Op een heldere nacht en met een goede amateurtelescoop zijn Saturnus en zijn opmerkelijke ringen vanaf het aardoppervlak te zien. Maar hoe zijn die ringen ontstaan? En wat kunnen ze ons vertellen over Saturnus en zijn manen, een van de potentiële locaties waar NASA naar leven hoopt te zoeken? Een nieuwe serie supercomputersimulaties heeft een antwoord gegeven op het mysterie van het ontstaan van de ringen, een antwoord waarbij een enorme botsing een rol speelt, toen dinosaurussen nog op aarde rondliepen.
Volgens nieuw onderzoek van NASA en zijn partners zouden de ringen van Saturnus kunnen zijn ontstaan uit de brokstukken van twee ijzige manen die een paar honderd miljoen jaar geleden botsten en uiteenvielen. Puin dat niet in de ringen terechtkwam, kan ook hebben bijgedragen aan de vorming van sommige van Saturnus' huidige manen. "Er is nog zoveel dat we niet weten over het Saturnus-systeem, inclusief de manen die omgevingen herbergen die geschikt zouden kunnen zijn voor leven," zegt Jacob Kegerreis, een onderzoekswetenschapper bij NASA's Ames Research Center in de Californische Silicon Valley. "Het is dus spannend om grote simulaties zoals deze te gebruiken om in detail te onderzoeken hoe ze geëvolueerd zouden kunnen zijn."
Dankzij de Cassini-missie van NASA hebben wetenschappers begrepen hoe jong, astronomisch gesproken, de ringen van Saturnus en waarschijnlijk ook een aantal van zijn manen zijn. En die kennis opende nieuwe vragen over hoe ze gevormd zijn. Om meer te weten te komen, wendde het onderzoeksteam zich tot de Durham University locatie van de Distributed Research using Advanced Computing (DiRAC) supercomputerfaciliteit in het Verenigd Koninkrijk. Ze modelleerden hoe verschillende botsingen tussen voorlopermanen eruit zouden kunnen hebben gezien. Deze simulaties werden uitgevoerd met een resolutie die meer dan 100 keer hoger was dan die van eerdere simulaties. Ze maakten gebruik van de open-source simulatiecode SWIFT en gaven wetenschappers hun beste inzichten in de geschiedenis van het Saturnusstelsel.
De ringen van Saturnus bevinden zich tegenwoordig dicht bij de planeet, binnen wat bekend staat als de Roche-limiet - de verste baan waar de zwaartekracht van een planeet krachtig genoeg is om grotere rots- of ijslichamen die dichterbij komen te desintegreren. Materiaal dat verder weg draait kan samenklonteren tot manen. Door bijna 200 verschillende versies van de inslag te simuleren, ontdekte het team dat een breed scala aan botsingsscenario's de juiste hoeveelheid ijs in de Roche-limiet van Saturnus kon verstrooien, waar het zich in ringen kon nestelen.
En hoewel alternatieve verklaringen niet hebben kunnen aantonen waarom er bijna geen gesteente in de ringen van Saturnus zou zijn - ze bestaan bijna volledig uit brokken ijs - zou dit type botsing dat kunnen verklaren. "Dit scenario leidt van nature tot ijsrijke ringen," zegt Vincent Eke, universitair hoofddocent aan de faculteit Natuurkunde/Instituut voor Computationele Kosmologie aan de Durham University en co-auteur van het artikel. "Wanneer de ijzige progenitormanen tegen elkaar botsen, wordt het gesteente in de kernen van de botsende lichamen minder wijd verspreid dan het bovenliggende ijs."
IJs en rotsachtige brokstukken zouden ook andere manen in het systeem hebben geraakt, waardoor mogelijk een cascade van botsingen ontstond. Zo'n vermenigvuldigend effect zou eventuele andere voorlopermanen buiten de ringen kunnen hebben verstoord, waaruit de manen van vandaag zouden kunnen zijn ontstaan.
Maar wat kan deze gebeurtenissen in de eerste plaats in gang hebben gezet? Twee van Saturnus' voormalige manen kunnen in botsing zijn gekomen door de meestal kleine effecten van de zwaartekracht van de Zon die hun banen rond de planeet destabiliseren. In de juiste configuratie van banen kan de extra aantrekkingskracht van de zon een sneeuwbaleffect hebben - een "resonantie" - die de normaal gesproken cirkelvormige en vlakke banen van de manen verlengt en kantelt totdat hun paden elkaar kruisen, wat resulteert in een botsing met hoge snelheid.
Saturnus' maan Rhea draait vandaag de dag net voorbij de plek waar een maan deze resonantie zou tegenkomen. Net als de maan van de aarde migreren de satellieten van Saturnus in de loop van de tijd naar buiten. Dus als Rhea heel oud was, zou ze de resonantie in een recent verleden hebben overschreden. De baan van Rhea is echter zeer cirkelvormig en vlak. Dit suggereert dat ze de destabiliserende effecten van de resonantie niet heeft ervaren en in plaats daarvan recenter is gevormd. Het nieuwe onderzoek komt overeen met het bewijs dat de ringen van Saturnus recent zijn gevormd, maar er zijn nog steeds grote open vragen. Als ten minste enkele van de ijzige manen van Saturnus ook jong zijn, wat kan dat dan betekenen voor het potentieel voor leven in de oceanen onder het oppervlak van werelden als Enceladus? Kunnen we het volledige verhaal ontrafelen van het oorspronkelijke systeem van de planeet, vóór de inslag, tot nu? Toekomstig onderzoek dat voortbouwt op dit werk zal ons helpen meer te weten te komen over deze fascinerende planeet en de ijswerelden die eromheen draaien.
Bron: NASA
