Het is al lang bekend dat de ringen van Saturnus niet de perfecte ringen zijn die ze lijken, zoals bij kleine amateur-telescopen, en toen het Cassini-ruimtevaartuig de baan rond Saturnus binnenkwam, werd de wankele stoornis van de massieve B-ring nog duidelijker. Wetenschappers waren verbluft door torenhoge verticale structuren, geschulpte randen aan de ringen en vreemde propelleachtige kenmerken. Maar wetenschappers hebben nu de oorzaak van deze vreemde kenmerken gevonden: de regio gedraagt zich als een spiraalstelsel, zei Carolyn Porco, teamleider van het Cassini-beeldvormingsteam.
'We hebben gevonden wat we hoopten te vinden toen we bijna 13 jaar geleden met Cassini op reis gingen', zei Porco, '(en hebben) inzicht gekregen in de mechanismen die niet alleen de ringen van Saturnus, maar ook hemelschijven hebben gevormd. van een veel grotere schaal, van zonnestelsels, zoals die van onszelf, helemaal tot aan de gigantische spiraalstelsels. '
De B-ring is een van de meest dynamische gebieden in de ringen van Saturnus, en verrassend genoeg zeggen wetenschappers dat de ringen zich gedragen als een miniatuurversie van ons eigen Melkwegstelsel.
Toen het Voyager-ruimtevaartuig in 1980 en 1981 langs Saturnus vloog, zagen wetenschappers dat de buitenrand van de B-ring van de planeet de vorm had van een roterende, afgeplatte voetbal door de zwaartekrachtverstoringen van Mimas. Maar zelfs in de bevindingen van Voyager was het duidelijk dat het gedrag van de buitenste B-ring veel complexer was dan wat Mimas alleen zou doen.
Door de analyse van duizenden Cassini-afbeeldingen van de B-ring over een periode van vier jaar, hebben Porco en haar team de bron van de meeste complexiteit gevonden: ten minste drie extra, onafhankelijk roterende golfpatronen of oscillaties, die de Rand van B-ring.
De oscillaties reizen met verschillende snelheden rond de ring en de kleine, willekeurige bewegingen van de ringdeeltjes voeden energie in een golf die zich vanuit een binnengrens naar buiten over de ring voortplant, en weerkaatst op de buitenrand van de B-ring (die vervormd raakt als een resultaat), en reist dan naar binnen totdat het weerkaatst van de binnengrens. Deze continue heen-en-weer-reflectie is nodig om deze golfpatronen te laten groeien en zichtbaar te maken als vervormingen in de buitenrand van de B-ring.
Bekijk een video van de oscillaties.
Deze oscillaties, met één, twee of drie lobben, worden door geen enkele manen gecreëerd. Ze zijn in plaats daarvan spontaan ontstaan, deels omdat de ring dicht genoeg is en de B-ringrand scherp genoeg is, zodat golven vanzelf kunnen groeien en vervolgens aan de rand reflecteren.
De kleine, willekeurige bewegingen van de ringdeeltjes voeden energie in een golf en zorgen ervoor dat deze groeit. De nieuwe resultaten bevestigen een voorspelling uit het Voyager-tijdperk dat ditzelfde proces alle raadselachtige chaotische golfvormen kan verklaren die te vinden zijn in de dichtste ringen van Saturnus, van tientallen meters tot honderden kilometers breed.
"Dit proces is al geverifieerd om golfelementen te produceren in de dichte ringen van Saturnus die kleinschalig zijn ... ongeveer 150 meter of zo", schreef Porco in haar "Captain’s Log" -functie op de CICLOPS (Cassini imaging) website. "Dat het nu ook golven van grote schaal van honderden kilometers lijkt te produceren in de buitenste B-ring, suggereert dat het op alle ruimtelijke schalen in dichte ringen kan werken."
"Deze oscillaties bestaan om dezelfde reden dat gitaarsnaren natuurlijke trillingsmodi hebben, die kunnen worden opgewonden wanneer ze worden geplukt of anderszins worden verstoord", zegt Joseph Spitale, medewerker van het Cassini-beeldvormingsteam en hoofdauteur van een nieuw artikel in het Astronomical Journal, dat vandaag is gepubliceerd . "De ring heeft ook zijn eigen natuurlijke oscillatiefrequenties, en dat is wat we waarnemen."
Astronomen geloven dat dergelijke "zelf-opgewekte" oscillaties bestaan in andere schijfsystemen, zoals spiraalvormige schijfstelsels en proto-planetaire schijven die worden gevonden rond nabije sterren, maar ze hebben hun bestaan niet direct kunnen bevestigen. De nieuwe waarnemingen bevestigen de eerste grootschalige golfoscillaties van dit type in een brede schijf van materiaal overal in de natuur.
Zelfopgewonden golven op kleine schalen van 100 meter (300 voet) zijn eerder waargenomen door Cassini-instrumenten in een paar dichte ringgebieden en zijn toegeschreven aan een proces dat "viskeuze overstabiliteit" wordt genoemd.
"Normaal gesproken dempt viscositeit, of weerstand tegen stroming, golven - zoals geluidsgolven die door de lucht reizen zouden uitsterven", zegt Peter Goldreich, een planetaire ringtheoreticus aan het California Institute of Technology. "Maar de nieuwe bevindingen tonen aan dat, in de dichtste delen van de ringen van Saturnus, de viscositeit golven versterkt, wat mysterieuze groeven verklaart die voor het eerst te zien waren in beelden die door het Voyager-ruimtevaartuig waren genomen."
"Hoe bevredigend is het om eindelijk een verklaring te vinden voor de meeste, zo niet alle, van de chaotisch ogende structuur die we lang geleden voor het eerst zagen in de dichte ringgebieden van Saturnus met Voyager," zei Porco, "en hebben sindsdien in bijzonder detail gezien met Cassini . '
Bron: JPL, CICLOPS
