Badania pokazują, że cząsteczki tworzące jeden z pierścieni Saturna są gęstsze, niż w pozostałych obszarach dysku. Może to oznaczać, że pierścień ten jest znacznie młodszy od pozostałych.

Sierpień 2009 roku był wyjątkowym okresem dla naukowców zajmujących się misją sondy Cassini. Na Saturnie występowało wtedy zjawisko równonocy, czyli jeden z dwóch momentów w ciągu saturnowego roku, kiedy Słońce oświetla pierścienie dokładnie od strony ich krawędzi. Stwarzało to niepowtarzalną okazję, aby zaobserwować krótkotrwałe zmiany w pierścieniach i tym samym lepiej poznać ich naturę.

Podobnie jak w przypadku Ziemi, oś obrotu Saturna jest odchylona od płaszczyzny jego orbity. Podczas swojej podróży wokół Słońca, trwającej aż 29 lat, Saturn jest więc oświetlany przez promienie słoneczne od różnych stron – w zależności od pory roku jedna z jego półkul jest bardziej wystawiona na promienie słoneczne od drugiej. Zmiany oświetlenia dotyczą również pierścieni, których temperatura zmienia się w ciągu roku. Podczas trwającego zaledwie kilka dni zjawiska równonocy pierścienie skryły się w półmroku i zaczęły się ochładzać.

W najnowszych badaniach grupa naukowców misji Cassini zwróciła uwagę na jeden fragment pierścieni, który ochładzał się wolniej od pozostałych. Miał on temperaturę wyższą od przewidywanej, co stworzyło naukowcom jedyną w swoim rodzaju okazję, aby zajrzeć do wnętrza cząsteczek tworzących pierścień.

Do przeprowadzenia badań posłużyły dane zebrane przez sondę Cassini na przestrzeni roku – nie tylko w czasie trwania równonocy, ale również w okolicach zjawiska. Spektrometr, w który wyposażona jest sonda, monitorował temperaturę pierścieni podczas ich ochładzania. Następnie naukowcy porównywali dane z modelami komputerowymi, które miały opisać właściwości cząsteczek tworzących pierścienie.

Wyniki badań okazały się zaskoczeniem. Dla większości przestrzeni pierścieni modele przewidywały proces ochładzania zgodnie z rzeczywistymi obserwacjami. Jednak spory fragment pierścienia A, najbardziej zewnętrznego z głównych pierścieni, był znacznie cieplejszy, niż wskazywałyby na to przewidywania modeli. Zjawisko było najbardziej wyraźne w środkowej części pierścienia A.

W poszukiwaniu wyjaśnienia tego intrygującego zjawiska naukowcy sprawdzali, jaki wpływ na zmiany temperatury ma struktura cząsteczek. Z wcześniejszych badań wiadomo, że powierzchnia cząsteczek tworzących pierścienie jest puszysta jak śnieg. Taka struktura, nazywana regolitem, powstaje z czasem w wyniku drobnych zderzeń pomiędzy cząsteczkami. Najlepszym wyjaśnieniem nietypowych zmian temperatury pierścienia A byłaby inna budowa tworzących go cząstek – miałyby one około metra średnicy i składały się z lodu pokrytego zaledwie cienką warstwą regolitu.

Duże skupisko gęstych, zwartych brył lodu w tym obszarze jest kolejnym zaskoczeniem, ponieważ cząsteczki w pierścieniach zazwyczaj rozprzestrzeniają się równomiernie po całym dysku na przestrzeni około 100 milionów lat. Można stąd wysunąć wniosek, że albo nietypowe cząstki zostały tam umieszczone stosunkowo niedawno, albo są one w jakiś sposób utrzymywane w tym regionie. Naukowcy przedstawiają kilka możliwych wyjaśnień tego zjawiska: kiedyś w tym miejscu mógł krążyć księżyc, który w przeciągu ostatnich 100 milionów lat rozpadł się, na przykład w wyniku zderzenia z innym dużym obiektem. Wówczas odłamki powstałe w wyniku zderzenia nie zdążyłyby się rozprzestrzenić na całą szerokość dysku. Możliwe jednak, że za proces kształtowania tego regionu odpowiedzialne są drobniejsze księżyce Saturna, które rozpadałyby się tam pod wpływem grawitacji planety i jej większych księżyców, dostarczając bryły lodu.

Wyniki mogą więc sugerować, że środkowy fragment pierścienia A jest znacznie młodszy od pozostałych pierścieni Saturna, które mogły się uformować równocześnie z samą planeta. W dalszych badaniach sonda Cassini ma zmierzyć masę głównych pierścieni, wykorzystując do tego wiedzę o oddziaływaniu grawitacyjnym. Naukowcy posłużą się otrzymanymi wynikami w celu oszacowania wieku pierścieni, co rzuci nowe światło na to zagadnienie.

Autor

Katarzyna Mikulska
Katarzyna Mikulska

Od 2013 roku związana z Klubem Astronomicznym Almukantarat