Saturnovy prstence jsou malé a mohou rychle zmizet

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.

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] Dává lepší představu o celkové rychlosti příchodu neledovcového materiálu, a tedy o tom, jak dalece musel „znečišťovat“ prstence od jejich vzniku. Tento výzkum, který vedla University of Colorado, Boulder, také naznačuje, že mikrometeority nepřicházejí tak rychle, jak si vědci myslí, což znamená, že gravitace Saturnu by mohla do prstenců vtáhnout hmotu efektivněji. Tyto důkazy dále říkají, že prstence nemohou být vystaveny tomuto kosmickému krupobití déle než několik stovek milionů let – malý zlomek Saturnu a 4,6 miliardy let sluneční soustavy.

Tento závěr podporuje druhý dokument,^[2] Vedené univerzitou v Indianě, která má jiný úhel pohledu na neustálé bití prstenců malými vesmírnými kameny. Autoři studie identifikovali dvě věci, které byly ve výzkumu do značné míry opomíjeny. Konkrétně se zabývali fyzikou, která řídí dlouhodobý vývoj prstenců, a zjistili, že dvě důležité složky byly bombardování mikrometeoritů a způsob, jakým jsou trosky z těchto srážek distribuovány v prstencích. Vezmeme-li tyto faktory v úvahu, ukazuje se, že prstence mohly dosáhnout své současné hmotnosti za několik set milionů let. Výsledky také naznačují, že protože jsou tak mladé, pravděpodobně vznikly, když nestabilní gravitační síly v saturnském systému zničily některé jeho ledové měsíce.

„Myšlenka, že by ikonické hlavní prstence Saturnu mohly být nedávnou součástí naší sluneční soustavy, byla kontroverzní,“ řekl Jeff Causey, výzkumník z Ames a spoluautor jednoho z nedávných článků. Měření sondy Cassini, která tomuto objevu ztěžují vyhnout se.“ Causey také sloužil jako interdisciplinární vědec na misi Cassini k Saturnovým prstencům.

Saturnu tedy mohlo být více než 4 miliardy let, než přijal svou současnou podobu. Ale jak dlouho můžete počítat s tím, že budete nosit krásné prsteny, které známe dnes?

Mise Cassini zjistila, že prstence rychle ztrácejí hmotu, protože materiál padá z hlubších oblastí planety. Třetí papír^[3] Také pod vedením Indiana University poprvé určuje, jak rychle se prstencová hmota unáší tímto směrem – a meteority opět hrají roli. Jejich srážky s existujícími částicemi prstenců a způsob, jakým jsou výsledné úlomky vymrštěny směrem ven, se spojují a vytvářejí jakýsi dopravní pás pro pohyb, který nese prstencový materiál směrem k Saturnu. Výpočtem toho, co všechny tyto proudící částice znamenají pro jejich případné zmizení na planetě, výzkumníci přišli s těžkou zprávou pro Saturn: V příštích několika stovkách milionů let by mohl ztratit své prstence.

„Myslím, že tyto výsledky nám říkají, že neustálé bombardování všemi těmito mimozemskými úlomky nejen znečišťuje planetární prstence, ale mělo by je také časem oslabit,“ řekl Paul Estrada, výzkumník z Ames a spoluautor všech tří studií. „možná[{“ 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