Op zijn laatste banen in 2017, het langlopende Cassini-ruimtevaartuig dook tussen de ringen van Saturnus en zijn bovenste atmosfeer en baadde in een stortbui van stof die astronomen 'ringregen' noemen.

In onderzoek dat vandaag is gepubliceerd in Wetenschap , Hsiang-Wen (Sean) Hsu van CU Boulder en zijn collega's melden dat ze met succes microscopisch materiaal hebben verzameld dat uit de ringen van de planeet stroomt.

"Onze metingen laten zien wat deze materialen precies zijn, hoe ze zijn verdeeld en hoeveel stof er in Saturnus komt, " zei Hsu, hoofdauteur van het artikel en een onderzoeksmedewerker bij het Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP).

De bevindingen, die zijn gemaakt met Cassini's Cosmic Dust Analyzer en Radio- en Plasma Wave Science-instrumenten, komen iets meer dan een jaar nadat het ruimtevaartuig in de atmosfeer van Saturnus is opgebrand. Ze komen voort uit de "grote finale van de missie, " waarin Cassini een reeks riskante manoeuvres voltooit om onder de ringen van de planeet te razen met snelheden van 75, 000 mijl per uur.

Het opvangen van stof onder die omstandigheden was een technische en navigatie-coup, zeiden de onderzoekers - een snatch-and-run die het missieteam sinds 2010 had gepland.

"Dit is de eerste keer dat stukken uit de ringen van Saturnus zijn geanalyseerd met een door mensen gemaakt instrument, " zei Sascha Kempf, een co-auteur van de nieuwe studie en een onderzoeksmedewerker bij LASP en universitair hoofddocent bij de afdeling Natuurkunde. "Als je ons jaren geleden had gevraagd of dit wel mogelijk was, we zouden je hebben gezegd 'op geen enkele manier.'"

Het onderzoek maakt deel uit van een reeks studies van Cassini's laatste banen die vandaag in Science verschijnen. NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) leidde de missie, dat was een gezamenlijke inspanning van NASA, de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA) en de Italiaanse Ruimtevaartorganisatie. Ralf Srama van de Universiteit van Stuttgart leidt onderzoek met behulp van de Cosmic Dust Analyzer van het ruimtevaartuig, en William Kurth van de Universiteit van Iowa leidt Radio en Plasma Wave Science.

Prachtige natuurkunde

Het was niet eenvoudig om die ringregen te vangen - die astrofysici hadden voorspeld op basis van studies van de bovenste atmosfeer van Saturnus - in actie:te dicht bij de ringen van een planeet komen, zou het ruimtevaartuig kunnen versnipperen.

Nu Cassini in 2017 bijna geen brandstof meer had, echter, missie wetenschappers besloten om de kans te grijpen. Cassini maakte 22 passen rond Saturnus, draad tussen de dichtstbijzijnde ring van de planeet en de bovenste atmosfeer, een spatie kleiner dan 1, 200 mijl breed.

Tijdens acht van die laatste banen, de Cosmic Dust Analyzer heeft meer dan 2 gevangen, 700 geladen stukjes stof. Op basis van de berekeningen van de groep, dat is genoeg ringregen om elke seconde ongeveer een ton materiaal de atmosfeer van Saturnus in te sturen.

Maar die deeltjes vielen niet alleen door de zwaartekracht rechtstreeks op de planeet. In plaats daarvan, het team vermoedt dat ze als een jojo langs de magnetische veldlijnen van Saturnus draaien voordat ze in de atmosfeer neerstorten.

"Het is een prachtige weergave van natuurkunde op het werk, " zei co-auteur van de studie Mihály Horányi, een professor in de natuurkunde aan de CU Boulder.

Vuile sneeuwballen

De onderzoekers konden ook bestuderen waar dat planetaire stof van gemaakt was. De meeste deeltjes waren stukjes waterijs - het hoofdbestanddeel van de ringen van Saturnus. Maar het ruimtevaartuig heeft ook veel kleine silicaten opgepikt, een klasse van moleculen waaruit veel ruimterotsen bestaan.

Die bevinding is belangrijk, Hsu zei, omdat het zou kunnen helpen bij het beantwoorden van een zeurende vraag over Saturnus:hoe oud zijn zijn ringen? Hij legde uit dat ijzige objecten in de ruimte een beetje lijken op boekenplanken in je huis.

"Het is echt moeilijk om een ​​zuiver ijsoppervlak in het zonnestelsel te behouden, omdat er altijd vuil materiaal op je afkomt, "Zei Hsu. "Een van de dingen die we willen begrijpen, is hoe schoon of vuil de ringen zijn."

Als wetenschappers de exacte soorten silicaten kunnen identificeren die de ringen van Saturnus omhullen, ze kunnen misschien zien of die kenmerken miljarden jaren oud of veel jonger zijn. De collega's van Hsu zijn momenteel bezig om die identificaties te maken. Onderzoekers van LASP bouwen ook voort op wat ze hebben geleerd van Cassini's Cosmic Dust Analyzer om vergelijkbare stofvangende instrumenten te ontwerpen voor NASA's Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP) en Europa Clipper-missies.

Wat betreft Cassini, "Ik weet zeker dat er nog verrassingen zullen komen, " zei Horányi, die ook een mede-onderzoeker is van de Cosmic Dust Analyzer. "We hebben nog steeds enorme hoeveelheden data die we moeten uitzoeken en analyseren."