Velen dromen van wat ze zouden doen als ze een tijdmachine hadden. Sommigen zouden 100 miljoen jaar terug in de tijd reizen, toen dinosaurussen over de aarde zwierven. Niet veel, Hoewel, zou eraan denken om een ​​telescoop mee te nemen, en als, hebben gedaan, observeer Saturnus en zijn ringen.

Of onze tijdreizende astronoom in staat zou zijn om de ringen van Saturnus te observeren, is discutabel. Heb de ringen, in een of andere vorm, bestond al sinds het begin van het zonnestelsel, 4,6 miljard jaar geleden, of zijn ze een recentere toevoeging? Waren de ringen zelfs gevormd toen de Chicxulub-asteroïde de dinosaurussen uitroeide?

Ik ben een ruimtewetenschapper met een passie voor het onderwijzen van natuurkunde en sterrenkunde, en de ringen van Saturnus hebben me altijd gefascineerd omdat ze het verhaal vertellen van hoe de ogen van de mensheid werden geopend voor de wonderen van ons zonnestelsel en de kosmos.

Onze kijk op Saturnus evolueert

Toen Galileo in 1610 Saturnus voor het eerst door zijn telescoop observeerde, hij koesterde zich nog steeds in de roem van het ontdekken van de vier manen van Jupiter. Maar Saturnus bracht hem in verwarring. Door zijn telescoop naar de planeet turen, het zag er eerst naar hem uit als een planeet met twee zeer grote manen, dan als een eenzame planeet, en dan weer door zijn nieuwere telescoop, in 1616, als een planeet met armen of handvatten.

Vier decennia later, Giovanni Cassini suggereerde voor het eerst dat Saturnus een geringde planeet was, en wat Galileo had gezien, waren verschillende weergaven van de ringen van Saturnus. Vanwege de 27 graden in de helling van de rotatie-as van Saturnus ten opzichte van het vlak van zijn baan, de ringen lijken naar en weg van de aarde te kantelen met de 29-jarige cyclus van Saturnus' revolutie om de zon, waardoor de mensheid een steeds veranderende kijk op de ringen krijgt.

Maar waar waren de ringen van gemaakt? Waren het vaste schijven zoals sommigen suggereerden? Of waren ze opgebouwd uit kleinere deeltjes? Naarmate er meer structuur zichtbaar werd in de ringen, naarmate er meer gaten werden gevonden, en toen de beweging van de ringen rond Saturnus werd waargenomen, astronomen realiseerden zich dat de ringen niet massief waren, en waren misschien samengesteld uit een groot aantal maantjes, of kleine manen. Tegelijkertijd, schattingen voor de dikte van de ringen gingen van Sir William Herschel's 300 mijl in 1789, naar Audouin Dollfus' veel nauwkeurigere schatting van minder dan twee mijl in 1966.

Het begrip van de ringen door astronomen veranderde drastisch met de Pioneer 11 en de dubbele Voyager-missies naar Saturnus. Voyager's nu beroemde foto van de ringen, verlicht door de zon, toonde voor het eerst aan dat wat leek op de uitgestrekte A, B- en C-ringen bestonden in feite uit miljoenen kleinere ringetjes.

De Cassini-missie naar Saturnus, na meer dan een decennium in een baan om de geringde reus te hebben doorgebracht, gaf planetaire wetenschappers nog meer spectaculaire en verrassende uitzichten. Het prachtige ringsysteem van Saturnus is tussen de 10 meter en een kilometer dik. De gecombineerde massa van zijn deeltjes, die voor 99,8% uit ijs bestaan ​​en waarvan de meeste minder dan een meter groot zijn, is ongeveer 16 biljard ton, minder dan 0,02% van de massa van de maan van de aarde, en minder dan de helft van de massa van Saturnusmaan Mimas. Dit heeft ertoe geleid dat sommige wetenschappers speculeren of de ringen het resultaat zijn van het uiteenvallen van een van de manen van Saturnus of het vangen en uiteenvallen van een verdwaalde komeet.

