Кольца Сатурна маленькие и могут быстро исчезнуть

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] Это дает лучшее представление об общей скорости поступления неледникового материала и, следовательно, о том, насколько он должен был «загрязнить» кольца с момента их образования. Это исследование, проведенное под руководством Университета Колорадо в Боулдере, также указывает на то, что микрометеориты не прилетают так быстро, как думают ученые, а это означает, что гравитация Сатурна может более эффективно притягивать материю к кольцам. Далее это свидетельство говорит о том, что кольца не могут подвергаться воздействию этого космического града в течение более чем нескольких сотен миллионов лет — небольшая часть Сатурна и 4,6 миллиарда лет Солнечной системы.

Поддержкой этого вывода является вторая статья,^[2] Во главе с Университетом Индианы, который по-другому смотрит на постоянное биение колец небольшими космическими камнями. Авторы исследования определили две вещи, которые в значительной степени игнорировались в исследовании. В частности, они изучали физику, управляющую долговременной эволюцией колец, и обнаружили, что двумя важными компонентами являются бомбардировка микрометеоритами и то, как обломки этих столкновений распределяются внутри колец. Учет этих факторов показывает, что кольца могли достичь своей нынешней массы за несколько сотен миллионов лет. Результаты также показывают, что, поскольку они такие молодые, они, вероятно, образовались, когда нестабильные гравитационные силы в системе Сатурна разрушили некоторые из ее ледяных спутников.

«Идея о том, что знаковые большие кольца Сатурна могут быть недавней особенностью нашей Солнечной системы, вызывает споры, — сказал Джефф Кози, исследователь из Эймса и соавтор одной из недавних работ, — но наши новые открытия дополняют тройной факт. Измерения «Кассини», из-за которых трудно избежать этого открытия». Кози также работал междисциплинарным ученым в миссии Кассини к кольцам Сатурна.

Таким образом, Сатурн, возможно, существовал более чем за 4 миллиарда лет до того, как принял свою нынешнюю форму. Но как долго вы можете рассчитывать носить красивые кольца, которые мы знаем сегодня?

Миссия Кассини обнаружила, что кольца быстро теряют массу, поскольку материал падает из более глубоких областей планеты. Третий документ^[3] Также во главе с Индианским университетом впервые определяется, насколько быстро в этом направлении дрейфует кольцеобразное вещество — и снова играют роль метеориты. Их столкновения с существующими кольцевыми частицами и то, как образовавшиеся обломки выбрасываются наружу, объединяются, образуя своего рода конвейерную ленту для движения, которая несет материал кольца к Сатурну. Рассчитав, что означают все эти потоки частиц для их возможного исчезновения на планете, исследователи пришли к неприятным новостям для Сатурна: он может потерять свои кольца в ближайшие несколько сотен миллионов лет.

«Я думаю, эти результаты говорят нам о том, что постоянная бомбардировка всем этим инопланетным мусором не только загрязняет планетарные кольца, но и должна со временем ослабить их», — сказал Пол Эстрада, исследователь Эймса и соавтор всех трех исследований. «может быть[{» 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