Saturnusmaan Iapetus en zijn vreemde 'schil'. Afbeelding tegoed: NASA / JPL / SSI. Klik om te vergroten.
Is er een mysterieuzere en mooiere planeet voor de waarnemer dan Saturnus? Hoewel alle vier de gasreuzen in ons zonnestelsel een ringsysteem hebben, zijn vanaf de aarde alleen Saturnus te zien. Astronomen in de achtertuin zijn al lang verheugd om getuige te zijn van de twee heldere ringen en de donkere Cassini-divisie, terwijl sterrenwachttelescopen veel afzonderlijke ringen en gaten hebben geïdentificeerd. Pas aan het begin van de jaren tachtig, toen Voyager de 'fly-by' maakte, waren we ons bewust van meer dan duizend individuele ringen die gebonden waren door de zwaartekracht van Saturnus en zijn vele kleine manen. De ringen zelf zijn niets meer dan ijzige deeltjes die in grootte variëren van stofdeeltjes tot keien. Deelnemen aan deze ingewikkelde dans zijn de satellieten - van Mercury-formaat atmosferische Titan tot tuimelende, excentrieke baan om Hyperion. Sinds het einde van de 18e eeuw kennen we Titan, Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea en Iapetus. Onze studies hebben aangetoond dat vier van de manen een sleutelrol spelen bij het vormgeven van het ringsysteem van Saturnus - Pan, Atas, Pandora en Prometheus. We weten dat het sterk reflecterende oppervlak van Enceladus bestaat uit ijs en dat Iapetus aan de ene kant veel helderder is dan aan de andere ...
En heeft mogelijk een ring verzameld terwijl deze door orbitale veranderingen veegde.
Vanaf de ontdekking in 1672 zijn we ons ervan bewust geweest dat de leidende hemisfeer van Iapetus volledig magnitude donkerder is dan de achterste zijde. Dankzij de beelden van de Cassini-missie die in december 2004 zijn genomen, is de aanwezigheid van een grote equatoriale bergkam ontdekt aan de donkere kant van Iapetus.
Volgens een Geophysical Research Letter die op 29 april door Paulo C.C. Freire of Arecibo Observatory, “… deze bergkam en de donkere laag van het halfrond waarop ze ligt, zijn nauw met elkaar verbonden en zijn het resultaat van een botsing met de rand van een primordiale Saturnische ring, uiteindelijk veroorzaakt door een plotselinge verandering in de baan van Iapetus ”. Freire zegt: “Vanwege zijn unieke karakter zullen we de equatoriale bergkam van Iapetus voortaan eenvoudigweg‘ de Rindge ’noemen, wat betekent dat dit kenmerk geen bergkam in de gebruikelijke zin van het woord is; d.w.z. een bergketen veroorzaakt door tektonisch proces. Dit model verklaart uiteraard alle unieke kenmerken van deze satelliet; en is waarschijnlijk de oplossing voor een van de oudste mysteries in de astronomie van het zonnestelsel. ”
Een van de wetenschappelijke doelen van de Cassini fly-by imaging was om licht te werpen op de donkere kant van Iapetus, genaamd Cassini Regio. Tot verbazing van de onderzoekers onthulde het een grote equatoriale bergkam die anders is dan al het andere in het zonnestelsel - een bergkam die zo symmetrisch is ten opzichte van de Cassini Regio dat de twee kenmerken met elkaar moeten worden verbonden, zoals eerder werd erkend door Carolyn Porco - hoofd van de Cassini Imaging Team. De meeste aanwijzingen wijzen op hoe het ringsysteem en de vormende manen ooit om Saturnus zelf draaiden.
Het huidige inzicht in de vorming van het zonnestelsel (en, op kleinere schaal, het Saturnische systeem) geeft aan dat veel planetoïden (en proto-satellieten) ooit zijn begonnen in banen die later onstabiel werden. Ze zouden met elkaar in botsing kunnen zijn gekomen, of uit hun systeem kunnen zijn geworpen door nauwe ontmoetingen met anderen. In het geval van Saturnus is het mogelijk dat ze netjes verstoord waren bij het naderen van Saturnus 'zwaartekracht en gevormde ringsystemen. Dichter bij de planeet, in een gebied dat bekend staat als de "Roche Zone", voorkomt de getijtrek van Saturnus de vorming van proto-satellieten door ringdeeltjes. Om ervoor te zorgen dat de ringbotsingstheorie overeenkomt met wat Cassini heeft afgebeeld, moest Iapetus een van deze manen zijn geweest met onstabiele banen.
Er zijn aanwijzingen dat iets de baan van Iapetus heeft veranderd voordat het in botsing kwam met ringmateriaal. Als dit niet was gebeurd, zou de ring zich hebben aangepast aan de zwaartekracht van Iapetus, zoals blijkt uit satellieten die momenteel in de ringen zijn ingebed. In het geval van deze satellieten kan er geen botsingsscenario optreden. In de omstandigheid van Iapetus was zijn baan noodzakelijkerwijs excentrisch, of er zouden geen snelheidsverschillen bestaan tussen Iapetus en de ringdeeltjes en nogmaals - er zouden geen botsingen optreden.
