Jsou Saturnovy prsteny mladé nebo staré?

Zobrazit větší. | Saturn, prostřednictvím kosmické lodi Cassini. Obrázek přes NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute / Europlanet.

Před čtyřmi desetiletími, když jsem se poprvé učil astronomii, jsme všichni předpokládali, že Saturnovy ikonické prsteny tu vždy byly, stejně staré jako samotná sluneční soustava. Předpokládali jsme, že Saturn se tvořil svými kruhy, které jsou obrovské a slavné a táhnoucí se téměř 200 000 km (300 000 km) nad rovníkem planety. Prsteny se zdály být tak nedílnou součástí samotného Saturn. Potom však přišly návštěvy Voyagers 1 a 2 na Saturn v roce 1980 a '81. Jejich pozorování naznačovalo, že prsteny mohou být mladší než planeta - mnohem mladší - dočasný jev, který trvá jen miliony let po dobu 4, 5 miliardy let naší sluneční soustavy. A v posledních letech se zdálo, že data z kosmické lodi Cassini (2004–2017) zkazila myšlenku, že Saturnovy prsteny jsou staré od 10 milionů do 100 milionů let. Nyní slyšíme, že ten pohled od Cassini nebyl ani posledním slovem. Tým vědců vládl debatě o věku Saturnových prstenů studií, která uvádí prsteny jako s největší pravděpodobností, že se vytvořily v rané sluneční soustavě.

Autoři naznačují, že procesy, které přednostně vypouští prachový a organický materiál ze Saturnových prstenců - „prstenový déšť“, který padá částečně na Saturnovy cloudtopy - by mohly způsobit, že prsteny vypadají mladší, než ve skutečnosti jsou. Cassini se ve skutečnosti setkala s tímto prstenovým deštěm, když se během svého Grand Finale v roce 2017 potápěla mezi Saturnovými prstenci a svou horní atmosférou.

O tomto nápadu diskutují tento týden astronomové na společném zasedání Evropského kongresu planetárních věd a divize AAS pro planetární vědy v Ženevě ve Švýcarsku. Bylo zveřejněno právě včas na toto setkání, 16. září 2019, v recenzovaném časopise Nature Astronomy .

Voyager 2 zachytil snímky, aby tento kompozit vytvořil pomocí ultrafialového, fialového a zeleného filtru. V té době byl obraz považován za ohromně detailní. Setkání Voyager 1 a 2 Saturn se odehrálo devět měsíců od sebe, v listopadu 1980 a srpnu 1981. Tyto mise byly tím, co poprvé vyvolalo spekulace, že Saturnovy prsteny mohou být mladší, než astronomové vždy předpokládali. Obrázek přes NASA / JPL-Caltech.

Prohlášení autorů nové studie uvádí:

Cassiniho potoky prsteny během Velkého finále mise v roce 2017 poskytly data, která byla interpretována jako důkaz, že Saturnovy prsteny se tvořily před několika desítkami milionů let, v době, kdy dinosauři šel po Zemi. Měření gravitace provedené během ponoru poskytlo přesnější odhad hmotnosti prstenů, které se skládají z více než 95% vodního ledu a méně než 5% hornin, organických materiálů a kovů. Odhad hmotnosti byl poté použit k určení, jak dlouho bude muset být nedotčený led prstenů vystaven prachu a mikrometeoritům, aby dosáhl úrovně jiných „sodutantů“, které dnes vidíme. Pro mnohé to vyřešilo tajemství věku prstenů.

Ale ne všichni vědci byli přesvědčeni. V článku o Saturnových prstenech v Scientific American v srpnu byl odborník na prsten Luke Dones z Jihozápadního výzkumného ústavu citován jako:

Nemám žádné námitky proti mladým prstenům. Jen si myslím, že nikdo nenašel velmi věrohodný způsob, jak je vyrobit. Vyžaduje to nepravděpodobnou událost.

Jinými slovy, v rané sluneční soustavě, kdy kolem bylo mnoho úlomků, je snadné si představit dynamické procesy schopné vytvořit prsteny: zachycení úlomků gravitací Saturn a / nebo rozpadem komet, asteroidů, nebo dokonce malé měsíce. Jakmile se prsteny začaly tvořit, je také snadné si představit, jak se jednotlivé částice prstenců srazí a rozpadnou se ještě menší, rozprostřené kolem Saturn, aby vytvořily své prstence. Vědecký americký článek však řekl:

… Je jen příliš těžké, říkají někteří kritici, vymýšlet takové expanzivní prsteny v relativně klidném slunečním systému současnosti a téměř v minulosti.

Astronom Aurélien Crida, přes OCA. Je hlavním autorem nové studie naznačující, že Saturnovy prsteny jsou velmi staré.

