Satürn’ün halkaları küçüktür ve hızla kaybolabilirler.

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] Buzul olmayan malzemenin toplam varış hızı ve dolayısıyla halkaları oluşumlarından bu yana ne kadar “kirletmiş” olması gerektiği hakkında daha iyi bir fikir verir. Boulder’daki Colorado Üniversitesi tarafından yürütülen bu araştırma, mikrometeoritlerin bilim adamlarının düşündüğü kadar hızlı gelmediğini de gösteriyor, bu da Satürn’ün yerçekiminin maddeyi halkalara daha etkili bir şekilde çekebileceği anlamına geliyor. Bu kanıt, halkaların bu kozmik dolu fırtınasına birkaç yüz milyon yıldan daha fazla maruz kalamayacağını söylemeye devam ediyor – Satürn’ün küçük bir kısmı ve güneş sisteminin 4,6 milyar yılı.

Bu sonucu destekleyen ikinci makale,^[2] Küçük uzay kayaları tarafından halkaların sürekli vuruşuna farklı bir açı getiren Indiana Üniversitesi tarafından yönetiliyor. Çalışma yazarları, araştırmada büyük ölçüde ihmal edilen iki şeyi belirlediler. Spesifik olarak, halkaların uzun vadeli evrimini yöneten fiziğe bakıyorlardı ve iki önemli bileşenin mikrometeoritlerin bombardımanı ve bu çarpışmalardan kaynaklanan enkazın halkalar içinde dağılma şekli olduğunu keşfettiler. Bu faktörler dikkate alındığında, halkaların bugünkü kütlelerine birkaç yüz milyon yılda ulaşabilecekleri görülüyor. Sonuçlar ayrıca, çok genç oldukları için muhtemelen Satürn sistemindeki dengesiz yerçekimi kuvvetlerinin buzlu uydularından bazılarını yok etmesiyle oluştuklarını gösteriyor.

Ames’te araştırmacı ve yakın tarihli makalelerden birinin ortak yazarı Jeff Causey, “Satürn’ün ikonik ana halkalarının güneş sistemimizin yakın tarihli bir özelliği olabileceği fikri tartışmalı. Ancak yeni bulgularımız bir üçlüyü tamamlıyor. Bu keşiften kaçınmayı zorlaştıran Cassini ölçümleri.” Causey ayrıca Cassini’nin Satürn’ün halkalarına yaptığı görevde disiplinler arası bir bilim adamı olarak görev yaptı.

O halde Satürn, bugünkü şeklini almadan önce 4 milyar yıldan fazla zaman geçmiş olabilir. Ama bugün bildiğimiz güzel yüzükleri ne kadar süre takacağınıza güvenebilirsiniz?

Cassini misyonu, malzeme gezegenin daha derin bölgelerinden düştükçe halkaların hızla kütle kaybettiğini keşfetti. Üçüncü kağıt^[3] Ayrıca, Indiana Üniversitesi liderliğindeki ekip, halkalı maddenin bu yönde ne kadar hızlı sürüklendiğini ilk kez belirliyor ve göktaşları yine bir rol oynuyor. Mevcut halka parçacıklarıyla çarpışmaları ve ortaya çıkan döküntünün dışarı fırlatılma şekli, halka malzemesini Satürn’e taşıyan hareket için bir tür taşıma bandı oluşturmak üzere birleşir. Araştırmacılar, tüm bu akan parçacıkların gezegende nihai olarak kaybolmaları için ne anlama geldiğini hesaplayarak Satürn için bazı zor haberler buldular: Önümüzdeki birkaç yüz milyon yıl içinde halkalarını kaybedebilir.

Ames’te araştırmacı ve üç çalışmanın da ortak yazarı olan Paul Estrada, “Bence bu sonuçlar bize, tüm bu uzaylı enkazının sürekli bombardımanının gezegen halkalarını kirletmekle kalmayıp aynı zamanda zamanla onları zayıflatması gerektiğini de söylüyor” dedi. “Belki[{” 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