Saturnringe sind klein und können schnell verschwinden

Dies war eine Ansicht von Cassini aus der Umlaufbahn um Saturn am 2. Januar 2010. In diesem Bild wurden die Ringe auf der Nachtseite des Planeten deutlich beleuchtet, wodurch ihre Merkmale deutlicher sichtbar werden. Auf der Tagesseite werden die Ringe durch direktes Sonnenlicht und Licht beleuchtet, das von den Wolkendecken des Saturn reflektiert wird. Diese natürliche Farblandschaft ist eine Zusammenstellung von Bildern, die im sichtbaren Licht mit der Schmalwinkelkamera der Raumsonde Cassini in einer Entfernung von etwa 1,4 Millionen Meilen (2,3 Millionen Kilometer) vom Saturn aufgenommen wurden. Die Raumsonde Cassini beendete ihre Mission am 15. September 2017. Bildnachweis: ASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

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] Es gibt eine bessere Vorstellung von der Gesamtankunftsrate von nicht-glazialem Material und damit davon, inwieweit es die Ringe seit ihrer Entstehung „verschmutzt“ haben muss. Diese von der University of Colorado in Boulder durchgeführte Studie weist auch darauf hin, dass Mikrometeoriten nicht so schnell kommen, wie Wissenschaftler glauben, was bedeutet, dass die Schwerkraft des Saturn Materie effektiver in die Ringe ziehen könnte. Diese Beweise besagen weiter, dass die Ringe diesem kosmischen Hagelsturm nicht länger als ein paar hundert Millionen Jahre ausgesetzt sein können – ein kleiner Bruchteil der 4,6 Milliarden Jahre von Saturn und dem Sonnensystem.

Diese Schlussfolgerung wird durch das zweite Papier gestützt:^[2] Unter der Leitung der Indiana University, die einen anderen Blickwinkel auf das ständige Schlagen der Ringe durch kleine Weltraumfelsen einnimmt. Die Autoren der Studie identifizierten zwei Dinge, die in der Forschung weitgehend vernachlässigt wurden. Insbesondere untersuchten sie die Physik, die die langfristige Entwicklung von Ringen steuert, und stellten fest, dass zwei wichtige Komponenten der Beschuss mit Mikrometeoriten und die Art und Weise waren, wie sich die Trümmer dieser Kollisionen innerhalb der Ringe verteilen. Die Berücksichtigung dieser Faktoren zeigt, dass die Ringe ihre heutige Masse in einigen hundert Millionen Jahren erreicht haben könnten. Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass sie aufgrund ihres jungen Alters wahrscheinlich entstanden sind, als instabile Gravitationskräfte im Saturnsystem einige seiner Eismonde zerstörten.

„Die Idee, dass die ikonischen großen Saturnringe ein neues Merkmal unseres Sonnensystems sein könnten, war umstritten“, sagte Jeff Causey, Forscher bei Ames und Co-Autor einer der jüngsten Arbeiten, „aber unsere neuen Erkenntnisse ergänzen ein Dreifaches.“ Cassini-Messungen, die diese Entdeckung schwer zu vermeiden machen.“ Causey war auch als interdisziplinärer Wissenschaftler an der Cassini-Mission zu den Saturnringen beteiligt.

Es dürfte also mehr als vier Milliarden Jahre gedauert haben, bis der Saturn seine heutige Form annahm. Aber wie lange können Sie damit rechnen, die schönen Ringe, die wir heute kennen, zu tragen?

Die Cassini-Mission entdeckte, dass die Ringe schnell an Masse verlieren, da Material aus den tieferen Regionen des Planeten fällt. Drittes Papier^[3] Außerdem wird unter der Leitung der Indiana University erstmals festgestellt, wie schnell beringte Materie in diese Richtung driftet – und Meteoriten spielen erneut eine Rolle. Ihre Kollisionen mit vorhandenen Ringpartikeln und die Art und Weise, wie die resultierenden Trümmer nach außen geschleudert werden, bilden zusammen eine Art Förderband für die Bewegung, das Ringmaterial in Richtung Saturn transportiert. Indem sie berechneten, was all diese strömenden Teilchen für ihr eventuelles Verschwinden auf dem Planeten bedeuten, kamen Forscher zu einer harten Nachricht für Saturn: Er könnte in den nächsten paar hundert Millionen Jahren seine Ringe verlieren.

„Ich denke, diese Ergebnisse zeigen uns, dass die ständige Bombardierung durch all diese außerirdischen Trümmer nicht nur die Planetenringe verschmutzt, sondern sie mit der Zeit auch schwächen sollte“, sagte Paul Estrada, Forscher bei Ames und Mitautor aller drei Studien. „Vielleicht[{“ 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