Nem mindig volt gyűrűje a Szaturnusznak

A Cassini nagy fináléjának kockázatos manővere közben végzett mérések alapján pontosan meg tudták határozni a gyűrűrendszer tömegét.

Amint arról annak idején beszámoltunk, a NASA Cassini-űrszondáját küldetése vége felé közeledve olyan pályára állították, amelyen öt hónap leforgása alatt 22 alkalommal elrepült a Szaturnusz D-gyűrűjének belső pereme és a felhőtakaró teteje között, utóbbitól változó, 1600–4000 km közti távolságban. A manőver gravimetriai mérésekre is lehetőséget adott. Ehhez a földi követőantennákkal mm/s-nál pontosabban kellett mérni a szonda sebességének változását.

A Szaturnusz gyűrűinek síkját keresztező Cassini-űrszonda. (Fantáziakép: NASA / JPL-Caltech)

A kutatók számításai szerint a gyűrűrendszer teljes tömege mindössze körülbelül 40%-a a Szaturnusz egyik kisebb holdja, a Mimas tömegének (maga a Mimas pedig mintegy 2000-szer kisebb tömegű a mi Holdunknál). Ennek alapján úgy gondolják, hogy a gyűrű viszonylag fiatal képződmény lehet, korát legfeljebb 100 millió évre becsülik, de akár 10 millió év is lehet. Ez a „csekély” életkor úgy tűnik, pontot tesz a bolygókutatók közt hosszú ideje folyó vita végére. Egyes kutatók szerint ugyanis a gyűrűrendszer magával a Szaturnusszal – és az egész Naprendszerrel – együtt 4,5 milliárd évvel ezelőtt keletkezett a Naprendszer kialakulása után visszamaradt jeges törmelékből. Mások már korábban is a gyűrűk fiatal korát valószínűsítették, szerintük a Szaturnusz egy későbbi időpontban befogott egy Kuiper-égitestet vagy egy üstököst, majd annak anyagát az árapályerők szétmorzsolták.

A gyűrűk tömegének legújabb becslése tehát a Cassini 2017. szeptemberig kimért pályaváltozásain alapul. Kezdetben azonban a pályaváltozások nem feleltek meg a bolygó és a gyűrűk tömege alapján készített modellek előrejelzéseinek. Amikor viszont a modellben figyelembe vették a Szaturnusz légkörének mélyén kialakuló – a Földről megfigyelhetetlen –, erős áramlások hatását, akkor összeállt a kép, és sikerült a gyűrűk tömegét megbecsülni. Kiderült, hogy a Szaturnusz egyenlítői vidékén legalább 9000 km mélyen erőteljes áramlások vannak jelen. A kutatók kezdetben arra gondoltak, hogy ezek a földi felhőkhöz hasonlóak, egy vékony rétegre koncentrálódnak, és elhanyagolható a tömegük, kiderült azonban, hogy a Szaturnusz esetében az áramlás tömege jelentős, semmiképpen sem hanyagolható el.

A Szaturnusz belsejében három fő réteg található. A kőzetekből álló magot főként nehéz elemek alkotják. Ezt folyékony, fémes állapotú hidrogén burok veszi körül. A legkülső, vastag réteget gázállapotú, molekuláris hidrogén (H₂) alkotja. (Háttérkép: NASA / JPL-Caltech)

Számításaik szerint a Szaturnusz egyenlítőjénél a felhőtakaró teteje mintegy 4%-kal gyorsabban forog, mint a 9000 km mélyen lévő réteg, vagyis a mélyben lévő rétegek fordulatonként 9 perccel lemaradnak a felhőzet 10 óra 33 percenként körbeforduló tetejéhez képest. Az adatokból azt is ki tudták számítani, hogy a Szaturnusz kőzetekből álló magjának a tömege mintegy 15–18 földtömeg, ami nagyjából megfelel a korábbi becsléseknek.

A gyűrűk tömege és kora közötti összefüggést már korábban felállították. Eszerint a kisebb tömeg fiatal gyűrűnek felel meg, mert kezdetben a főként jégből álló gyűrűk fényesek, később azonban a bolygóközi törmelék szennyező hatására elsötétednek. Most a korábbinál pontosabb tömegmérésnek köszönhetően az eddiginél pontosabb becslést tudtak adni a gyűrűk korára. A Szaturnusz gyűrűjének tömegére vonatkozó korábbi becslések azoknak a hullámoknak a megfigyelésén alapultak, amelyeket a bolygó 62 holdjának gravitációs hatása okoz a gyűrűben. Ezek alapján a gyűrűk össztömegét a Mimas tömegének fele és harmada közöttinek becsülték, jó összhangban az újabb és pontosabb eredménnyel. (A gyűrűk tömegét azért a 246 km átmérőjű Mimashoz szokták hasonlítani, mert ez a hold hozza létre a gyűrűrendszer leglátványosabb rését, az A- és a B-gyűrűk közötti Cassini-rést.)

A nagy finálé idején a Cassini a Szaturnusz D-gyűrűjének belső pereme és a felhőtakaró teteje között repült el. Ennek köszönhetően szét lehetett választani a Szaturnusz okozta gyorsulást a gyűrűk okozta, sokkal kisebb gyorsulástól, mert a két erő ellentétes irányban hatott a szondára. (Háttérkép: NASA / JPL-Caltech)

Kapcsolódó cikkek:
A nagy finálé eredményei
Eljött a vég
A Cassini túlélte!
A Szaturnusz forgása

Kapcsolódó linkek:
Nem mindig volt gyűrűje a Szaturnusznak (UC Berkeley)