A Szaturnusz gyűrűit részben árnyék fedi a NASA Cassini űrszondájának felvételén. (Forrás: NASA/JPL/Space Science Institute)

Sascha Kempf fizikus (CU Boulder) minden idők legerősebb bizonyítékát tárja fel új tanulmányában arra, hogy a Szaturnusz gyűrűi rendkívül fiatalok – és valószínűleg választ ad arra a kérdésre, ami több mint egy évszázada foglalkoztatja a kutatókat.

A cikk szerint, amelyet májusban közölt a Science Advances című lap, a Szaturnusz gyűrűi legfeljebb 400 millió évesek. Eszerint a gyűrűk jóval fiatalabbak a nagyjából 4,5 milliárd éves bolygónál.

„Bizonyos tekintetben lezártuk azt a kérdést, amelyet még James Clerk Maxwell vetett fel.” – mondta Kempf.

A Szaturnusz gyűrűi azért kapták színes sávjaikat, mert különböző mennyiségű szennyeződés esett csapdába a gyűrűket alkotó jégben. (Forrás: NASA/JPL/Space Science Institute)

A kutatók egy látszólag szokatlan forrásból dolgoztak: a port vizsgálták. Apró kőzetmorzsák szinte folyamatos áramban mossák át a Naprendszert, magyarázza Kempf. Egyes esetekben ez az áramlás vékony porréteget hagy hátra az égitesteken, köztük a Szaturnusz gyűrűit alkotó jégen.

Az új tanulmányban a kutatók úgy határozták meg a gyűrűk korát, hogy megvizsgálták, milyen gyorsan épül ez a porréteg – mintha abból becsülnénk meg egy régi ház korát, hogy végighúzzuk az ujjunkat a poros felületeken.

Művészi illusztráció a NASA Cassini űrszondájának 2017-es „nagy fináléjáról”, amikor több alkalommal átrepült a Szaturnusz és a gyűrűk között, mielőtt a tervnek megfelelően a bolygó légkörébe csapódott volna.  (Forrás: NASA/JPL-Caltech)

„Gondoljunk úgy a gyűrűkre, mint egy szőnyegre a házunkban.” – mondta Kempf. „Ha kiterítünk egy tiszta szőnyeget, csak várnunk kell, és a por szépen le fog ülepedni rajta. Ez történik a gyűrűkkel is.”

Fáradságos munka volt: a kutatók 2004 és 2017 között a Cassini űrszonda Cosmic Dust Analyzer műszerének a porrétegről gyűjtött adatait elemezték. Ezalatt a 13 év alatt 163 olyan szemcsét gyűjtöttek össze, ami a bolygó közvetlen szomszédságából származott. Nem sok, de elég. A kutatók számításai szerint a Szaturnusz gyűrűi csupán az elmúlt néhány millió évben gyűjtöttek magukra port.

Más szóval a bolygó gyűrűi újak, kozmikus szempontból csupán egy szempillantás alatt jöttek létre (és valószínűleg tűnnek is el).

„Hozzávetőlegesen ismerjük a gyűrűk korát, de ez még nem oldja meg az összes problémát.” – mondta Kempf. „Még mindig nem tudjuk, hogyan alakultak ki először a gyűrűk.”

A csillagászokat már több mint 400 éve rabul ejtik ezek a látszólag áttetsző gyűrűk. Elsőként egy itáliai csillagász, Galileo Galilei észlelte őket teleszkópjával 1610-ben, de még nem tudta, mit lát. (Galilei eredeti rajzain a gyűrűk leginkább egy bögre fülére emlékeztetnek.) Az 1800-as években egy skóciai tudós, Maxwell arra a következtetésre jutott, hogy a Szaturnusz gyűrűi nem lehetnek szilárdak, inkább számos különálló darabból állnak.

Ma már tudjuk, hogy a Szaturnusznak hét gyűrűje van, amelyeket számtalan, sziklatömbnél nem nagyobb jégdarab alkot. Ez a jégmennyiség összesen akkora tömegű, mint a Szaturnusz Mimas holdjának fele, és közel 280 ezer kilométerre nyúlnak a bolygó felszínétől.

Kempf hozzátette, hogy a 20. század nagy részében a kutatók úgy gondolták, hogy a gyűrűk egyidőben keletkeztek a Szaturnusszal.

Ezzel az elmélettel azonban volt pár probléma – konkrétan az, hogy a Szaturnusz gyűrűi csillogóan tiszták. A megfigyelések szerint a gyűrűk 98%-a tisztán vízjég, és csak nagyon kevés kőzetet tartalmaznak. „Szinte teljesen lehetetlen, hogy ilyen tiszta legyen az eredmény.” – mondta Kempf.

A Cassini lehetőséget adott arra, hogy pontosan meghatározzák a Szaturnusz gyűrűinek korát. Az űrszonda 2004-ben érkezett meg a bolygóhoz, és egészen addig gyűjtötte az adatokat, amíg 2017-ben az atmoszférába nem csapódott. A Cosmic Dust Analyzer műszer, amelynek formája egy vödöréhez hasonlított, összekanalazta az apró szemcséket, ahogy elsüvítettek mellette.

A Coloradói Egyetem LASP laboratóriuma megtervezett és megépített egy sokkal kifinomultabb porelemző műszert, amely a tervek szerint 2024-ben induló Europe Clipper küldetésben kap majd szerepet.

A kutatók becslései szerint a bolygóközi szennyeződés kevesebb, mint egy gramm port tesz hozzá évente a Szaturnusz gyűrűinek minden négyzetméteréhez. Ez nagyon kevés, de idővel összeadódik. Voltak már korábbi kutatások, amelyek azt állították, hogy a gyűrűk fiatalok lehetnek, de azokban nem vették figyelembe a por felhalmozódásának mértékét.

Az is lehet, hogy a gyűrűk már eltűnőben vannak. A NASA tudósai korábban arról számoltak be, hogy a jég lassan a bolygóra hullik, és a gyűrűk 100 millió év múlva teljesen eltűnhetnek. 

Kempf szerint az, hogy ezeket az éteri jelenségeket már Galilei és a Cassini űrszonda is megfigyelhette, szinte túl szép, hogy igaz legyen, és magyarázatért kiált a kialakulásukat illetően. Egyes tudósok korábban feltételezték, hogy a gyűrűk akkor keletkezdettek, amikor a bolygó gravitációja szétszakította az egyik holdat. „Ha a gyűrűk rövid életűek és dinamikusak, akkor miért láthatjuk őket éppen most? – mondta. „Ez túl nagy szerencse.”

Forrás: University of Colorado Boulder