De ringen van Saturnus behoren tot de juwelen van het zonnestelsel, maar hun tijd lijkt kort en hun bestaan kortstondig.
Een nieuwe studie suggereert dat de ringen tussen de 400 en 100 miljoen jaar oud zijn – een fractie van de leeftijd van het zonnestelsel. Dat betekent dat we gewoon het geluk hebben in een tijd te leven waarin de gigantische planeet zijn prachtige ringen heeft. Onderzoek toont ook aan dat ze over nog eens 100 miljoen jaar verdwenen kunnen zijn.
De ringen werden voor het eerst waargenomen in 1610 door de astronoom Galileo Galilei, die, vanwege de resolutiebeperkingen van zijn telescoop, ze voor het eerst beschreef als twee kleinere planeten aan weerszijden van de hoofdbol van Saturnus, blijkbaar in fysiek contact ermee.
In 1659 publiceerde de Nederlandse astronoom Christiaan Huygens Systema Saturnium, waarin hij ze als eerste beschreef als een dun, plat ringsysteem dat de planeet niet raakte.
Hij liet ook zien hoe hun uiterlijk verandert wanneer ze vanaf de aarde worden bekeken terwijl de twee planeten in een baan om de zon draaien, en waarom ze op bepaalde tijden lijken te verdwijnen. Dat komt omdat hun kijkgeometrie zodanig is dat we ze regelmatig van opzij op aarde zien.
De ringen zijn zichtbaar voor iedereen met een goede verrekijker of een bescheiden tuintelescoop. Glanzend wit tegen de lichtgele bol van Saturnus, zijn de ringen bijna volledig samengesteld uit miljarden waterijsdeeltjes, gloeiend door de verstrooiing van zonlicht.
Temidden van dit ijzige materiaal bevinden zich afzettingen van donkere, stoffige materie. In de ruimtewetenschap verwijst “stof” meestal naar kleine korrels van rotsachtig, metaalachtig of koolstofrijk materiaal dat aanzienlijk donkerder is dan ijs. Ze worden ook gezamenlijk micrometeoroïden genoemd. Deze korrels doordringen het zonnestelsel.
Af en toe kunnen ze ‘s nachts als vallende sterren de atmosfeer van de aarde binnendringen. De zwaartekrachtvelden van de planeten zorgen ervoor dat deze stoffige, planetaire “inval” wordt vergroot of gefocust.
Na verloop van tijd vergroot deze inval de massa van een planeet en verandert de chemische samenstelling ervan. Saturnus is een enorme gasreusplaneet met een straal van ongeveer 60.000 km, ongeveer 9,5 keer die van de aarde en een massa van ongeveer 95 keer die van de aarde. Dit betekent dat het een zeer grote “zwaartekrachtbron” heeft (het zwaartekrachtveld dat een lichaam in de ruimte omringt) dat de stofdeeltjes zeer effectief naar Saturnus leidt.
ramkoers
De ringen strekken zich uit van ongeveer 2.000 km boven het wolkendek van Saturnus tot ongeveer 80.000 km verderop en nemen een groot deel van de ruimte in beslag. Als inkomend stof binnendringt, kan het in de ringen botsen met ijsdeeltjes. Na verloop van tijd worden de ringen door het stof geleidelijk donkerder en neemt hun massa toe.
Cassini-Huygens was een robotachtig ruimtevaartuig dat in 1997 werd gelanceerd. Het bereikte Saturnus in 2004 en kwam in een baan rond de planeet, waar het bleef tot het einde van de missie in 2017. Een van de instrumenten aan boord was de Cosmic Dust Analyzer (CDA).
Met behulp van gegevens van het CDA vergeleken de auteurs in het nieuwe artikel de huidige stoftellingen in de ruimte rond Saturnus met de geschatte massa donker stofmateriaal in de ringen. Ze ontdekten dat de ringen niet ouder zijn dan 400 miljoen jaar en mogelijk zelfs 100 miljoen jaar oud zijn. Dit lijkt misschien een lange tijdschaal, maar het is minder dan een tiende van het 4,5 miljard jaar oude zonnestelsel.
Dit betekent ook dat de ringen niet tegelijkertijd met Saturnus of de andere planeten zijn ontstaan. Ze zijn kosmologisch een nieuwe toevoeging aan het zonnestelsel. Meer dan 90% van de tijd dat Saturnus heeft bestaan, hebben ze niet bestaan.
dode ster
Dit leidt tot een ander mysterie: hoe zijn de ringen oorspronkelijk gevormd, gezien het feit dat alle grote planeten en manen van het zonnestelsel veel eerder zijn gevormd? De gecombineerde massa van de ringen wordt geschat op ongeveer de helft van die van een van de kleinere ijzige manen van Saturnus, waarvan vele enorme inslagkenmerken op hun oppervlak hebben.
Een van hen, de kleine maan Mimas, bijgenaamd de “Death Star”, heeft een 130 km brede inslagkrater genaamd Herschel op het oppervlak.
Dit is zeker niet de grootste krater in het zonnestelsel. Mimas heeft echter slechts een doorsnede van ongeveer 400 km, dus voor die inslag zou niet veel meer energie nodig zijn geweest om de maan uit te wissen. Net als de ringen is Mimas gemaakt van waterijs, dus het is mogelijk dat de ringen zijn gevormd door zo’n catastrofale inslag.
ringen regen
Hoe ze ook gevormd zijn, de toekomst van de ringen van Saturnus bestaat nauwelijks. De impact van de stofkorrels op de ijsdeeltjes vindt plaats met zeer hoge snelheden, waardoor kleine stukjes ijs en stof van hun oorspronkelijke deeltjes worden versplinterd.
Ultraviolet licht van de zon zorgt ervoor dat deze fragmenten elektrisch worden opgeladen door het foto-elektrisch effect. Net als de aarde heeft Saturnus een magnetisch veld, en eenmaal opgeladen worden deze kleine stukjes ijs losgelaten uit het ringsysteem en opgevangen door het magnetische veld van de planeet.
Samen met de zwaartekracht van de gigantische planeet worden ze vervolgens in de atmosfeer van Saturnus gekanaliseerd. Deze “ringregen” werd voor het eerst op afstand waargenomen door de ruimtevaartuigen Voyager 1 en Voyager 2 tijdens hun korte scheervluchten langs Saturnus in het begin van de jaren tachtig.
In een recenter artikel uit 2018 gebruikten wetenschappers stoftellingen, ook van het CDA, terwijl Cassini tussen de ringen van Saturnus en wolkentoppen vloog om erachter te komen hoeveel ijs en stof er in de loop van de tijd uit de ringen verloren gaat. Deze studie toonde aan dat er elk half uur ongeveer een olympisch zwembad aan massa uit de ringen verloren gaat in de atmosfeer van Saturnus.
Op basis van deze stroomsnelheid werd geschat dat de ringen, gezien hun huidige massa, waarschijnlijk over 100 miljoen jaar verdwenen zullen zijn. Deze prachtige ringen hebben een tumultueuze geschiedenis en als ze niet op de een of andere manier worden aangevuld, zal Saturnus ze overspoelen.
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd door The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.
Gareth Dorrian werkt niet voor, adviseert niet, heeft geen eigen belang in of ontvangt geen financiering van bedrijven of organisaties die baat zouden kunnen hebben bij dit artikel, en heeft geen relevante connecties bekendgemaakt buiten haar academische functie.