Jak staré jsou Saturnovy prstence?

Přístroj Cosmic Dust Analyzer na palubě sondy Cassini odhalil, že Saturnovy prstence jsou mnohem mladší, než se dříve myslelo. Studie University of Colorado Boulder vedla k závěru, že Saturnovy prstence jsou mladší než samotná planeta; jsou staré asi 400 milionů let, ale jejich původ zůstává nadále pro astronomy záhadou.

Nová studie zjistila, že Saturnovy prstence nejsou pravděpodobně starší než 400 milionů let, tedy jsou mnohem mladší než samotná planeta, která je stará asi 4,5 miliardy let. Výzkumný tým analyzoval nahromadění prachu na prstencích pomocí dat z Cosmic Dust Analyzer na palubě kosmické sondy NASA s názvem Cassini a dospěl k závěru, že prstence shromažďují prach jen několik set milionů let. Původ Saturnových prstenců však zůstává neznámý a předchozí výzkumy naznačují, že by mohly postupně mizet kvůli ledu, který z nich postupně prší na planetu.

Nová studie vedená fyzikem Saschou Kempfem z University of Colorado v Boulderu přinesla dosud nejpřesvědčivější důkaz, že Saturnovy prstence jsou pozoruhodně mladé – potenciálně odpovídá na otázku, která vrtá hlavou vědcům již více než sto let. Nový výzkum byl publikovaný 12. května 2023 v časopise Science Advances.

„Svým způsobem jsme uzavřeli otázku, která začala Jamesem Clerkem Maxwellem,“ řekl Sascha Kempf, docent v Laboratoři pro atmosférickou a vesmírnou fyziku (LASP) na UC Boulder. Vědci dospěli k tomuto závěru studiem toho, co by se mohlo zdát jako neobvyklé téma: prach. Kempf vysvětlil, že drobná zrnka kamenného materiálu prolétají Sluneční soustavou téměř neustále. V některých případech může tento tok zanechat tenkou vrstvu prachu na planetárních tělesech, včetně ledu, který tvoří Saturnovy prstence. V nové studii se Kempf a jeho kolegové rozhodli zjistit dobu existence Saturnových prstencích studiem toho, jak rychle se vrstva prachu na nich hromadí – něco jako říci, jak starý je dům přejetím prstem po jeho povrchu.

„Přemýšlejte o prstencích jako o koberci ve vašem domě,“ řekl Kempf. „Pokud máte položený čistý koberec, musíte prostě počkat. Na vašem koberci se bude usazovat prach. Totéž platí pro prstence.“

Byl to náročný proces: Od roku 2004 do roku 2017 vědecký tým používal přístroj nazvaný Cosmic Dust Analyzer na palubě kosmické sondy Cassini, aby analyzoval částice prachu prolétající kolem Saturnu. Během těchto 13 let výzkumníci shromáždili pouze 163 zrn, která pocházela z blízkého sousedství planety. Ale stačilo to. Na základě jejich výpočtů se na prstencích Saturnu pravděpodobně shromažďuje prach jen několik set milionů let. Jinými slovy, prstence planety jsou nové úkazy, které vznikají (a potenciálně i zanikají), což se v kosmických měřítkách rovná mrknutí oka.

„Víme, jak přibližně jsou prstence staré, ale neřeší to žádný z našich dalších problémů,“ řekl Kempf. „Stále nevíme, jak se tyto prstence vůbec vytvořily.“

Od Galilea po Cassini

Vědci jsou těmito zdánlivě průsvitnými prstenci uchváceni již více než 400 let. V roce 1610 italský astronom Galileo Galilei poprvé pozoroval útvary pomocí dalekohledu, i když nevěděl, co to je. (Galileovy originální kresby ukazují, že prstence vypadají trochu jako ucha na džbánu s vodou.) V roce 1800 dospěl Maxwell, vědec ze Skotska, k závěru, že Saturnovy prstence nemohou být pevné, ale jsou složeny z mnoha jednotlivých kusů.

Dnes vědci vědí, že Saturn hostí sedm hlavních prstenců složených z bezpočtu kusů ledu, většinou ne větších než balvany na Zemi. Dohromady tento led váží asi polovinu toho, co Saturnův měsíc Mimas, a rozprostírají se do vzdálenosti téměř 280 000 kilometrů od povrchu planety. Kempf dodal, že po většinu 20. století vědci předpokládali, že prstence pravděpodobně vznikly ve stejnou dobu jako planeta Saturn.

Ale tato myšlenka vyvolala několik problémů – jmenovitě Saturnovy prstence jsou jiskřivě čisté. Pozorování naznačují, že tyto útvary jsou tvořeny zhruba z 98 % objemových čistým vodním ledem a pouze malým množstvím kamenné hmoty. „Je téměř nemožné skončit s něčím tak čistým,“ řekl Kempf.

Cassini nabídla příležitost stanovit definitivní stáří Saturnových prstenců. Kosmická sonda dorazila k Saturnu v roce 2004 a sbírala data, dokud v roce 2017 záměrně nevstoupila do atmosféry planety. Cosmic Dust Analyzer, který měl tvar trochu jako kbelík, nabral drobné částice prachu, když prolétaly kolem. Inženýři a vědci z LASP navrhli a zkonstruovali mnohem sofistikovanější prachový analyzátor pro nadcházející misi Europa Clipper, jejíž start k Jupiteru je naplánován na rok 2024.

Tým odhadoval, že tato meziplanetární „špína“ přispěje každý rok na každou čtvereční stopu Saturnových prstenců mnohem méně než gram prachu – jen jakési mírné posypání, ale dost na to, aby se časem nahromadil. Předchozí studie také naznačovaly, že prstence by mohly být mladé, ale nezahrnovaly definitivní měření akumulace prachu.

Závan štěstí

Prstence už možná mizí. V předchozím výzkumu vědci NASA uvedli, že led pomalu prší na planetu a prstence by mohly zcela zmizet za dalších 100 milionů let.

Že tyto pomíjivé útvary existovaly v době, kdy je Galileo a sonda Cassini mohly pozorovat, se zdá být až příliš dobré na to, aby to byla pravda, řekl Kempf – a žádá si vysvětlení, jak se prstence vůbec objevily. Někteří vědci například předpokládali, že prstence Saturnu mohly vzniknout, když gravitace planety roztrhala jeden z jejích měsíců. „Pokud jsou prstence krátkodobé a dynamické, proč je vidíme teprve nyní?“ dodal. „Je to příliš velké štěstí.“

Mezi spoluautory nové studie patří Nicolas Altobelli z Evropské vesmírné agentury, Jürgen Schmidt z Freie Universität Berlin, Jeffrey Cuzzi a Paul Estrada z NASA Ames Research Center a Ralf Srama z Universität Stuttgart.

Zdroj: https://scitechdaily.com/how-old-are-saturns-rings-cosmic-dust-analyzer-reveals-they-are-far-younger-than-once-thought/

autor: František Martinek