Překvapující věda z Cassiniho Grand Finale

Myslíte si, že vědci by Saturn všechno vymysleli, když by to pozorovali zblízka po dobu 13 let. Oni ne.

Když se kosmická loď Cassini společnosti NASA v červenci 2004 vrhla na oběžnou dráhu kolem Saturn, její seznam úkolů překlenul všechny aspekty systému Saturn. Jedním z nejpamátnějších okamžiků mise však byla úzká setkání s obrovským systémem měsíců na planetě - od jediného štětce s oboustranným Iapetem po 127 blízkých průletů obrovského, kalného Titanu (mezi něž patřil i dodávka přistávacího zařízení Huygens Evropské vesmírné agentury).

Ale během posledních čtyř měsíců pobytu kosmické lodi bylo vědecké zaměření téměř výhradně na samotný Saturn a na majestátní, dramatický, komplexní prstencový systém, který jej obklopuje. Toto „velké finále“ neslo Cassini na 20 oběžných drahách, které klouzaly těsně před hlavním prstencovým systémem, a 22, které se protáčely chodbou mezi planetou a pozůstatky jejího nejvnitřnějšího prstence.

Během setkání divize americké astronomické společnosti pro planetární vědy, které se konalo tento týden v Provo v Utahu, přehlídka Cassini vědců nabídla některé poznatky, které získali během tohoto bezprecedentního zkoumání.

Smyčky, závěrečné dráhy Cassini.
NASA / JPL-Caltech

Neprozkoumaná oblast

Poslední oběžné dráhy posílaly kosmickou loď rychlostí 35 km (20 mil) za sekundu na sever na jih skrz mezeru mezi planetami a prsteny asi 2 400 km (1 500 mil) široké mezi planetou a prsteny. Ale tato oblast není opravdu prázdná - Cassini dostal šanci přímo vzorkovat vodík a další sloučeniny přítomné v nejvyšší Saturnově atmosféře.

Jsou to „další sloučeniny“, které vědci planetárního hledají vysvětlení. Teoreticky materiál uniká z nejvnitřnějších závitů prstence a unáší se k planetě a prsteny obecně sestávají téměř výhradně z ledu. Vyšetřovatel Mark Perry (Applied Physics Laboratory University of Johns Hopkins University) však uvádí, že Cassiniho iontový a neutrální hmotnostní spektrometr (INMS) našel překvapivě málo vody v mezeře mezi planetami a prsteny. To je částečně způsobeno tendencí vody držet se hadičky uvnitř INMS, vysvětluje Perry.

Dne 14. září 2017, jednoho dne před konečným dopadem do Saturnovy atmosféry, Cassiniův ultrafialový zobrazovací spektrograf zachytil aurorální emise kolem severního pólu planety. Vnější přerušovaná kružnice označuje 60 N v zeměpisné šířce. Kliknutím na obrázek zobrazíte sekvenci obrázků.
NASA / JPL / Univ. of Colorado / Univ. z Liege

Místo toho hmotový spektrometr zametl mnoho těžších sloučenin, které ještě nebyly identifikovány. Například pík s atomovou hmotností 16 je s největší pravděpodobností metan (CH4), plyn, který by neměl pronikat z atmosféry a byl by chemicky mimo místo ve kroužcích voda-led. Další vrchol při 28 by mohl být oxid uhelnatý (CO) nebo molekulární fragmenty prachových částic obsahujících uhlík. Potvrzování jednoho z nich bude vyžadovat více modelování k vysvětlení.

Blízké průchody také umožnily dynamikům používat malé změny v Cassiniho rychlosti k měření gravitačního pole planety. Jak poznamenala Michele Dougherty (Imperial College London), tato analýza se teprve začíná - ale již to vyvolává otázky o stavu Saturnova hlubokého interiéru. Jednou z klíčových otázek je, zda jádro je zřetelná skalnatá hmota nebo něco podobného „fuzzymu“ rozptýlenému jádru, které podle všeho Jupiter má.

