حلقات زحل صغيرة ويمكن أن تختفي بسرعة

Cassini mission data suggests that Saturn’s rings are young, possibly only a few hundred million years old, and could disappear in a similar timescale. The rings’ mass, purity, and debris accumulation rates indicate their relatively young age and short lifespan. Two studies show that the rings formed relatively recently and are rapidly losing mass, while a third predicts their disappearance within the next few hundred million years.

While no human could ever have seen Saturn without its rings, in the time of the dinosaurs, the planet may not yet have acquired its iconic accessories – and future Earth dwellers may again know a world without them.

Three recent studies by scientists at NASA’s Ames Research Center in California’s Silicon Valley examine data from NASA’s Cassini mission and provide evidence that Saturn’s rings are both young and ephemeral – in astronomical terms, of course.

The new research looks at the mass of the rings, their “purity,” how quickly incoming debris is added, and how that influences the way the rings change over time. Put those elements together, and one can get a better idea of how long they’ve been around and the time they’ve got left.

Although all four giant planets have ring systems, Saturn’s is by far the most massive and impressive. Scientists are trying to understand why by studying how the rings have formed and how they have evolved over time. Three recent studies by NASA researchers and their partners provide evidence that the rings are a relatively recent addition to Saturn and that they may last only another few hundred million years. Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

The rings are almost entirely pure ice. Less than a few percent of their mass is non-icy “pollution” coming from micrometeoroids, such as asteroid fragments smaller than a grain of sand. These constantly collide with the ring particles and contribute debris to the material circling the planet. The rings’ age has been hard to pin down, because scientists hadn’t yet quantified this bombardment in order to calculate how long it must have been going on.

Now, one of the three new studies^[1] يعطي فكرة أفضل عن إجمالي معدل وصول المواد غير الجليدية وبالتالي إلى أي مدى يجب أن تكون قد “تلوثت” الحلقات منذ تشكلها. يشير هذا البحث ، الذي أجرته جامعة كولورادو في بولدر ، أيضًا إلى أن النيازك الدقيقة لا تصل بالسرعة التي يعتقدها العلماء ، مما يعني أن جاذبية زحل قد تسحب المواد إلى الحلقات بشكل أكثر كفاءة. وتضيف هذه الأدلة أن الحلقات لا يمكن أن تكون قد تعرضت لعاصفة البَرَد الكونية هذه لأكثر من بضع مئات من ملايين السنين – وهو جزء صغير من عمر 4.6 مليار سنة من زحل والنظام الشمسي.

هذا الاستنتاج يدعمه المقال الثاني ،^[2] بقيادة جامعة إنديانا ، والتي تأخذ زاوية مختلفة عن الضرب المستمر للحلقات بواسطة صخور فضائية صغيرة. حدد مؤلفو الدراسة شيئين تم تجاهلهما إلى حد كبير في البحث. على وجه التحديد ، قاموا بفحص الفيزياء التي تحكم التطور طويل المدى للحلقات ووجدوا أن عنصرين مهمين هما قصف النيازك الدقيقة والطريقة التي يتوزع بها الحطام الناتج عن هذه الاصطدامات عبر الحلقات. يظهر أخذ هذه العوامل في الاعتبار أن الحلقات كان من الممكن أن تصل إلى كتلتها الحالية في بضع مئات من ملايين السنين. تشير النتائج أيضًا إلى أنه نظرًا لكونها صغيرة جدًا ، فمن المحتمل أنها تشكلت عندما دمرت قوى الجاذبية غير المستقرة داخل نظام زحل بعض أقماره الجليدية.

قال جيف كوزي ، باحث أميس ومؤلف مشارك لإحدى الأوراق البحثية الحديثة: “فكرة أن الحلقات الرئيسية الأيقونية لزحل قد تكون سمة حديثة لنظامنا الشمسي كانت مثيرة للجدل” ، لكن نتائجنا الجديدة تكمل ثلاثية من قياسات كاسيني. مما يجعل من الصعب تجنب هذا الاكتشاف. كان كوزي أيضًا عالِمًا متعدد التخصصات في مهمة كاسيني لحلقات زحل.

لذلك ربما كان زحل موجودًا منذ أكثر من 4 مليارات سنة قبل اعتماد مظهره الحالي. لكن إلى متى ستستطيع الاعتماد على الخواتم الجميلة التي نعرفها اليوم؟

اكتشفت بعثة كاسيني أن الحلقات تفقد كتلتها بسرعة حيث سقطت مواد من أعمق المناطق على الكوكب. الورقة الثالثة^[3] أيضًا بقيادة جامعة إنديانا ، تحدد لأول مرة معدل انجراف مادة الحلقة في هذا الاتجاه – وتلعب النيازك دورًا مرة أخرى. تتحد اصطداماتها مع جزيئات الحلقة الحالية والطريقة التي يتم بها إلقاء الحطام الناتج إلى الخارج لتكوين نوع من الحزام الناقل للحركة التي تحمل المواد من الحلقة إلى زحل. من خلال حساب ما تعنيه كل هذه الجسيمات المتدفقة لاختفائها النهائي من الكوكب ، توصل الباحثون إلى أخبار سيئة عن زحل: يمكن أن يفقد حلقاته في مئات الملايين من السنين القادمة.

قال بول إسترادا ، الباحث في أميس والمؤلف المشارك للدراسات الثلاث: “أعتقد أن هذه النتائج تخبرنا أن القصف المستمر بكل هذه الحطام الأجنبي لا يؤدي فقط إلى تلويث الحلقات الكوكبية ، بل يجب أيضًا تقليصها بمرور الوقت”. “ربما[{” attribute=””>Uranus’ and Neptune’s diminutive and dark rings are the result of that process. Saturn’s rings being comparatively hefty and icy, then, is an indication of their youth.”

Young rings but – alas! – relatively short-lived, as well. Instead of mourning their ultimate demise, though, humans can feel grateful to be a species born at a time when Saturn was dressed to the nines, a planetary fashion icon for us to behold and study.

References:

“Micrometeoroid infall onto Saturn’s rings constrains their age to no more than a few hundred million years” by Sascha Kempf, Nicolas Altobelli, Jürgen Schmidt, Jeffrey N. Cuzzi, Paul R. Estrada and Ralf Srama, 12 May 2023, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.adf8537

“Constraints on the initial mass, age and lifetime of Saturn’s rings from viscous evolutions that include pollution and transport due to micrometeoroid bombardment” by Paul R. Estrada and Richard H. Durisen, 9 May 2023, Icarus.
DOI: 10.1016/j.icarus.2022.115296

“Large mass inflow rates in Saturn’s rings due to ballistic transport and mass loading” by Richard H. Durisen and Paul R. Estrada, 9 May 2023, Icarus.
DOI: 10.1016/j.icarus.2022.115221