Rhea: Muligt ringsystem omkring Saturnmånen — første ringe om en måne
Opdag Rhea: Saturnmånen med muligt tyndt ringsystem — første ringe omkring en måne, afsløret af Cassini-fund og analyser i Science.
Rhea, en af Saturns største måner, kan have et meget tyndt ringsystem bestående af tre smalle bånd i en ækvatorial skive af faste partikler. Hvis det bekræftes, ville det være de første ringe, der er set omkring en måne. Opdagelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Science den 6. marts 2008.
Observationerne bag påstanden
I november 2005 målte instrumenter på Cassini-bobleren en uventet mangel på energirige elektroner i Saturns magnetosfære nær Rhea. Forskergruppen bag artiklen tolkede dette som et signal om, at elektronerne blev absorberet af solidt materiale i Rheas ækvatorplan — enten en tynd skive med tre koncentriske og meget smalle ringe eller buer (arcs) af partikler. De modeller, som blev foreslået, antog partikelstørrelser på mange decimeter op til omkring en meter, så små støvpartikler, som normalt ses i optiske billeder, ikke nødvendigvis ville være synlige.
Efterfølgende undersøgelser og usikkerhed
Efter påstanden blev der gennemført målrettede søgninger med Cassinis kameraer og andre instrumenter for at finde direkte lysrefleksion fra ringpartikler eller spor af små støvpartikler. Disse søgninger fandt ingen klar visuel detektion af ringmateriale, og der blev sat strenge øvre grænser for mængden af fint støv omkring Rhea. Manglende optisk detektion betyder dog ikke entydigt, at der ingen ringe er — store, få meter-store klumper kan være sværere at påvise med få billeder, mens de stadig kunne give de observerede elektrondepletioner.
Mulige forklaringer og oprindelse
- Rester efter påvirkning: Ringmaterialet kunne stamme fra et nedslag, hvor ejet materiale blev sat i kredsløb omkring Rhea.
- Fragmenter af små måner: En mindre satellit kan være blevet nedbrudt og spredt ud i en smal ring/skive.
- Overfladeafkast: Mikrometeoritter, der slår materiale løs fra Rheas overflade, kan gradvist fremstille en ring, hvis mekanismer holder materialet i equatorialplanet.
Stabiliteten af et sådant ringsystem omkring en relativt lille måne er dog problematisk: tidevandskræfter, Saturns tyngdefelt og interaktion med plasma i magnetosfæren vil typisk sprede en sådan skive, medmindre der findes konserverende mekanismer (f.eks. små "shepherd"-legemer eller elektrisk/magnetisk fastholdelse).
Status og konklusion
Siden den oprindelige rapport er spørgsmålet om Rheas ringe fortsat uafklaret og genstand for debat. De initiale partikelabsorptioner i magnetosfæren var et interessant og uventet fund, men direkte billedmæssig bekræftelse af ringe mangler. Mange i forskningsmiljøet anser i dag ringsystemet som usandsynligt, eller i hvert fald ikke bevist, fordi opfølgende observationer ikke fandt tydelige spor. For endelig at af- eller bekræfte ringene kræves enten nye observationer med større følsomhed eller fremtidige missioner, der kan studere området tættere.
Et kunstnerisk indtryk af Rheas ringe
Detektion
Voyager 1 så et område uden lige så mange energiske elektroner fanget i Saturns magnetfelt nedstrøms Rhea i 1980. Disse målinger, som aldrig blev forklaret, blev foretaget i en længere afstand end Cassini-dataene.
Den 26. november 2005 foretog Cassini det eneste målrettede forbiflyvning af Rhea under sin primære mission. Den passerede inden for 500 km fra Rheas overflade, nedstrøms Saturns magnetfelt, og så det resulterende plasmaspor, ligesom den havde set det med andre måner, såsom Dione og Tethys. I disse tilfælde var der en afbrydelse af energiske elektroner, da Cassini krydsede ind i månernes plasmaskygger (de områder, hvor månerne selv blokerede magnetosfærisk plasma for at nå Cassini). I Rheas tilfælde begyndte elektronplasmaet imidlertid at falde ved otte gange denne afstand og faldt gradvist indtil det forventede kraftige fald, da Cassini trådte ind i Rheas plasmaskygge. Den udvidede afstand svarer til Rheas Hill-kugle, dvs. afstanden på 7,7 gange Rheas radius, inden for hvilken baner domineres af Rheas og ikke Saturns tyngdekraft. Da Cassini trådte ud af Rheas plasmaskygge, opstod det omvendte mønster: En kraftig stigning i antallet af energiske elektroner og derefter en gradvis stigning ud til Rheas Hill-kugle-radius.
Disse målinger ligner dem fra Enceladus, hvor vand, der kommer ud fra sydpolen, absorberer elektronplasmaet. I Rheas tilfælde er absorptionsmønsteret imidlertid symmetrisk.
Desuden så Magnetospheric Imaging Instrument (MIMI), at denne bløde gradient var afbrudt af tre skarpe fald i plasmastrømmen på hver side af månen, et mønster, der også var næsten symmetrisk.