Mezitím, Dougherty zprávy, Cassini dostal svou nejlepší šanci změřit Saturnův magnetismus. Dřívější výsledky ukázaly, že magnetické pole bylo úzce sladěno se Saturnovou rotační osou, což je jedinečné uspořádání sluneční soustavy. Měření zblízka však nyní ukazuje, že axiální vyrovnání je neuvěřitelně blízké s přibližně 0, 06 0.0. Saturnův magnetický dynamo se pravděpodobně vyskytuje ve vrstvě kovového vodíku hluboko uvnitř planety, ale teorie dynama vyžaduje náklon k vytvoření magnetického pole.

„Je to skoro jako kdybyste použili magnetické pole k vidění uvnitř samotné Saturn, “ poznamenává a dodává, že situace „musí být více zapojena, než jsme si mysleli.“ Očekává, že se vyjasní za několik měsíců poté, co budou analyzovány údaje ze všech drah Grand Finale.

Ring Revelations

S délkou několika tisíc kilometrů patří Bl riot k největším vrtulovým pohonům, které Cassini pozoroval v prstencích Saturn A. Je to způsobeno středním, zakrytým měsícem o délce asi 800 metrů.
NASA / JPL / Space Science Inst.

Cassiniho blízké lety umožnily vědcům misí prozkoumat prsteny v extrémních detailech. Dostali ještě jednu takovou příležitost, když kosmická loď při svém příletu v roce 2004 prošla velmi blízko k planetě. Ale poslední oběžné dráhy poskytly příležitost k intenzivnějšímu prozkoumání některých kuriozit.

Matthew Tiscareno (institut SETI) se na schůzce ponořil do tří z nich. Popsal nové pohledy na neohrabanou strukturu v hlavních prstenech (dabovanou „slámou“), kterou Cassini viděl dříve. Tiscareno zatím nedokáže vysvětlit, jak a proč k tomu dochází - obrázky vyšší kvality ukazují, že shlukovitost nekoreluje se vzorem prstenců nebo se sadami gravitačních indukovaných vln, které se v nich nacházejí.

Další prstencové zvláštnosti, známé jako „vrtule“, jsou lokální poruchy v nesčetných částicích vytvořených vloženými, ale neviditelnými těly, jejichž velikost se pohybuje od 100 metrů do 1 km napříč. Roje těchto prvků se seskupují v kruhu A - mnoho malých leží uprostřed kruhu A, zatímco největší se nacházejí ve vnějším kruhu A. Tiscareno vysvětlil, že některé vrtule byly sledovány během Cassiniho mise, a výsledné obrazy by mu měly umožnit odvodit nejen masy vložených měsíců, ale také velikosti a distribuci částic prstenců, které jimi zametají.

Cassini pořídila tento obrázek Saturnových prstenů 13. září 2017 ve vzdálenosti 1, 1 milionu km (684 000 mil) od planety. Je to jeden z posledních obrázků, které Cassini poslal zpět na Zemi.
NASA / JPL / Space Science Inst.

Mezitím prstencový systém představuje obrovský, ale křehký cíl pro kousky meziplanetárních zbytků až několik metrů napříč. Když tito udeří do prstenů, vytvoří krátké mraky rozrušených částic a nové obrázky ukazují spoustu těchto ikon. Tiscareno uvádí, že informace o barvě na snímcích Cassini by měly vědcům misí poskytnout informace o složení střižných objektů.

Stejně jako u každé dobré vesmírné mise vznesla Cassini několik důležitých nových otázek. Například kvůli téměř stejnému uspořádání magnetických a rotačních os Saturn se vědci snažili zjistit, jak rychle se planeta točí. Vidíme pohyby jeho mraků, ale rychlost rotace hlubokého vnitřku je stále nejistá.

Další otázkou je, zda Cassiniho pozorování Grand Finale dokáže omezit celkovou hmotnost Saturnových prstenů - rozhodující pro modely, jak a kdy se vytvořily. Projektová vědkyně Linda Spilker (Jet Propulsion Laboratory) naznačila, že na základě dosud provedené analýzy může být tato hmotnost menší, než se očekávalo. Ale stejně jako u všech těchto předběžných výsledků je konečná odpověď stále pryč měsíce.

Podívejte se na rozhovor S&T s Lindou Spilker