Inelele lui Saturn sunt mici și pot dispărea rapid

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] Oferă o idee mai bună asupra ratei totale de sosire a materialului non-glaciar și, prin urmare, cât de mult trebuie să fi „poluat” inelele de la formarea lor. Această cercetare, care a fost condusă de Universitatea din Colorado, Boulder, indică, de asemenea, că micrometeoriții nu vin atât de repede pe cât cred oamenii de știință, ceea ce înseamnă că gravitația lui Saturn ar putea trage materia mai eficient în inele. Aceste dovezi continuă spunând că inelele nu pot fi expuse acestei furtuni cosmice de grindină mai mult de câteva sute de milioane de ani – o mică parte din Saturn și cei 4,6 miliarde de ani ai sistemului solar.

Susține această concluzie a doua lucrare,^[2] Condusă de Universitatea din Indiana, care ia un unghi diferit asupra bătăii constante a inelelor de către micile roci spațiale. Autorii studiului au identificat două lucruri care au fost în mare măsură neglijate în cercetare. Mai exact, ei s-au uitat la fizica care guvernează evoluția pe termen lung a inelelor și au descoperit că două componente importante au fost bombardarea micrometeoriților și modul în care resturile de la aceste coliziuni sunt distribuite în inele. Luând în considerare acești factori, arată că inelele ar fi putut atinge masa actuală în câteva sute de milioane de ani. Rezultatele indică, de asemenea, că, deoarece sunt atât de tineri, s-au format probabil când forțele gravitaționale instabile din sistemul Saturnian au distrus unele dintre lunile sale înghețate.

„Ideea că inelele majore emblematice ale lui Saturn ar putea fi o caracteristică recentă a sistemului nostru solar a fost controversată”, a spus Jeff Causey, cercetător la Ames și coautor al uneia dintre lucrările recente, „dar noile noastre descoperiri completează o trifectă de Măsurătorile Cassini care fac această descoperire dificil de evitat”. Causey a servit și ca om de știință interdisciplinar în misiunea Cassini pe inelele lui Saturn.

Așadar, Saturn poate să fi fost cu mai mult de 4 miliarde de ani înainte de a-și adopta forma actuală. Dar cât timp poți conta că vei purta inelele frumoase pe care le cunoaștem astăzi?

Misiunea Cassini a descoperit că inelele pierd rapid din masă, pe măsură ce materialul cade din regiunile mai profunde ale planetei. A treia lucrare^[3] De asemenea, condus de Universitatea din Indiana, determină pentru prima dată cât de repede se deplasează materia inelară în această direcție – iar meteoriții joacă din nou un rol. Ciocnirile lor cu particulele inelare existente și modul în care resturile rezultate sunt aruncate spre exterior se combină pentru a forma un fel de bandă transportoare pentru mișcare care transportă materialul inelului către Saturn. Calculând ce înseamnă toate acele particule care curge în flux pentru eventuala lor dispariție pe planetă, cercetătorii au venit cu o veste grea pentru Saturn: și-ar putea pierde inelele în următoarele câteva sute de milioane de ani.

„Cred că aceste rezultate ne spun că bombardarea constantă de către toate aceste resturi extraterestre nu numai că poluează inelele planetare, dar ar trebui și să le slăbească în timp”, a declarat Paul Estrada, cercetător la Ames și coautor al tuturor celor trei studii. „pot fi[{” 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