Politiek humorist Mark Russel grapte ooit, "De wetenschappelijke theorie die ik het leukst vind, is dat de ringen van Saturnus volledig zijn samengesteld uit verloren vliegtuigbagage."

We zullen, er is geen bagage, het blijkt. Maar een nieuwe studie die verschijnt in Wetenschap op basis van gegevens van de laatste banen van vorig jaar van NASA's Cassini-ruimtevaartuig blijkt dat de ringen van Saturnus - enkele van de meest visueel verbluffende objecten in het universum - veel chemisch gecompliceerder zijn dan eerder werd begrepen.

Verder, het papier laat zien dat de binnenste D-ring van de gasreus, terwijl hij ronddraait, met een buitengewone snelheid stofkorrels in zijn chemische cocktail in de bovenste atmosfeer van de planeet slingert. Over lange tijdschalen, de onderzoekers zeggen dat dit invallende materiaal het koolstof- en zuurstofgehalte van de atmosfeer kan veranderen.

"Dit is een nieuw element van hoe ons zonnestelsel werkt, " zei Thomas Cravens, hoogleraar natuurkunde en astronomie aan de Universiteit van Kansas en een co-auteur van het nieuwe artikel. "Twee dingen verrasten me. Een daarvan is de chemische complexiteit van wat er uit de ringen kwam - we dachten dat het bijna volledig water zou zijn op basis van wat we in het verleden zagen. Het tweede is de enorme hoeveelheid ervan - veel meer dan we oorspronkelijk verwachtten. De kwaliteit en kwantiteit van de materialen die de ringen in de atmosfeer brengen, verraste me."

Cravens is een lid van Cassini's Ion en Neutral Mass Spectrometer (INMS) team. Tijdens Cassini's "Grand Finale" duik in de binnenste ring en bovenste atmosfeer van Saturnus in 2017, de massaspectrometer aan boord van de sonde bemonsterde chemicaliën op hoogten tussen de ringen van Saturnus en de atmosfeer.

Meer dan alleen water, de INMS ontdekte dat de ringen uit water bestonden, methaan, ammoniak, koolmonoxide, moleculaire stikstof en koolstofdioxide.

"Wat de krant beschrijft, is de omgeving in de opening tussen de binnenste ring en de bovenste atmosfeer, en sommige van de gevonden dingen werden verwacht, zoals water, "Zei Cravens. "Wat een verrassing was, was dat de massaspectrometer methaan zag - dat had niemand verwacht. Ook, het zag wat koolstofdioxide, wat onverwacht was. Men dacht dat de ringen volledig uit water bestonden. Maar de binnenste ringen zijn behoorlijk vervuild, zoals het blijkt, met organisch materiaal gevangen in ijs."

Een andere nieuwe bevinding van Cassini's massaspectrometer toonde aan dat grote hoeveelheden van het chemische brouwsel uit de D-ring van Saturnus in de bovenste atmosfeer van de planeet wordt geslingerd doordat de ring sneller ronddraait dan de atmosfeer van de planeet zelf.

"We zagen dat het gebeurde, ook al is het niet volledig begrepen, " zei de KU-onderzoeker. "Wat we zagen is dit materiaal, inclusief wat benzine, veranderde de bovenste atmosfeer van Saturnus in het equatoriale gebied. Er waren zowel granen als stof die besmet waren."

Cravens zei dat de bevindingen nieuw licht kunnen werpen op de mechanismen die ten grondslag liggen aan ons zonnestelsel, evenals andere zonnestelsels en exoplaneten, en ook een groot aantal nieuwe wetenschappelijke vragen oproepen.

"Dit zou ons kunnen helpen begrijpen, hoe komt een planeet aan ringen? Sommigen doen, sommigen niet, ' zei hij. 'Wat is de levensduur van een ring? En wat is het aanvullen van de ringen? Was er een tijd dat Saturnus geen ringen had? Hoe is die compositie daar in de eerste plaats terechtgekomen? Is het een overblijfsel van de vorming van ons zonnestelsel? Dateert het uit de proto pre-zonnenevel, de nevel die instortte uit interstellaire media die de zon en planeten vormden?"

Volgens Cravens, de sneller dan verwachte hoeveelheid materiaal dat uit de D-ring van Saturnus naar de bovenste atmosfeer van de planeet wordt verdreven, of ionosfeer, is voldoende dat astronomen nu denken dat de levensduur van de ring korter kan zijn dan eerder werd geschat.

"Vanwege deze gegevens we hebben nu de levensduur van binnenringen verkort vanwege de hoeveelheid materiaal die naar buiten wordt verplaatst - het is veel meer dan we eerder dachten, " zei Cravens. We weten dat het materiaal minstens 10 keer sneller uit de ringen stoot dan we dachten. Als het niet wordt aangevuld, de ringen gaan niet lang mee - je hebt een gat in je emmer. Jupiter had waarschijnlijk een ring die evolueerde naar de huidige piekerige ring, en het kan om soortgelijke redenen zijn. Ringen komen en gaan. Op een gegeven moment vloeien ze geleidelijk weg, tenzij ze op de een of andere manier nieuw materiaal krijgen."

Bijgestaan ​​door KU-afgestudeerden en niet-gegradueerde studenten, een eerste fase van Cravens' werk omvatte het sorteren en opschonen van onbewerkte gegevens van Cassini's INMS-instrument.

"De onbewerkte gegevens kwamen van ons instrument op Cassini naar deep-space antennes naar NASA's Jet Propulsion Laboratory en vervolgens naar computers in het Southwest Research Institute in San Antonio, waar Hunter Waite, de eerste auteur, is gebaseerd, " hij zei.

Maar de belangrijkste bijdrage van Cravens was het interpreteren van die gegevens met een focus op hoe materialen uit de ringen de ionosfeer van Saturnus veranderen. Cravens en zijn collega's melden dat de instroom van chemicaliën uit de ringen de equatoriale ionosferische chemie van Saturnus verandert door de waterstofionen en triatomaire waterstofionen om te zetten in zwaardere moleculaire ionen. de ionosferische dichtheid van de planeet uitputten.

"Mijn interesse ging uit naar de ionosfeer, de omgeving van geladen deeltjes, en daar heb ik me op gefocust, "Zei Cravens. "Deze smurrie die binnenkomt, verslindt een groot deel van de ionosfeer, beïnvloedt de samenstelling en veroorzaakt waarneembare effecten - dat is wat we nu proberen te begrijpen. De gegevens zijn duidelijk, maar verklaringen worden nog gemodelleerd en dat zal even duren. Het materiaal komt met hoge snelheden Saturnus binnen omdat de ringen een stuk sneller bewegen dan de atmosfeer. Het druppelt niet zomaar binnen. Het komt daar binnenvliegen als een satelliet die onze eigen planeet weer binnenkomt. Deze stofkorrels bewegen met satellietsnelheid, energie afzetten die de atmosfeer kan dissociëren. Per atoom, het is behoorlijk energiek spul vanwege het snelheidsverschil tussen de ringen en de atmosfeer. We denken dat het de bovenste atmosfeer kan verwarmen, de samenstelling veranderen."