeoroids, such as asteroid fragments smaller than a grain of sand. These constantly collide with the ring particles and contribute debris to the material circling the planet. The rings’ age has been hard to pin down, because scientists hadn’t yet quantified this bombardment in order to calculate how long it must have been going on.

Now, one of the three new studies^[1] Jobb képet ad a nem-glaciális anyagok teljes érkezési sebességéről, és így arról, hogy milyen mértékben „szennyezhette” a gyűrűket kialakulásuk óta. Ez a kutatás, amelyet a Colorado Egyetem (Boulder) vezetett, azt is jelzi, hogy a mikrometeoritok nem jönnek olyan gyorsan, mint azt a tudósok gondolják, ami azt jelenti, hogy a Szaturnusz gravitációja hatékonyabban vonhatja be az anyagot a gyűrűkbe. Ez a bizonyíték arra is kitér, hogy a gyűrűket néhány százmillió évnél tovább nem lehet kitéve ennek a kozmikus jégesőnek – ez a Szaturnusz és a Naprendszer 4,6 milliárd évének egy kis töredéke.

Ezt a következtetést támasztja alá a második tanulmány,^[2] Az Indiana Egyetem vezetésével, amely más szemszögből nézi a gyűrűk kis űrsziklák általi folyamatos verését. A tanulmány szerzői két olyan dolgot azonosítottak, amelyeket a kutatás során nagyrészt figyelmen kívül hagytak. Konkrétabban, a gyűrűk hosszú távú evolúcióját irányító fizikát vizsgálták, és megállapították, hogy két fontos összetevő a mikrometeoritok bombázása és az ütközésekből származó törmelék eloszlása ​​a gyűrűkön belül. Ezen tényezők figyelembevétele azt mutatja, hogy a gyűrűk néhány százmillió év alatt érhették el jelenlegi tömegüket. Az eredmények azt is jelzik, hogy mivel nagyon fiatalok, valószínűleg akkor alakultak ki, amikor a Szaturnuszi rendszeren belüli instabil gravitációs erők elpusztították néhány jeges holdját.

„Az az elképzelés, hogy a Szaturnusz ikonikus főgyűrűi naprendszerünk legújabb jellemzői lehetnek, ellentmondásos volt” – mondta Jeff Causey, az Ames kutatója és az egyik friss tanulmány társszerzője. „Új felfedezéseink azonban kiegészítik Cassini mérések miatt nehéz elkerülni ezt a felfedezést.” Causey interdiszciplináris tudósként is szolgált a Cassini Szaturnusz gyűrűire irányuló küldetésében.

A Szaturnusznak tehát több mint 4 milliárd éve lehetett, mielőtt felvette jelenlegi formáját. De meddig számíthat arra, hogy hordja azokat a gyönyörű gyűrűket, amelyeket ma ismerünk?

A Cassini-misszió felfedezte, hogy a gyűrűk gyorsan veszítenek tömegükből, amint az anyag lehullik a bolygó mélyebb területeiről. Harmadik papír^[3] Ezenkívül az Indiana Egyetem vezetésével először határozza meg, hogy a gyűrűs anyag milyen gyorsan sodródik ebbe az irányba – és a meteoritok ismét szerepet játszanak. A meglévő gyűrűs részecskékkel való ütközéseik és a keletkező törmelék kidobásának módja együttesen egyfajta szállítószalagot alkotnak a mozgáshoz, amely a gyűrűanyagot a Szaturnusz felé viszi. Azzal, hogy kiszámították, mit jelentenek ezek az áramló részecskék a bolygón való esetleges eltűnésük szempontjából, a kutatók kemény hírekkel szolgáltak a Szaturnusz számára: a következő néhány százmillió évben elveszítheti gyűrűit.

„Azt hiszem, ezek az eredmények azt mutatják, hogy az idegen törmelék általi folyamatos bombázás nemcsak szennyezi a bolygógyűrűket, de idővel gyengíteni is kell őket” – mondta Paul Estrada, az Ames kutatója, mindhárom tanulmány társszerzője. „talán[{” attribute=””>Uranus’ and Neptune’s diminutive and dark rings are the result of that process. Saturn’s rings being comparatively hefty and icy, then, is an indication of their youth.”

Young rings but – alas! – relatively short-lived, as well. Instead of mourning their ultimate demise, though, humans can feel grateful to be a species born at a time when Saturn was dressed to the nines, a planetary fashion icon for us to behold and study.

References:

“Micrometeoroid infall onto Saturn’s rings constrains their age to no more than a few hundred million years” by Sascha Kempf, Nicolas Altobelli, Jürgen Schmidt, Jeffrey N. Cuzzi, Paul R. Estrada and Ralf Srama, 12 May 2023, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.adf8537

“Constraints on the initial mass, age and lifetime of Saturn’s rings from viscous evolutions that include pollution and transport due to micrometeoroid bombardment” by Paul R. Estrada and Richard H. Durisen, 9 May 2023, Icarus.
DOI: 10.1016/j.icarus.2022.115296

“Large mass inflow rates in Saturn’s rings due to ballistic transport and mass loading” by Richard H. Durisen and Paul R. Estrada, 9 May 2023, Icarus.
DOI: 10.1016/j.icarus.2022.115221