Een van de laatste handelingen van NASA's Cassini-ruimtevaartuig voordat zijn dood in de waterstof- en heliumatmosfeer van Saturnus stortte, was om tussen de planeet en zijn ringen te vliegen en ze rond te laten trekken, in wezen als een zwaartekrachtsonde.

Nauwkeurige metingen van Cassini's laatste baan hebben wetenschappers nu in staat gesteld om de eerste nauwkeurige schatting te maken van de hoeveelheid materiaal in de ringen van de planeet. ze wegen op basis van de sterkte van hun zwaartekracht.

Die schatting — ongeveer 40 procent van de massa van Saturnusmaan Mimas, die zelf 2 is, 000 keer kleiner dan de maan van de aarde - vertelt hen dat de ringen relatief recent zijn, die minder dan 100 miljoen jaar geleden zijn ontstaan ​​en misschien nog maar 10 miljoen jaar geleden.

Hun jonge leeftijd maakt een einde aan een langlopend argument onder planetaire wetenschappers. Sommigen dachten dat de ringen 4,5 miljard jaar geleden samen met de planeet werden gevormd uit ijsresten die na de vorming van het zonnestelsel in een baan om de aarde bleven. Anderen dachten dat de ringen erg jong waren en dat Saturnus had, op een gegeven moment, ving een object uit de Kuipergordel of een komeet en reduceerde het geleidelijk tot ronddraaiend puin.

De nieuwe schatting van de massa is gebaseerd op een meting van hoeveel de vliegbaan van Cassini werd afgebogen door de zwaartekracht van de ringen toen het ruimtevaartuig in september 2017 tussen de planeet en de ringen vloog in zijn laatste reeks banen. echter, de doorbuiging kwam niet overeen met voorspellingen op basis van modellen van de planeet en ringen. Pas toen het team rekening hield met zeer diep stromende winden in de atmosfeer op Saturnus - iets dat onmogelijk vanuit de ruimte waar te nemen is - waren de metingen zinvol, waardoor ze de massa van de ringen kunnen berekenen.

"De eerste keer dat ik naar de gegevens keek, geloofde ik het niet, omdat ik onze modellen vertrouwde en het even duurde voordat ik doorhad dat er een effect was dat het zwaartekrachtveld veranderde waar we niet aan hadden gedacht, " zei Burkhard Militzer, een professor in aard- en planetaire wetenschap aan de Universiteit van Californië, Berkeley, die planetaire interieurs modelleert. "Dat bleken massale stromen in de atmosfeer te zijn, minstens 9, 000 kilometer diep rond de evenaar. We dachten aanvankelijk dat deze wolken waren als wolken op aarde, die zijn beperkt tot een dunne laag en bevatten bijna geen massa. Maar op Saturnus zijn ze echt enorm."

Ze berekenden ook dat de oppervlaktewolken op de evenaar van Saturnus 4 procent sneller roteren dan de laag 9, 000 kilometer (ongeveer 6, 000 mijl) diep. Die diepere laag doet er 9 minuten langer over om te roteren dan de wolkentoppen op de evenaar, die eens in de 10 uur rond de planeet gaan, 33 minuten.

"De ontdekking van diep roterende lagen is een verrassende onthulling over de interne structuur van de planeet, " zei Cassini-projectwetenschapper Linda Spilker van NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië. "De vraag is wat ervoor zorgt dat het sneller draaiende deel van de atmosfeer zo diep gaat en wat dat ons vertelt over het binnenste van Saturnus."

Militzer kon ook berekenen dat de rotsachtige kern van de planeet tussen de 15 en 18 keer de massa van de aarde moet zijn, wat vergelijkbaar is met eerdere schattingen.

Het team, geleid door Luciano Iess aan de Sapienza Universiteit van Rome, Italië, rapporteerden hun resultaten vandaag in het tijdschrift Wetenschap .

Zijn de ringen afkomstig van een ijzige komeet?

Eerdere schattingen van de massa van de ringen van Saturnus - tussen de helft en een derde van de massa van Mimas - kwamen van het bestuderen van de dichtheidsgolven die rond de rotsachtige, ijzige ringen. Deze golven worden veroorzaakt door de 62 satellieten van de planeet, inclusief Mimas, die de zogenaamde Cassini-scheiding tussen de twee grootste ringen creëert, A en B. Mimas is glad en rond, 246 kilometer in doorsnee. Het heeft een grote inslagkrater waardoor het lijkt op de Death Star uit de Star Wars-films.

"Mensen vertrouwden de golfmetingen niet omdat er misschien deeltjes in de ringen zijn die enorm zijn maar niet deelnemen aan de golven, "Zei Militzer. "We vermoedden altijd dat er een verborgen massa was die we niet konden zien in de golven."

Gelukkig, toen Cassini het einde van zijn leven naderde, NASA programmeerde het om 22 duiken tussen de planeet en de ringen uit te voeren om het zwaartekrachtveld van Saturnus te onderzoeken. Op aarde gebaseerde radiotelescopen maten de snelheid van het ruimtevaartuig tot op een fractie van een millimeter per seconde.

De nieuwe ringmassawaarde ligt in het bereik van eerdere schattingen en stelt de onderzoekers in staat hun leeftijd te bepalen.

Deze leeftijdsberekeningen, onder leiding van Philip Nicholson van Cornell University en Iess, gebouwd op een verbinding die wetenschappers eerder hadden gemaakt tussen de massa van de ringen en hun leeftijd. Lagere massa wijst op een jongere leeftijd, omdat de ringen aanvankelijk van ijs zijn gemaakt en helder zijn, maar na verloop van tijd vervuild en donkerder worden door interplanetair puin.

"Deze metingen waren alleen mogelijk omdat Cassini in de laatste uren zo dicht bij het oppervlak vloog, " zei Militzer. "Het was een klassieker, spectaculaire manier om de missie te beëindigen."