I august 2007 passerede Cassini gennem Rheas plasmaskygge igen, men længere nede ad floden. Dens målinger svarede til Voyager 1's målinger.
Der er ingen billeder eller direkte observationer af det materiale, der menes at absorbere plasmaet, men de sandsynlige kandidater ville være vanskelige at opdage direkte. Der er planlagt yderligere observationer i Cassinis første missionsforlængelse med en målrettet forbiflyvning planlagt til den 2. marts 2010.
Sammenligning af MIMI-aflæsninger på Rhea og Tethys og mulige ringe. Plasmafølgen er mere turbulent på Rhea end på Tethys, så dens skygge er ikke så tydelig.
En 100 sek. eksponering af en Rhea med baggrundsbelysning viste ingen tegn på ringe. Hvis de findes, er de enten for spinkle eller spreder ikke nok lys til at blive opdaget. Denne betragtningsgeometri er især indstillet på at opdage små støvpartikler af støvstørrelse, så en ring udelukkende bestående af større vragrester er stadig mulig. Den lyse soloplyste halvmåne er nederst til højre; den gibbusagtige belysning på venstre side er planetshine.
Fortolkning
Cassinis forbipasserende bane gør det vanskeligt at fortolke de magnetiske målinger.
De oplagte kandidater til magnetosfærisk plasmaabsorberende stof er neutral gas og støv, men de mængder, der kræves for at forklare det observerede fald i elektroner, er langt større end Cassinis målinger tillader. Derfor hævder finderne, der ledes af Geraint Jones fra Cassini MIMI-holdet, at faldet i elektroner må skyldes faste partikler i kredsløb om Rhea:
En analyse af elektrondataene viser, at denne forhindring højst sandsynligt er i form af en disk af materiale med lav optisk dybde nær Rheas ækvatorplan, og at disken indeholder faste legemer på op til ~1 m i størrelse.
Den enkleste forklaring på de symmetriske afbrydelser i plasmastrømmen er "udstrakte buer eller ringe af materiale", der kredser om Rhea i dens ækvatorplan. Disse symmetriske dips har en vis lighed med den måde, hvorpå Uranus' ringe blev fundet i 1977.
| Mulige Rhean ringe | |
| Ring | Orbitalradius (km) |
| disk | < 5,900 |
| 1 | ≈ 1,615 |
| 2 | ≈ 1,800 |
| 3 | ≈ 2,020 |
Det er dog ikke alle forskere, der er overbevist om, at de observerede signaturer er forårsaget af et ringsystem. Der er ikke set nogen ringe på billederne, hvilket i det mindste sætter en meget lav grænse for små støvpartikler af støvstørrelse. Desuden ville man forvente, at en ring lavet af klippestykker ville generere støv, som sandsynligvis ville være blevet set på billederne.
Historie
Simuleringer tyder på, at faste legemer kan kredse stabilt om Rhea nær dens ækvatorplan over astronomiske tidsskalaer. De er måske ikke stabile omkring Dione og Tethys, fordi disse måner er meget tættere på Saturn og derfor har meget mindre Hillkugler, eller omkring Titan på grund af modstand fra den tætte atmosfære.
Der er blevet fremsat mange forslag om ringernes mulige oprindelse. Et nedslag kunne have bragt materiale i kredsløb; dette kunne være sket for så sent som for 70 millioner år siden. Et lille legeme kunne være blevet splittet, da det blev fanget i kredsløb om Rhea. I begge tilfælde ville vragresterne i sidste ende have sat sig i cirkulære ækvatoriale baner. I betragtning af deres langsigtede banestabilitet er det dog muligt, at de overlever fra selve Rheas dannelse.
For at der kan eksistere forskellige ringe, skal der være noget, der adskiller dem. Forslagene omfatter måner eller klumper af materiale i skiven, som ligner dem, der ses i Saturns A-ring.
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvilken måne er det tynde ringsystem omkring?
A: Det tynde ringsystem er omkring den saturniske måne Rhea.
Q: Hvornår blev opdagelsen af dette tynde ringsystem annonceret?
A: Opdagelsen af det tynde ringsystem blev annonceret i tidsskriftet Science den 6. marts 2008.
Spørgsmål: Hvordan opdagede forskerne, at Saturns magnetosfære nær Rhea ikke havde energirige elektroner?
A: Forskerne opdagede, at Saturns magnetosfære nær Rhea ikke havde energirige elektroner, da de brugte Cassini-bobleren i november 2005.
Sp: Hvad betyder det at sige, at der er "tættere ringe eller buer" omkring Rhea?
A: Det betyder, at der er områder med en højere koncentration af fast materiale, f.eks. partikler med en diameter på mange decimeter til omkring en meter, som danner ringe eller buer omkring Rhea.
Spørgsmål: Hvilken type partikler udgør disse tættere ringe og buer?
Svar: Disse tættere ringe og buer består af faste partikler med en diameter på mange decimeter til omkring en meter.
Spørgsmål: Hvordan adskiller dette sig fra andre kendte ringe, der er set omkring måner?
A: Dette ville være anderledes end andre kendte ringe omkring måner, fordi det ville være første gang, at man har set et tyndt ringsystem omkring en måne.
Søge