De stralingsgordels van Aarde en Saturnus verschillen sterker dan eerder werd aangenomen. In deze banden zeer energetische deeltjes, zoals elektronen en protonen, bewegen rond de planeet met hoge snelheden - gevangen door zijn magnetisch veld. In het geval van de aarde, de zonnewind, een stroom van geladen deeltjes van de zon variërend in sterkte, regelt zowel direct als indirect de intensiteit van de stralingsgordel. De stralingsgordels van Saturnus, echter, ontwikkelen zich volledig onafhankelijk van de zonnewind en worden in plaats daarvan beslissend beïnvloed door de manen van de gasreus. Deze resultaten zijn vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy door een groep onderzoekers van het Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) in Duitsland, die samen de meest uitgebreide studie over dit onderwerp tot nu toe hebben geleid. De sleutel tot de nieuwe bevindingen zijn metingen van het MIMI-LEMMS-instrument aan boord van NASA's Cassini-ruimtesonde, die meer dan 13 jaar het Saturnus-stelsel verkende voordat hij op 15 september van dit jaar de planeet induikte.

De activiteit van de zon – en daarmee de kracht van de zonnewind – volgt een cyclus van elf jaar. Het onderzoeken van de langetermijninvloed van de zonnewind op de stralingsgordels van een planeet vereist daarom geduld – en ruimtemissies van aanzienlijke lengte. "Als Cassini's missie naar het Saturnus-stelsel na vier jaar was geëindigd, zoals aanvankelijk gepland, hadden we deze resultaten nooit kunnen bereiken, " legt dr. Elias Roussos van de MPS uit. Gelukkig de missie werd meerdere malen verlengd. Het Magnetospheric Imaging Instrument (MIMI) met zijn hoge-energiedeeltjesdetector (LEMMS) aan boord van Cassini was daarom in staat om de verspreiding van geladen deeltjes in de buurt van Saturnus vast te leggen over een tijdsperiode die een volledige zonnecyclus omvat. "Zulke uitgebreide in-situ gegevens over de stralingsgordels van een planeet zijn anders alleen beschikbaar voor de aarde, " zegt MPS-onderzoeker Dr. Norbert Krupp, die het MIMI-LEMMS-team leidt.

Zoals gegevens van Cassini laten zien, De protonenstralingsgordels van Saturnus zijn gigantisch:ze reiken van de binnenste ring van de planeet tot de baan van de maan Tethys – en dus meer dan 285, 000 kilometer de ruimte in. Een beslissend verschil met de aarde:terwijl onze maan zich ver buiten de grenzen van de magnetosfeer en de stralingsgordels bevindt, De stralingsgordels van Saturnus bevatten verschillende van zijn satellieten, zoals de grote manen Janus, Mimas, en Enceladus. "De manen van Saturnus hebben een beslissende invloed op de stralingsgordels, " zegt Krupp. Ze fungeren als een soort grensmuur op zeer energetische deeltjes, vooral protonen. Alle protonen die verder naar binnen diffunderen vanaf hun plaats van oorsprong, worden geabsorbeerd en dus gestopt wanneer ze in wisselwerking staan ​​met een maan. "Hierdoor ontstaan ​​gebieden in de stralingsgordel die volledig van elkaar geïsoleerd zijn, " zegt Roussos. In tegenstelling tot Saturnus, deeltjes die buiten de stralingsgordels van de aarde ontstaan, kunnen naar binnen reizen en de inhoud aanvullen.

Op aarde, de hoogenergetische deeltjes die de stralingsgordels vormen, hebben twee oorsprongen. Sommige worden rechtstreeks door de zonnewind geleverd. Anderen zijn het gevolg van invallende protonen van extreme energie afkomstig van onze Melkweg, Galactische Kosmische Stralen genoemd. Wanneer galactische kosmische stralen de atmosfeer van de planeet bereiken, het zet een keten van reacties in gang, aan het einde waarvan hoogenergetische elektronen en protonen worden gecreëerd. Aangezien de zonnewind deze kosmische straling gedeeltelijk afschermt en dus moduleert, De activiteit van de zon speelt ook een beslissende rol in dit proces.

In het Saturnus systeem is dit anders. "In de eerste jaren van de Cassini-missie, zagen we dat de zonnewind dramatische veranderingen in de magnetosfeer van Saturnus kon veroorzaken, " zegt Roussos. "Echter, deze directe invloed stopte abrupt bij de baan van de maan Tethys."

Hoe dan ook, aanvankelijk wees alles erop dat de zonnewind nog steeds helpt om de stralingsgordels vorm te geven - al was het maar indirect:de eerste jaren van de Cassini-missie vielen samen met een afname van de activiteit van de zon; de intensiteit van de stralingsgordels nam zoals verwacht toe. In de periode van 2010 tot 2012 echter, er was een snelle intensiteitsdaling die niet kon worden toegeschreven aan de zonnewindmodulatie van Galactische Kosmische Stralen, die op veel langere tijdschalen verandert. En ook zonnestormen, gewelddadige uitbarstingen van deeltjes en straling van de zon, kon niet verantwoordelijk zijn geweest. Terwijl zulke gebeurtenissen op aarde keer op keer een plotselinge afname van de intensiteit veroorzaken, uitgebreide simulaties uitgevoerd door de onderzoekers laten zien, dat dit effect evenmin de jaarlange daling kan verklaren die Cassini zag.

Liever, de wetenschappers vermoeden dat extreem ultraviolette straling van de zon verantwoordelijk kan zijn. Deze straling kan plaatselijk de atmosfeer van een planeet verwarmen. De resulterende turbulente winden geven deze informatie door aan de ionosfeer die door het magnetische veld van de planeet is "verankerd" aan de magnetosfeer. Als resultaat, de protonen in de stralingsgordels verspreiden zich veel efficiënter dan normaal. Onderweg, ze ontmoeten de manen van Saturnus en worden geabsorbeerd:de intensiteit van de stralingsgordels neemt daardoor aanzienlijk af. "We zien dat de intensiteitsdaling in de protonenstralingsgordels van Saturnus precies samenvalt met sterke veranderingen in de EUV-straling van de zon, Roussos beschrijft de nieuwe resultaten. Het is daarom mogelijk dat terwijl de zonnewind geen invloed heeft op de stralingsgordels, de zon kan nog steeds.

"Onze analyses herinneren ons er ook aan hoe sterk de eigenschappen van de stralingsgordels afhangen van de structuur van het specifieke planetenstelsel, dat is, de positie en het aantal manen voor het geval van Saturnus", zegt Roussos. Deze kennis zou ook nuttig kunnen zijn voor een blik over de rand van het zonnestelsel:als in de toekomst de stralingsgordels van een exoplaneet zouden kunnen worden gedetecteerd, deze gegevens kunnen ook indirect informatie bevatten over de eigenschappen en structuur van het systeem.