Pierścienie Saturna. Kiedy tak naprawdę powstały?

Kiedy powstały pierścienie Saturna? Debata na ten temat trwa od lat. Niektórzy badacze sądzą, że powstały wraz z planetą około 4,5 miliarda lat temu z lodowych szczątków pozostających na orbicie po uformowaniu się Układu Słonecznego. Inni, że pierścienie są bardzo młode i że Saturn w pewnym momencie "złapał" obiekt z pasa Kuipera i stopniowo zredukował go do orbitującego wokół gruzu.

Nowe prace, które ukazały się na łamach pisma "Nature Geoscience" (DOI: 10.1038/s41561-024-01598-9) wspierają tę pierwszą koncepcję. Autorzy publikacji twierdzą, że pierścienie Saturna mogą mieć około 4,5 miliarda lat, podobnie jak sam Saturn.

Saturn w Układzie Słonecznym wyróżnia się swoimi charakterystycznymi pierścieniami. Chociaż Jowisz, Uran i Neptun również są otoczone pierścieniami, to w niczym nie przypominają one pierścieni Saturna. Trzy gazowe olbrzymy posiadają pierścienie ledwie dostrzegalne i ciężko je zaobserwować bez odpowiedniego sprzętu.

Kiedy sonda Cassini dotarła do Saturna w 2004 roku, dokonała ciekawego odkrycia. Okazało się, że fragmenty lodu tworzące charakterystyczne pierścienie były dziwnie czyste, pozbawione pyłu, który astronomowie spodziewali się znaleźć, bo przecież od miliardów lat są nieustannie bombardowane mikrometeoroidami. Astronomowie uznali, że to świadczy o tym, iż pierścienie są stosunkowo młode i mają od 100 do 400 milionów lat.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

W nowych analizach naukowcy z Institute of Science Tokyo oraz z Centre national de la recherche scientifique (CNSR) zakwestionowali poprzednie ustalenia dotyczące wieku pierścieni Saturna. Za pomocą modelowania komputerowego Ryuki Hyodo i jego zespół wykazali, że mikrometeoroidy po uderzeniu w pierścienie wyparowują, pozostawiając po sobie niewiele pyłu lub w ogóle.

Maleńkie mikrometeoroidy, o rozmiarze mniejszym niż 100 mikronów, krążą wokół Saturna i są przyspieszane przez potężne przyciąganie grawitacyjne planety. Kawałki lodu tworzące pierścienie są większe i mają wielkość od kilku centymetrów do kilku metrów. Gdy mikrometeoroidy uderzają w kawałki lodu z prędkością ponad 25 kilometrów na sekundę, ciepło uderzenia powoduje odparowanie zarówno mikrometeoroidu, jak i niewielkiego obszaru na powierzchni bryły lodu.

Naukowcy odkryli też, że powstałe podczas uderzenia mikrometeoroidów naładowane cząstki są zasysane w stronę Saturna lub w przestrzeń kosmiczną, utrzymując pierścienie stosunkowo czyste. – Ostatecznie materiał mikrometeoroidowy, już pod postacią nanocząstek i jonów, albo uderza w planetę, albo ucieka do atmosfery Saturna lub w przestrzeń kosmiczną. Podsumowując, mikrometeoroidy prawie nie przyciemniają pierścieni – przyznał Hyodo.

Hyodo i jego zespół nie oszacowali, jak stare są pierścienie Saturna. Ich prace wykazały jedynie, że brak "zabrudzeń" nie świadczy o ich wieku. – Dane z sondy Cassini sugerowały, że pierścienie mogą być młode, ponieważ wydają się niezwykle czyste. Wiele osób po prostu zaakceptowało ten wniosek. Jednak nasza praca teoretyczna pokazuje, że czysty wygląd niekoniecznie oznacza, że ​​pierścienie są młode – zaznaczył Hyodo.

Według Hyodo, możliwe jest, że pierścienie Saturna są tak stare jak sama planeta. W okresie swego powstania Układ Słoneczny był znacznie bardziej chaotyczny, a duże obiekty migrowały i wchodziły ze sobą w interakcje w każdym miejscu. Według autorów nowej publikacji, taki właśnie scenariusz sprzyjałby powstaniu pierścieni Saturna.

– Biorąc pod uwagę ewolucyjną historię Układu Słonecznego, bardziej prawdopodobne jest, że pierścienie powstały bliżej najwcześniejszych czasów Saturna – przyznał Hyodo.

Zespół wskazuje, że potrzebne są dalsze badania, aby określić dokładny wiek pierścieni Saturna. To z kolei mogłoby pomóc nam dowiedzieć się, jak powstały.

Źródło: Science Alert, AP