De dynamische ringen

In de vier eeuwen sinds de uitvinding van de telescoop, Er zijn ook ringen ontdekt rond Jupiter, Uranus en Neptunus, de reuzenplaneten van ons zonnestelsel. De reden waarom de reuzenplaneten zijn versierd met ringen en de aarde en de andere rotsachtige planeten niet, werd voor het eerst voorgesteld door Eduard Roche, een Franse astronoom in 1849.

Een maan en zijn planeet zijn altijd in een zwaartekrachtdans. de maan van de aarde, door aan weerszijden van de aarde te trekken, veroorzaakt de getijden van de oceaan. Getijdenkrachten hebben ook invloed op planetaire manen. Als een maan te dicht bij een planeet komt, deze krachten kunnen de zwaartekracht "lijm" die de maan bij elkaar houdt overwinnen en uit elkaar scheuren. Dit zorgt ervoor dat de maan uiteenvalt en zich langs zijn oorspronkelijke baan verspreidt, een ring vormen.

De Roche-limiet, de minimale veilige afstand voor de baan van een maan, is ongeveer 2,5 keer de straal van de planeet vanaf het centrum van de planeet. Voor enorme Saturnus, dit is een afstand van 87, 000 kilometer boven zijn wolkentoppen en komt overeen met de locatie van de buitenste F-ring van Saturnus. voor de aarde, deze afstand is minder dan 10, 000 kilometer boven het oppervlak. Een asteroïde of komeet zou zich heel dicht bij de aarde moeten wagen om door getijdenkrachten te worden verscheurd en een ring rond de aarde te vormen. Onze eigen maan is een zeer veilige 380, 000 kilometer verderop.

De dunheid van planeetringen wordt veroorzaakt door hun steeds veranderende aard. Een ringdeeltje waarvan de baan gekanteld is ten opzichte van de rest van de ring zal uiteindelijk botsen met andere ringdeeltjes. Daarbij, het zal energie verliezen en zich in het vlak van de ring nestelen. Gedurende miljoenen jaren, al zulke dwalende deeltjes vallen weg of komen in een rij te staan, waardoor alleen het zeer dunne ringsysteem overblijft dat mensen tegenwoordig waarnemen.

Tijdens het laatste jaar van zijn missie, het Cassini-ruimtevaartuig dook herhaaldelijk door de 7, 000 kilometer kloof tussen de wolken van Saturnus en zijn binnenringen. Deze ongekende waarnemingen maakten één feit heel duidelijk:de ringen veranderen voortdurend. Individuele deeltjes in de ringen worden voortdurend door elkaar heen geduwd. Ringdeeltjes regenen gestaag naar Saturnus.

De herder manen Pan, Daphnis, Atlas, Pandora en Prometheus, met een doorsnee van acht tot 130 kilometer, vrij letterlijk herder de ringdeeltjes, ze in hun huidige banen te houden. Dichtheidsgolven, veroorzaakt door de beweging van herdersmanen binnen de ringen, verdring en vorm de ringen opnieuw. Kleine maantjes worden gevormd uit ringdeeltjes die samensmelten. Dit alles geeft aan dat de ringen kortstondig zijn. Elke seconde regent tot 40 ton ijs uit de ringen op de atmosfeer van Saturnus. Dat betekent dat de ringen slechts enkele tientallen tot honderden miljoenen jaren meegaan.

Zou een tijdreizende astronoom de ringen 100 miljoen jaar geleden kunnen hebben gezien? Een indicator voor de leeftijd van de ringen is hun stoffigheid. Objecten die gedurende lange tijd worden blootgesteld aan het stof dat ons zonnestelsel doordringt, worden stoffiger en donkerder.

De ringen van Saturnus zijn extreem helder en stofvrij, lijken erop te wijzen dat ze ergens tussen de 10 en 100 miljoen jaar geleden zijn gevormd, als het begrip van astronomen over hoe ijzige deeltjes stof verzamelen correct is. Eén ding is zeker. De ringen die onze tijdreizende astronaut zou hebben gezien, zouden er heel anders hebben uitgezien dan nu.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.