Cassini, pieni avaruusalus, joka pystyi, on menossa ulkona. Seuraavan neljän kuukauden aikana edistyksellisin koetin, joka on koskaan valmistettu, tanssii epävarmasti Saturnin ja hänen jäisten renkaiden välillä, ottaen upeita kuvia tästä koskaan tutkimatta aluetta. Tässä 20-vuotisen matkansa upeassa finaalissa Cassini kiinnittää uutta huomiota aurinkokunnan kaikkein hohtavan ja salaperäisimmän rengasryhmän alkuperään.
Asiaan liittyvä sisältö
- Cassini lähettää ensimmäiset kuvat Saturnuksen sukelluksistaan
- Hei Bye Cassini, Tenacious Space Probe, joka paljasti Saturnuksen salaisuudet
- Katso uusia kuvia Saturnusta Cassinin uusimmalta kiertoradalta
Tähtitieteilijöille kestävin mysteeri näissä renkaissa on heidän ikänsä. Vaikka heidän pitkäänsä pidetään muinaisena, viime vuosina heidän sydämellisyydestään on keskusteltu, todisteiden perusteella, jotka viittaavat nuorempaan muodostumiseen. Nyt uusi tutkimus tukee ajatusta, että Saturnuksen renkaat ovat miljardeja - miljoonien sijasta - vanhoja.
Jossain vaiheessa Saturnuksen historiassa pölyn ja kaasun levy kuun ympärillä koonnut uskomattomiin renkaisiin, joita näemme tänään. Jotkut niistä kuuista, jotka tikkaavat sisään ja ulos niistä renkaista, ovat saattaneet olla muodostuneet samasta materiaalista, mikä tarkoittaa, että näiden kuiden treffailu voi auttaa meitä nollautumaan Saturnuksen renkaiden ikään. Mutta uuden tutkimuksen mukaan kolme näistä sisäkuukausista on vanhempia kuin tutkijat olivat olleet hypoteesissa - vihjaten myös renkaiden muinaiselle alkuperälle.
"Se on erittäin siisti palapeli, koska kaikki liittyy toisiinsa", sanoi Edgard Rivera-Valentin Arecibon observatoriossa Puerto Ricossa. Sen sijaan, että se puuttuisi kaikkien kuukausien ja renkaiden ikiin, Rivera-Valentin työskentelee hitaasti läpi haasteensa askel askeleelta. ”Yritän leikata yhden kappaleen” palapelistä, hän sanoo.
Vuonna 2016 Rivera-Valentin aloitti uusien tietokonemallien käytön tutkiakseen Saturnuksen kuukausien Iapetus ja Rhea törmäyshistoriaa, ja huomasi, että ne olivat muodostuneet varhaisessa vaiheessa aurinkojärjestelmän 4, 6 miljardin vuoden elämässä. Hänen havaintonsa, jotka hän esitteli Texasissa maaliskuussa pidetyssä Lunar and Planetary Sciences -konferenssissa, tukevat ajatusta, että Saturnuksen renkaat ovat vanhempia kuin luulimme.
Sen lisäksi, että Saturnuksen renkaat ja kuut ovat kiehtovia itsessään, ne voivat tarjota vinkkejä niille, jotka metsästävät rengastettuja planeettoja oman aurinkokunnan ulkopuolella. Toistaiseksi vain yksi rengastettu eksoplaneetta on tunnistettu - mikä tuntuu oudolta, kun otetaan huomioon, että oman järjestelmän kaikki neljä kaasujäättäjää ylpeilevät. Jos Saturnuksen kuut ja renkaat ovat nuoria, se voisi antaa selityksen.
"Jos Saturnuksen renkaat ovat nuoria, niin aurinkojärjestelmäämme tarkasteleva (hypoteettinen) tarkkailija ei olisi nähnyt niitä, jos katsoisimme esimerkiksi miljardia vuotta sitten", sanoi planeettatutkija Francis Nimmo, joka tutkii jäisten maailmojen alkuperää Kalifornian yliopisto Santa Cruzissa.