Aurélien Crida Observatoire de la Côte d'Azur, je hlavním autorem nové studie. Proto věří, že debata ještě není vyřešena; řekl:

Nemůžeme přímo změřit věk Saturnových prstenů jako prsteny na pařezu, takže musíme odvodit jejich věk z jiných vlastností, jako je hmotnost a chemické složení. Nedávné studie provedly předpoklady, že tok prachu je konstantní, hmotnost prstenců je konstantní a že prstence zadržují veškerý znečištěný materiál, který přijímají.

O všech těchto bodech však stále existuje velká nejistota, a pokud vezmeme v úvahu další výsledky mise Cassini, věříme, že existuje silný případ, že prsteny jsou mnohem, mnohem starší.

Crida a jeho kolegové ve své studii tvrdí, že hmotnost měřená během finále mise Cassini je v „mimořádně dobré shodě“ s modely dynamického vývoje masivních prstenů sahajících až k prvotní sluneční soustavě.

Galileo objevil Saturnovy prsteny v roce 1610. Prostřednictvím svého raného dalekohledu si myslel, že vypadají jako „kliky“ nebo možná velké měsíce na obou stranách Saturn. Christiaan Huygens poté převzal pozorování Saturn a zveřejnil tento kompilační obraz, který ukazuje, jak se Saturnův vzhled změnil z jeho Systema Saturnium z roku 1610 na 1646. Byl to Huygens, který odhalil tajemství Saturnových prstenů a řekl: „Je to [Saturn] obklopen tenkým, plochým prstenem, který se nikde nedotýká, má sklon k ekliptice.“ Přečtěte si více historie našich znalostí Saturnových prstenů.

Nadia Drake, autorka vědeckého článku Saturn v srpnu, popisuje Saturnovy prsteny jako „ledové částice o velikosti od mikroskopických do mobilních domů.“ Crida a její kolegové popsali jednotlivé komponenty v Saturnových prstenech prozaičtěji jako:

… Částice a bloky o velikosti od metrů po mikrometry. Viskózní interakce mezi bloky způsobují, že prstence se šíří a odvádějí materiál pryč jako dopravní pás. To vede k hromadné ztrátě od nejvnitřnějšího okraje, kde částice padají na planetu, a od vnějšího okraje, kde materiál překračuje vnější hranici do oblasti, kde se začnou tvořit měsíce a satelity.

Masivnější prsteny se šíří rychleji a rychleji ztrácejí. Modely ukazují, že ať už je počáteční množství prstenů jakékoli, existuje tendence prstenů sbíhat se na hmotnosti měřené Cassini po přibližně 4 miliardách let, což odpovídá časovému rámci formování sluneční soustavy.

Crida shrnul pozici svého týmu a řekl:

Z našeho současného chápání viskozity prstenů by hmotnost měřená během Cassini Grand Finale byla přirozeným produktem vývoje několika miliard let, což je přitažlivé. Je pravda, že nic nezakazuje prstenům, aby byly vytvořeny velmi nedávno s touto přesnou hmotou a od té doby se sotva vyvinuly. To by však byla docela náhoda.

Hsiang-Wen (Sean) Hsu z LASP a jeho kolegové v roce 2018 uvedli, že úspěšně nasbírali toky mikroskopického materiálu ze Saturnových prstenů. Přečtěte si více.

Hsiang-Wen Hsu z Laboratoře pro atmosféru a vesmírnou fyziku (LASP) v Boulderu v Coloradu byla součástí týmu, který oznámil výsledky v říjnu 2018 týkající se „kruhového deště“. Výsledky prostřednictvím Cassini ukázaly, že 600 kilogramů ( 1.300 liber) silikátových zrn dopadá na Saturn z prstenů každou sekundu. Jiné studie prokázaly přítomnost organických molekul v Saturnově horní atmosféře, o nichž se předpokládá, že pocházejí z prstenů. Hsu komentoval:

Tyto výsledky naznačují, že prstence samy „čistí“ znečišťující látky. Povaha tohoto potenciálního procesu čištění prstenců je stále tajemná.

Naše studie však ukazuje, že expoziční věk nemusí nutně souviset s věkem formace, takže kroužky se mohou jevit uměle mladé.

Zobrazit větší. | Další Cassiniho obraz Saturnových prstenů prostřednictvím NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute / Europlanet.

Sečteno a podtrženo: Údaje z Cassini naznačovaly, že prsteny trvají pouze 10 až 100 milionů let. Nová studie naznačuje, že zaprášený a organický materiál vypouštěný ze Saturnových prstenů - „prstenový déšť“ - může způsobit, že prsteny vypadají mladší, než ve skutečnosti jsou. V současné době nevíme, zda jsou Saturnovy prsteny mladé nebo staré; víme jen to, že se o nich astronomové stále učí.

Zdroj: Jsou Saturnovy prsteny skutečně mladé?

Přes Europlanet