Nieuw onderzoek dat voortkomt uit de laatste banen van NASA's Cassini-ruimtevaartuig, betekent een enorme sprong voorwaarts in ons begrip van het Saturnus-systeem - vooral het mysterieuze, nooit eerder verkend gebied tussen de planeet en zijn ringen. Sommige vooropgezette ideeën blijken niet te kloppen terwijl er nieuwe vragen worden gesteld.

Zes teams van onderzoekers publiceren hun werk op 5 oktober in het tijdschrift Wetenschap , gebaseerd op bevindingen van Cassini's Grand Finale. Dat is wanneer, toen het ruimtevaartuig bijna geen brandstof meer had, het missieteam stuurde Cassini spectaculair dicht bij Saturnus in 22 banen voordat het doelbewust verdampte in een laatste duik in de atmosfeer in september 2017.

Wetende dat Cassini's dagen geteld waren, zijn missieteam ging voor goud. Het ruimtevaartuig vloog waar het nooit was ontworpen om te vliegen. Voor de eerste keer, het onderzocht de gemagnetiseerde omgeving van Saturnus, vloog door ijzig, rotsachtige ringdeeltjes en snoof de atmosfeer in de 1, 200 mijl breed (2, 000 kilometer brede) opening tussen de ringen en de wolkentoppen. Niet alleen duwde de vliegbaan het ruimtevaartuig tot het uiterste, de nieuwe bevindingen illustreren hoe krachtig en wendbaar de instrumenten waren.

Er komen nog veel meer wetenschappelijke resultaten van de Grand Finale, maar hier zijn enkele van de hoogtepunten van vandaag:

• Complexe organische verbindingen ingebed in water nanokorrels regenen neer van de ringen van Saturnus in de bovenste atmosfeer. Wetenschappers zagen water en silicaten, maar ze waren verrast om ook methaan te zien, ammoniak, koolmonoxide, stikstof en koolstofdioxide. De samenstelling van de organische stoffen is anders dan die op de maan Enceladus – en ook anders dan die op de maan Titan, wat betekent dat er ten minste drie verschillende reservoirs van organische moleculen in het Saturnus-systeem zijn.
• Voor de eerste keer, Cassini zag van dichtbij hoe ringen interageren met de planeet en observeerde binnenringdeeltjes en gassen die rechtstreeks in de atmosfeer vielen. Sommige deeltjes nemen elektrische ladingen aan en spiralen langs magnetische veldlijnen, vallen in Saturnus op hogere breedtegraden - een fenomeen dat bekend staat als 'ringregen'. Maar wetenschappers waren verrast om te zien dat anderen snel naar Saturnus op de evenaar worden gesleept. En het valt allemaal sneller uit de ringen dan wetenschappers dachten - maar liefst 22, 000 pond (10, 000 kilogram) materiaal per seconde.
• Wetenschappers waren verrast om te zien hoe het materiaal eruit ziet in de opening tussen de ringen en de atmosfeer van Saturnus. Ze wisten dat de deeltjes in de ringen varieerden van groot tot klein. Maar de bemonstering in de opening toonde meestal kleine, deeltjes ter grootte van nanometers, zoals rook, wat suggereert dat een nog onbekend proces deeltjes vermaalt.
• Saturnus en zijn ringen zijn zelfs meer met elkaar verbonden dan wetenschappers dachten. Cassini onthulde een voorheen onbekend elektrisch stroomsysteem dat de ringen verbindt met de top van de atmosfeer van Saturnus.
• Wetenschappers ontdekten een nieuwe stralingsgordel rond Saturnus, dicht bij de planeet en samengesteld uit energetische deeltjes. Ze ontdekten dat terwijl de riem de binnenste ring kruist, de ring is zo dun dat hij de vorming van de riem niet blokkeert.
• In tegenstelling tot elke andere planeet met een magnetisch veld in ons zonnestelsel, Het magnetische veld van Saturnus is bijna volledig uitgelijnd met zijn spin-as. De nieuwe gegevens tonen een magnetische veldhelling van minder dan 0,0095 graden. (Het magnetisch veld van de aarde is 11 graden gekanteld ten opzichte van zijn spin-as.) Volgens alles wat wetenschappers weten over hoe planetaire magnetische velden worden gegenereerd, Saturnus zou er geen moeten hebben. Het is een mysterie dat natuurkundigen zullen proberen op te lossen.
• Cassini vloog boven de magnetische polen van Saturnus, rechtstreekse bemonstering van regio's waar radio-emissies worden gegenereerd. De bevindingen verdubbelden meer dan het aantal directe metingen van radiobronnen van de planeet, een van de weinige niet-terrestrische locaties waar wetenschappers een mechanisme voor het genereren van radiogolven hebben kunnen bestuderen waarvan wordt aangenomen dat het in het hele universum werkt.

Voor de Cassini-missie, de wetenschap die uit de Grand Finale-banen rolt, rechtvaardigt meer dan het berekende risico om in de opening te duiken - langs de bovenste atmosfeer en langs de rand van de binnenste ringen, zei Cassini-projectwetenschapper Linda Spilker.

"Bijna alles wat er in die regio gebeurde, bleek een verrassing, " zei Spilker. "Dat was het belang om daarheen te gaan, om een ​​plek te verkennen waar we nog nooit waren geweest. En de expeditie heeft echt zijn vruchten afgeworpen - de gegevens zijn enorm opwindend."

Analyse van Cassini-gegevens van de instrumenten van het ruimtevaartuig zal de komende jaren aan de gang zijn, helpen om een ​​duidelijker beeld van Saturnus te schetsen.

"Veel mysteries blijven, terwijl we puzzelstukjes in elkaar leggen, "Zei Spilker. "De resultaten van Cassini's laatste banen bleken interessanter dan we ons hadden kunnen voorstellen."

De kranten gepubliceerd in Wetenschap zijn:

"Chemische interacties tussen de atmosfeer van Saturnus en zijn ringen, " door J. Hunter Waite, et al.

"D-ringstof valt in de equatoriale ionosfeer en bovenste atmosfeer van Saturnus, " door Donald Mitchell, et al.

"In-situ verzameling van stofkorrels die van de ringen van Saturnus in zijn atmosfeer vallen, " door Hsiang-Wen Hsu, et al.

"A radiation belt of energetic protons located between Saturn and its rings, " by Elias Roussos, Peter Kollmann, et.al.

"Saturn's magnetic field revealed by the Cassini Grand Finale, " by Michele Dougherty, et.al.

"The low frequency source of Saturn's Kilometric Radiation (SKR), " by Laurent Lamy, et.al.

On Oct. 4, als de Science publication embargo lifts, articles describing research complementary to these findings will post online in Geophysical Research Letters (GRL), a journal of the American Geophysical Union (AGU).