Οι δακτύλιοι του Κρόνου είναι μικροί και μπορούν να εξαφανιστούν γρήγορα

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] Δίνει μια καλύτερη ιδέα για το συνολικό ρυθμό άφιξης της μη παγωμένης ύλης και, ως εκ τούτου, πόσο μακριά πρέπει να έχει «μολύνει» τους δακτυλίους από τον σχηματισμό τους. Αυτή η έρευνα, της οποίας ηγήθηκε το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο, Boulder, δείχνει επίσης ότι οι μικρομετεωρίτες δεν έρχονται τόσο γρήγορα όσο νομίζουν οι επιστήμονες, πράγμα που σημαίνει ότι η βαρύτητα του Κρόνου θα μπορούσε να τραβήξει την ύλη πιο αποτελεσματικά στους δακτυλίους. Αυτά τα στοιχεία συνεχίζουν να λένε ότι οι δακτύλιοι δεν μπορούν να εκτεθούν σε αυτήν την κοσμική χαλαζόπτωση για περισσότερο από μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια – ένα μικρό κλάσμα του Κρόνου και των 4,6 δισεκατομμυρίων ετών του ηλιακού συστήματος.

Το συμπέρασμα αυτό υποστηρίζει το δεύτερο έγγραφο,^[2] Με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο της Ιντιάνα, το οποίο παίρνει μια διαφορετική οπτική γωνία για το συνεχές χτύπημα των δαχτυλιδιών από μικρούς διαστημικούς βράχους. Οι συγγραφείς της μελέτης εντόπισαν δύο πράγματα που έχουν παραμεληθεί σε μεγάλο βαθμό στην έρευνα. Συγκεκριμένα, εξέτασαν τη φυσική που διέπει τη μακροπρόθεσμη εξέλιξη των δακτυλίων και διαπίστωσαν ότι δύο σημαντικά στοιχεία ήταν ο βομβαρδισμός των μικρομετεωριτών και ο τρόπος με τον οποίο τα συντρίμμια από αυτές τις συγκρούσεις κατανέμονται μέσα στους δακτυλίους. Λαμβάνοντας υπόψη αυτούς τους παράγοντες δείχνει ότι οι δακτύλιοι θα μπορούσαν να έχουν φτάσει τη σημερινή τους μάζα σε μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια. Τα αποτελέσματα δείχνουν επίσης ότι επειδή είναι τόσο νέοι, πιθανότατα σχηματίστηκαν όταν ασταθείς βαρυτικές δυνάμεις μέσα στο σύστημα του Κρόνου κατέστρεψαν μερικά από τα παγωμένα φεγγάρια του.

«Η ιδέα ότι οι εμβληματικοί μεγάλοι δακτύλιοι του Κρόνου μπορεί να είναι ένα πρόσφατο χαρακτηριστικό του ηλιακού μας συστήματος είναι αμφιλεγόμενη», δήλωσε ο Jeff Causey, ερευνητής στο Ames και συν-συγγραφέας σε μία από τις πρόσφατες εργασίες, «αλλά τα νέα ευρήματά μας συμπληρώνουν ένα τρίπτυχο Μετρήσεις Cassini που κάνουν αυτή την ανακάλυψη δύσκολο να αποφευχθεί». Ο Causey υπηρέτησε επίσης ως διεπιστημονικός επιστήμονας στην αποστολή Cassini στους δακτυλίους του Κρόνου.

Ο Κρόνος, λοιπόν, μπορεί να ήταν πάνω από 4 δισεκατομμύρια χρόνια πριν υιοθετήσει τη σημερινή του μορφή. Πόσο καιρό όμως μπορείς να υπολογίζεις στο να φοράς τα όμορφα δαχτυλίδια που γνωρίζουμε σήμερα;

Η αποστολή Cassini ανακάλυψε ότι οι δακτύλιοι χάνουν γρήγορα μάζα, καθώς πέφτει υλικό από τις βαθύτερες περιοχές του πλανήτη. Τρίτο χαρτί^[3] Επίσης, υπό την ηγεσία του Πανεπιστημίου της Ιντιάνα, καθορίζει για πρώτη φορά πόσο γρήγορα η ύλη με δακτύλιο παρασύρεται προς αυτή την κατεύθυνση – και οι μετεωρίτες παίζουν και πάλι ρόλο. Οι συγκρούσεις τους με τα υπάρχοντα σωματίδια δακτυλίου και ο τρόπος με τον οποίο τα συντρίμμια που προκύπτουν ρίχνονται προς τα έξω συνδυάζονται για να σχηματίσουν ένα είδος μεταφορικής ταινίας για κίνηση που μεταφέρει υλικό δακτυλίου προς τον Κρόνο. Υπολογίζοντας τι σημαίνουν όλα αυτά τα σωματίδια ροής για την τελική εξαφάνισή τους στον πλανήτη, οι ερευνητές έχουν καταλήξει σε μερικά σκληρά νέα για τον Κρόνο: Θα μπορούσε να χάσει τους δακτυλίους του τα επόμενα εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια.

«Νομίζω ότι αυτά τα αποτελέσματα μας λένε ότι ο συνεχής βομβαρδισμός από όλα αυτά τα εξωγήινα συντρίμμια όχι μόνο μολύνει τους πλανητικούς δακτυλίους, αλλά θα πρέπει επίσης να τους αποδυναμώσει με την πάροδο του χρόνου», δήλωσε ο Paul Estrada, ερευνητής στο Ames και συν-συγγραφέας και των τριών μελετών. “μπορεί[{” 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