Saturnringe sind jung und könnten schnell verschwinden

Dies war Cassinis Blick aus der Umlaufbahn um Saturn am 2. Januar 2010. In diesem Bild wurden die Ringe auf der Nachtseite des Planeten deutlich aufgehellt, um ihre Merkmale deutlicher hervorzuheben. Auf der Tagesseite werden die Ringe sowohl durch direktes Sonnenlicht als auch durch Licht beleuchtet, das von den Wolkendecken des Saturn reflektiert wird. Diese Ansicht in natürlichen Farben ist eine Zusammenstellung von Bildern, die im sichtbaren Licht mit der Schmalwinkelkamera der Raumsonde Cassini in einer Entfernung von etwa 1,4 Millionen Meilen (2,3 Millionen Kilometer) vom Saturn aufgenommen wurden. Die Raumsonde Cassini beendete ihre Mission am 15. September 2017. Bildnachweis: ASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

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] gibt eine bessere Vorstellung von der Gesamtankunftsrate des nicht eisigen Materials und damit davon, wie stark es die Ringe seit ihrer Entstehung „kontaminiert“ haben sollte. Diese von der University of Colorado, Boulder, geleitete Studie weist auch darauf hin, dass die Mikrometeoriten nicht so schnell eintreffen, wie Wissenschaftler dachten, was bedeutet, dass die Schwerkraft des Saturn das Material effektiver in die Ringe ziehen kann. Diese Beweislinien lassen darauf schließen, dass die Ringe diesem kosmischen Hagelsturm nicht länger als ein paar hundert Millionen Jahre ausgesetzt gewesen sein können – ein kleiner Bruchteil des 4,6 Milliarden Jahre alten Saturns und des Sonnensystems.

Diese Schlussfolgerung wird durch das zweite Papier gestützt:^[2] unter der Leitung der Indiana University, die einen anderen Blickwinkel auf die ständige Beschädigung der Ringe durch winzige Weltraumfelsen einnimmt. Die Autoren der Studie identifizierten zwei Dinge, die in der Forschung weitgehend vernachlässigt wurden. Insbesondere untersuchten sie die Physik, die die langfristige Entwicklung der Ringe bestimmt, und stellten fest, dass zwei wichtige Elemente der Mikrometeoritenbeschuss und die Art und Weise sind, wie Trümmer dieser Kollisionen innerhalb der Ringe verteilt werden. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren zeigt sich, dass die Ringe ihre heutige Masse bereits in wenigen hundert Millionen Jahren erreicht haben könnten. Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass sie, weil sie so jung sind, höchstwahrscheinlich entstanden sind, als instabile Gravitationskräfte im Saturnsystem einige seiner Eismonde zerstörten.

„Die Idee, dass die ikonischen Hauptringe des Saturn ein neues Merkmal unseres Sonnensystems sein könnten, war umstritten“, sagte Jeff Cuzzi, Forscher bei Ames und Co-Autor einer der jüngsten Arbeiten, „aber unsere neuen Ergebnisse vervollständigen eine.“ Trifecta von Cassini-Messungen, die diesen Befund schwer zu vermeiden machen.“ Cuzzi fungierte auch als interdisziplinärer Wissenschaftler der Cassini-Mission für die Saturnringe.

Saturn dürfte also mehr als vier Milliarden Jahre alt gewesen sein, bevor er sein heutiges Aussehen annahm. Aber wie lange kann man noch damit rechnen, die schönen Ringe zu tragen, die wir heute kennen?

Die Cassini-Mission entdeckte, dass die Ringe schnell an Masse verlieren, da Material aus den innersten Regionen auf den Planeten fällt. Das dritte Papier,^[3] Eine ebenfalls von der Indiana University geleitete Studie quantifiziert erstmals, wie schnell Ringmaterial in diese Richtung driftet – und auch hier spielen Meteoroiden eine Rolle. Ihre Kollisionen mit vorhandenen Ringpartikeln und die Art und Weise, wie die resultierenden Trümmer nach außen geschleudert werden, bilden zusammen eine Art Förderband, das Ringmaterial in Richtung Saturn transportiert. Indem sie berechnen, was das ganze Hin und Her der Teilchen für deren endgültiges Verschwinden auf dem Planeten bedeutet, kommen die Forscher zu einer schwierigen Nachricht für Saturn: Er könnte in den nächsten paar hundert Millionen Jahren seine Ringe verlieren.

„Ich denke, diese Ergebnisse zeigen uns, dass die ständige Bombardierung durch all diese fremden Trümmer nicht nur die Planetenringe verschmutzt, sondern sie im Laufe der Zeit auch schmälern sollte“, sagte Paul Estrada, Forscher bei Ames und Mitautor aller drei Studien. “Vielleicht Uranus‘ Und NeptunDie winzigen und dunklen Ringe sind das Ergebnis dieses Prozesses. Dass die Saturnringe vergleichsweise kräftig und eisig sind, ist ein Hinweis auf ihre Jugend.“

Junge Ringe, aber – leider! – auch relativ kurzlebig. Anstatt jedoch um ihren endgültigen Untergang zu trauern, können Menschen dankbar sein, ein Mensch zu sein Spezies geboren zu einer Zeit, als Saturn bis ins kleinste Detail gekleidet war, eine planetarische Modeikone, die wir betrachten und studieren können.

Verweise:

„Der Einfall von Mikrometeoroiden auf Saturnringe begrenzt ihr Alter auf nicht mehr als einige hundert Millionen Jahre“ von Sascha Kempf, Nicolas Altobelli, Jürgen Schmidt, Jeffrey N. Cuzzi, Paul R. Estrada und Ralf Srama, 12. Mai 2023, Wissenschaftliche Fortschritte.
DOI: 10.1126/sciadv.adf8537

„Einschränkungen der anfänglichen Masse, des Alters und der Lebensdauer der Saturnringe durch viskose Entwicklungen, zu denen Verschmutzung und Transport durch Mikrometeoritenbeschuss gehören“ von Paul R. Estrada und Richard H. Durisen, 9. Mai 2023, Ikarus.
DOI: 10.1016/j.icarus.2022.115296

„Große Massenzuflussraten in den Saturnringen aufgrund ballistischen Transports und Massenbeladung“ von Richard H. Durisen und Paul R. Estrada, 9. Mai 2023, Ikarus.
DOI: 10.1016/j.icarus.2022.115221