Nieuw NASA-onderzoek bevestigt dat Saturnus zijn iconische ringen verliest met de maximale snelheid die wordt geschat op basis van waarnemingen van Voyager 1 en 2 decennia geleden. De ringen worden door de zwaartekracht in Saturnus getrokken als een stoffige regen van ijsdeeltjes onder invloed van het magnetische veld van Saturnus.

"We schatten dat deze 'ringregen' een hoeveelheid waterproducten afvoert die in een half uur een zwembad van olympisch formaat uit de ringen van Saturnus zouden kunnen vullen, " zei James O'Donoghue van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "Van dit alleen, het hele ringsysteem zal over 300 miljoen jaar verdwenen zijn, maar voeg hieraan toe dat het door Cassini-ruimtevaartuig gemeten ringmateriaal op de evenaar van Saturnus viel, en de ringen hebben minder dan 100 miljoen jaar te leven. Dit is relatief kort, in vergelijking met de leeftijd van Saturnus van meer dan 4 miljard jaar." O'Donoghue is hoofdauteur van een onderzoek naar de ringregen van Saturnus in Icarus 17 dec.

Wetenschappers hebben zich lang afgevraagd of Saturnus met de ringen is gevormd of dat de planeet ze later in het leven heeft gekregen. Het nieuwe onderzoek pleit voor het laatste scenario, wat aangeeft dat ze waarschijnlijk niet ouder zijn dan 100 miljoen jaar, omdat het zo lang zou duren voordat de C-ring zou worden wat hij nu is, ervan uitgaande dat hij ooit zo dicht was als de B-ring. "We hebben geluk dat we in de buurt zijn om het ringsysteem van Saturnus te zien, die midden in zijn leven lijkt te zijn. Echter, als ringen tijdelijk zijn, misschien hebben we net de gigantische ringsystemen van Jupiter gemist, Uranus en Neptunus, die vandaag alleen maar dunne lokken hebben!" voegde O'Donoghue eraan toe.

Er zijn verschillende theorieën voorgesteld voor de oorsprong van de ring. Als de planeet ze later in het leven heeft gekregen, de ringen kunnen gevormd zijn toen ze klein waren, ijzige manen in een baan rond Saturnus botsten, misschien omdat hun banen werden verstoord door een aantrekkingskracht van een passerende asteroïde of komeet.

De eerste aanwijzingen dat er ringregen bestond, kwamen van Voyager-waarnemingen van schijnbaar niet-verwante verschijnselen:eigenaardige variaties in de elektrisch geladen bovenste atmosfeer van Saturnus (ionosfeer), dichtheidsvariaties in de ringen van Saturnus, en een drietal smalle donkere banden die de planeet omcirkelen op de noordelijke middelste breedtegraden. Deze donkere banden verschenen in afbeeldingen van de wazige bovenste atmosfeer van Saturnus (stratosfeer), gemaakt door NASA's Voyager 2-missie in 1981.

In 1986, Jack Connerney van NASA Goddard publiceerde een paper in Geofysische onderzoeksbrieven die die smalle donkere banden verbond met de vorm van het enorme magnetische veld van Saturnus, voorstellende dat elektrisch geladen ijsdeeltjes uit de ringen van Saturnus langs onzichtbare magnetische veldlijnen stroomden, water dumpen in de bovenste atmosfeer van Saturnus waar deze lijnen uit de planeet kwamen. De instroom van water uit de ringen, verschijnen op bepaalde breedtegraden, spoelde de stratosferische waas weg, waardoor het donker lijkt in gereflecteerd licht, het produceren van de smalle donkere banden die zijn vastgelegd in de Voyager-afbeeldingen.

De ringen van Saturnus zijn meestal brokken waterijs, variërend in grootte van microscopisch kleine stofkorrels tot rotsblokken van enkele meters (meters) breed. Ringdeeltjes worden gevangen in een evenwichtsoefening tussen de aantrekkingskracht van de zwaartekracht van Saturnus, die hen terug naar de planeet wil lokken, en hun omloopsnelheid, die ze naar buiten de ruimte in wil werpen. Kleine deeltjes kunnen elektrisch worden geladen door ultraviolet licht van de zon of door plasmawolken die afkomstig zijn van micrometeoroïde bombardementen op de ringen. Wanneer dit gebeurt, de deeltjes kunnen de aantrekkingskracht van het magnetische veld van Saturnus voelen, die naar binnen buigt naar de planeet bij de ringen van Saturnus. In sommige delen van de ringen, eenmaal opgeladen, het krachtenevenwicht op deze kleine deeltjes verandert drastisch, en de zwaartekracht van Saturnus trekt ze langs de magnetische veldlijnen de bovenste atmosfeer in.

Eenmaal daar, de ijzige ringdeeltjes verdampen en het water kan chemisch reageren met de ionosfeer van Saturnus. Een resultaat van deze reacties is een verlenging van de levensduur van elektrisch geladen deeltjes die H3+-ionen worden genoemd, die zijn opgebouwd uit drie protonen en twee elektronen. Wanneer geactiveerd door zonlicht, de H3+ ionen gloeien in infrarood licht, die werd waargenomen door O'Donoghue's team met behulp van speciale instrumenten die waren bevestigd aan de Keck-telescoop in Mauna Kea, Hawaii.

Hun waarnemingen onthulden gloeiende banden op het noordelijk en zuidelijk halfrond van Saturnus, waar de magnetische veldlijnen die het ringvlak snijden de planeet binnenkomen. Ze analyseerden het licht om de hoeveelheid regen uit de ring en de effecten ervan op de ionosfeer van Saturnus te bepalen. Ze ontdekten dat de hoeveelheid regen opmerkelijk goed overeenkomt met de verbazingwekkend hoge waarden die meer dan drie decennia eerder door Connerney en collega's werden verkregen, met een regio in het zuiden die het meeste ervan ontvangt.

Het team ontdekte ook een gloeiende band op een hogere breedtegraad op het zuidelijk halfrond. Hier snijdt het magnetische veld van Saturnus de baan van Enceladus, een geologisch actieve maan die geisers van waterijs de ruimte in schiet, wat aangeeft dat sommige van die deeltjes ook op Saturnus regenen. "Dat was geen complete verrassing, " zei Connerney. "We hebben Enceladus en de E-ring ook geïdentificeerd als een overvloedige bron van water, gebaseerd op een andere smalle donkere band in dat oude Voyager-beeld." De geisers, voor het eerst waargenomen door Cassini-instrumenten in 2005, vermoedelijk afkomstig zijn van een oceaan van vloeibaar water onder het bevroren oppervlak van de kleine maan. De geologische activiteit en de wateroceaan maken Enceladus tot een van de meest veelbelovende plaatsen om naar buitenaards leven te zoeken.

Het team wil graag zien hoe de ringregen verandert met de seizoenen op Saturnus. Naarmate de planeet vordert in zijn baan van 29,4 jaar, de ringen worden in verschillende mate aan de zon blootgesteld. Omdat ultraviolet licht van de zon de ijskorrels oplaadt en ze laat reageren op het magnetische veld van Saturnus, wisselende blootstelling aan zonlicht zou de hoeveelheid ringregen moeten veranderen.