Ehkä myös muissa maailmoissa on lyhytaikaisia renkaita, joiden lyhyet esiintymiset avaruuden ajan pitkässä linssissä vaikeuttavat niiden havaitsemista maasta. Siinä tapauksessa, aivan kuten jollakin aurinkokunnan ulkopuolella olevalla henkilöllä olisi rajoitettu mahdollisuus vakoilla renkaita Saturnuksen ympärillä, ihmisen tarkkailijoilla olisi myös rajoitetusti kyky havaita rengastettuja ulkomaailmia.
Pitkäikäiset kuut ja renkaat toisaalta voisivat tarkoittaa, että tällaiset maailmat ovat yleisiä ja voivat piiloutua selkeässä näkymässä - joko kadonneet vuosikymmenien tietoihin tai tyypillisiä tekniset rajoitukset.
Tämä vääränvärinen kuva luotiin käyttämällä radiosignaaleja, jotka lähetettiin Cassinista takaisin maan päälle Saturnuksen renkaiden kautta. (NASA / JPL) Muinaiset arvet
Muiden maailmojen ikien laskemisessa tutkijat luottavat suuresti kraattereihin. Yhdistämällä vaikutusarvet aurinkokunnan voimakkaan pommituksen ajanjaksoihin, he voivat karkeasti arvioida, kuinka vanha pinta on, mikä antaa ylärajan itse maailmalle. Aikaisemman tutkimuksen mukaan Saturnuksen renkaat ja kuut ovat vain 100 miljoonaa vuotta vanhoja, mikä tekee niistä suhteellisen nuoria aurinkojärjestelmän elämässä.
Ongelmana on, miten aurinkokunta käyttäytyi aikaisemmin, käydään jatkuvaa keskustelua. Vuonna 2005 syntyi uusi teoria, jossa Uranus ja Neptune tanssivat keskenään, liu'uttamalla jäistä jätettä sisäänpäin kohti muita planeettoja. Mutta Rivera-Valentinin tutkimuksen mukaan tämä materiaalin sade (tunnetaan nimellä Late Heavy Bombardment) olisi tuhonnut Saturnuksen nuorin kuu, Mimas, kokonaan.
Rivera-Valentin päätti toimia ongelman toisesta päästä. Aikaisemmin hän oli työskennellyt yhdessä opiskelijan kanssa laskeakseen kuinka paljon roskia iski Iapetussa, jonka hänen mukaansa hänen pitäisi olla vanhin kuu minkään mallin alla. Käyttämällä samanlaista tekniikkaa selvittääkseen, kuinka paljon materiaalia arpi toinen kuu, Rhea, hän huomasi, että satelliittia pommitettiin paljon vähemmän kuin Iapetus.
Se voi johtua siitä, että kuuhun lyövän materiaalin määrä oli pienempi kuin aiemmin laskettu. Tai se voi johtua siitä, että Rhea muodostui paljon myöhemmin kuin Iapetus, ehkä pian 3, 9 miljardia vuotta sitten tapahtuneen myöhäisen raskaan pommituksen jälkeen. Kraateriarvojen perusteella Rhean arvet tarkoittavat, että se ei voi olla aivan niin nuori kuin jotkut mallit ennustavat.
"Joten malli, joka sanoi, että he olisivat voineet muodostaa 100 miljoonaa vuotta sitten, voin ainakin sanoa ei, se ei todennäköisesti pidä paikkaansa", Rivera-Valentin sanoi. Kuitenkin mallit, jotka viittaavat Rheaan, muodostuivat myöhään voimakkaan pommituksen aikaan, toimivat kaikki Kuun kraatterihistoriassa. Rivera-Valentinin tutkimus on auttanut rakentamaan tapauksen, jonka mukaan Saturnuksen satelliiteilla on paljon vanhempi alkuperä, kun se löysää yhden nuorempien renkaiden tuista.
Kellon kääntäminen taaksepäin
Koska kraatterointiajastomenetelmä on niin riippuvainen ymmärryksestämme, kuinka aurinkokunta kehittyi, Nimmo päätti käyttää erilaista taktiikkaa harjoittaakseen kuuikuvia. Hänen tutkimuksensa osoitti, että kuun on oltava vähintään muutama sata miljoonaa vuotta vanha, sulkemalla pois mallit, jotka asettivat sen vain 100 miljoonaksi vuodeksi.