Een inslag met een ring suggereert ook dat deze veranderde baan een perisaturnium had aan de buitenrand van de Roche Zone, waar ringen voor langere tijd kunnen bestaan. Dit is een aanwijzing dat Iapetus waarschijnlijk veel dichter bij Saturnus was dan zijn huidige baan. "Het bestaan van de korst suggereert dat de baan van Iapetus ten tijde van de botsing equatoriaal was", zegt Freire, "anders zou een botsing met een ring met zijn huidige neiging geen scherpe rand opleveren, maar iets meer als een piekerige donkere coating van het leidende halfrond. ' Concluderend, een satelliet met een equatoriale en excentrische baan heeft een zeer grote kans om verder te interageren met andere satellieten - wat de middelen biedt om opnieuw naar een andere baan te veranderen.
Nu we het podium hebben bepaald, hoe ondersteunen de afbeeldingen die van deze unieke schil zijn gemaakt de theorie? Freire stelt: "Het ringbotsingscenario produceert van nature een lineair kenmerk precies op de evenaar: dit is het geometrische snijpunt van een ringvlak en het oppervlak van een maan met een (voorheen) equatoriale baan." Er is zeer zorgvuldig gekeken naar tektoniek, maar het is onwaarschijnlijk dat zo'n perfect lineaire formatie - precies op de evenaar - het gevolg is van tektonische processen en Iapetus vertoont geen tekenen van vulkanische activiteit.
"Een ander belangrijk kenmerk van de korst is dat de hoogte ervan extreem langzaam varieert met de lengtegraad", zegt Freire, "Dit kan worden verwacht door afzetting van materiaal uit een ring, maar een dergelijke constante hoogte is nooit waargenomen voor een tektonisch kenmerk. Als de oorsprong van de korst tektonisch was en voorafging aan de donkere coating, dan zou deze niet noodzakelijkerwijs beperkt moeten blijven tot Cassini Regio. Als het de coating achteraf zou hebben aangebracht, zou de schil die is opgebouwd uit een opwelling vanuit het interieur van Iapetus veel helderder moeten zijn dan het omliggende oppervlak. "
Er is een aanzienlijke analyse gemaakt van de informatie die Cassini-beeldvorming heeft opgeleverd. De longitudinale lengte van de nok is minder dan 180 graden, wat suggereert dat Iapetus nooit volledig binnen het ringgebied was - wat aangeeft dat het net in botsing kwam met een ringrand. Overwegingen van de hemelmechanica geven aan dat een botsing met een ringrand een oostwaartse beweging van de inslagen van het deeltje ten opzichte van het oppervlak van de satelliet had moeten veroorzaken. "Dit verklaart een belangrijk waargenomen feit: hoewel Cassini Regio symmetrisch is ten opzichte van de korst in de noord / zuid-richting, is dat niet zo in de oost / west-richting." Dit botsingsmodel suggereert dat de schil groter zou zijn aan de westkant waar de impact dichter bij verticaal was en dan langzaam naar het oosten zou afdwalen - een feit ondersteund door de beelden. Met elke seconde miljoenen inslagkraters langs een lijn, zou dit patroon onmiskenbaar worden. De sublimatie van de ijsjes in de inslagdeeltjes zou een voorbijgaande atmosfeer produceren, met een sterk drukverloop weg van de schil. Deze helling zou snelle winden produceren die in staat zijn fijn stof te vervoeren. Freire zegt: "In onze hypothese is het stof dat door dergelijke winden wordt afgezet de donkere laag van de regio die tegenwoordig bekend staat als Cassini Regio." Een dergelijk scenario wordt ondersteund door ander bewijs: "De donkere strepen waargenomen aan de rand van Cassini Regio geven aan dat het een wind was die van de evenaar waaide en die het" stof "afzette. Daar kunnen we zeker van zijn, want Cassini-beelden laten duidelijk zien dat het stof vanaf de kraterranden naar beneden wordt afgezet. ” Dit kan niet worden verklaard door de ballistische vlucht van de deeltjes vanaf de evenaar, zoals voorgesteld door de leider van het Cassini Imaging Team, Carolyn Porco. Het kan niet worden geproduceerd in het huidige Iapetus, omdat het geen atmosfeer heeft. De conclusie dat er ooit een voorbijgaande atmosfeer bestond, wordt onontkoombaar.
Kunnen deze opwindende bevindingen echt afkomstig zijn van een eerdere impact met een van de ringen van Saturnus? De aanwijzingen lijken de stukjes van de puzzel zeker netjes in elkaar te laten passen. Dankzij werk van onderzoekers als Paulo Freire hebben we mogelijk een mysterie van het 333 jaar oude zonnestelsel opgelost.
Geschreven door Tammy Plotner, met dank aan Paulo Freire voor zijn bijdragen.