"Voit kääntää kellon taaksepäin ja nähdä missä he olivat aikaisempina aikoina", Nimmo sanoi. Aiemmat aihetta koskevat tutkimukset asettivat Mimasin aivan Saturnuksen viereen vain puoli miljardia vuotta sitten, mikä viittaa siihen, että se olisi voinut olla nuori. Tutkimus oletti kuitenkin, että kuut käyttäytyivät aiemmin samalla tavalla kuin nykyään.
Nimmo puolestaan tutki, kuinka he olisivat voineet olla eri tavoin vuorovaikutuksessa nuorempina. "Vaikka satelliitit liikkuvat tällä hetkellä melko nopeasti, ne eivät siirtyneet niin nopeasti aikaisemmin, ja siten satelliitit voivat olla helposti 4 miljardia vuotta vanhoja", hän sanoi.
Nimmo avasi kahden yli 60 kuusta tapahtuneen dynamiikan löytääkseen lisää todisteita muinaisesta muodostumisestaan. Toisin kuin aiemmassa mallissa, joka kiertää kuut niiden kiertoratojen perusteella tänään, hän kertoi kuinka Saturnus olisi vaikuttanut kuihin. Saturnus hinaa kuita kun ne kiertävät, ja kuut hinaavat toisiaan. Nämä jatkuvat vedot kuumentavat keskuksiaan, ja lämpö siirtyy sitten pintaa kohti.
"Kestää aikaa, että lämpötila etenee ulospäin, koska lämpö johdetaan vain tietyllä nopeudella, joten tämä on aikataulu, jota voimme käyttää", hän sanoi.
Dionella virtaava jää on täyttänyt osan iskualtaista. Jos itse törmäys olisi sulanut jään, kraatterit olisivat rentoutuneet pintaan, Nimmo sanoi. Sen sijaan lämmön on oltava peräisin naapurimaiden hinauksesta. Hän käytti sulaa lämpömittarina määrittääkseen, että kuu on vähintään muutaman sadan miljoonan vuoden ikäinen, vaikka se olisi voinut olla helposti noin 4, 5 miljardia vuotta. Tämä sulkee pois mallit, joiden päivä on vain 100 miljoonaa vuotta.
Tulevissa tutkimuksissa Nimmo toivoo voivansa tutkia muita Tethysin kaltaisia kuuhuja, joiden nopean liikkeen pitäisi auttaa kaventamaan syntymänsä ympäristöä. Ja vaikka hänen tutkimukseensa, joka perustuu Jim Fullerin aiempaan työhön Kalifornian teknologiainstituutissa, asetetaan joitain rajoituksia satelliittien syntymälle, ikäkuilu on edelleen suuri. "Se ei aio ratkaista kaikkea", hän sanoi.
Renkaat exoplaneetit
Toistaiseksi ainoa tunnettu rengastettu eksoplaneetta on J1407b, nuori maailma, jonka urheiluhirviö soi 200 kertaa suurempi kuin Saturnuksen ja voisi muistuttaa varhaisen aurinkojärjestelmän kaasujättiläisiä.
"Ajatuksena on, että Saturnuksen renkaat olivat aikoinaan niin suuria", kertoi Matt Kenworthy Leidenin observatoriosta, joka johti ryhmää, joka tunnisti hirviörenkaat vuonna 2015. Ajan myötä kaasu ja pöly ovat voineet muodostaa kuita, pudota pinnalle tai auringon tuulen puhaltama. Ymmärtäminen siitä, ovatko kuut ja mahdollisesti renkaat muinaisia, voivat auttaa paljastamaan, onko Saturnuksella näiden alkuperäisten renkaiden jäänteitä.
Jos Saturnuksen renkaat ovat vanhoja, sen pitäisi tarkoittaa, että ne ovat olemassa muiden eksoplaneettojen ympärillä. Joten miksi vain yksi maailma on toistaiseksi tunnistettu? Kenworthyn mukaan se johtuu osittain aikataulusta. Kaasujättelijän tarkkaileminen riittävän kaukana auringosta pysyäkseen jäisillä renkaissa vaatii noin 10 vuoden arvoisen tiedon, joka on vasta äskettäin koottu.
"Olemme todennäköisesti kompastelleet yhtä monista, jotka jo istuvat tiedoissa, ja on vain kysymys vanhojen tietojen selaamisesta", Kenworthy sanoi.
