Óriási eredmények a Szaturnusz végső megközelítéséből

A NASA Cassini űrszondájának utolsó keringéséből szerzett mérési adatai hatalmas tudományos előrelépést hoztak a szaturnuszi rendszer megértésében – különösképpen az eddig még soha nem vizsgált területre a bolygó és gyűrűi között. Némely korábban felállított elmélet megdőlt, míg sorra újabb kérdések merülnek fel.

Illusztráció, ahogyan a Cassini űrszonda a Szaturnusz és legbelső gyűrűi közötti résben kering a “Nagy Finálé” részeként. Forrás: NASA/JPL-Caltech

Október 5-én 6 kutatócsoport publikálta a Cassini utolsó missziójának (“Grand Finale”, “Nagy Finálé”) eredményeit a Science tudományos folyóiratban. Amikor az űrszonda üzemanyaga elfogyott, a küldetést vezető csoport korábban sosem látott közelségbe vezette a Szaturnuszhoz, ahol 22 keringés megtétele után 2017 szeptemberében egy utolsó ugrással megsemmisült a bolygó atmoszférájában.

Mivel már tudni lehetett, hogy a Cassini napjai meg vannak számlálva, az űrszondát oda irányították, ahova korábban biztonsági megfontolások miatt soha nem is tervezték küldeni. Elsőként vizsgálta ilyen közelről a Szaturnusz mágneses környezetét, keresztülrepült a jeges, sziklás gyűrűkön és még a légkörbe is “beleszagolt” a gyűrűk és az atmoszféra felhőinek teteje között húzódó körülbelül 2000 km széles résben. Ez a manőver nem csak azt mutatta meg, milyen sokat bírt az űrszonda, hanem az új eredményekből az is látszik, mennyire strapabíróak és gyorsak voltak a műszerei.

Néhány az új felfedezésekből: komplex szerves vegyületek hullanak a Szaturnusz gyűrűiből az atmoszférába (a képen lilával jelölve); elektromosan töltött részecskék spiráloznak a mágneses mező erővonalai mentén (“gyűrűeső”) (a képen világoskékkel); újonnan felfedezett sugárzási öv (a kép bal oldalán színessel); elektromos áramok, melyek a Szaturnuszt és D-gyűrűjét kötik össze (az ábrán zölddel); a mágneses tér tengelye szinte teljesen egybeesik a forgástengellyel (a képen a pólusnál látható). Az ábrán a Szaturnusz mágneses terének erővonalait fehér vonalak jelzik. Forrás: NASA/JPL-Caltech

A “Nagy Finálé” méréseiből még sok eredmény várható, de néhány kiemelve az október 5-én megjelentekből:

  • Komplex víz-nanoszemcsékbe ágyazott szerves vegyületek hullanak a Szaturnusz gyűrűjéből az atmoszféra felső régiójába. A kutatók vizet és szilikátokat láttak, de meglepetésükre metán, ammónia, szén-monoxid, nitrogén és szén-dioxid is jelen van. A szerves vegyületek összetétele eltérő attól, mint amit az Enceladus holdon találtak – és eltérő attól is, amit a Titánon. Ez azt jelenti, hogy legalább három egyedi szervesmolekula-forrás található a szaturnuszi rendszerben.
  • Első alkalommal láthattuk közvetlen közelről, hogy hogyan hat kölcsön a bolygó a gyűrűkkel, illetve megfigyeltük a belső gyűrűt alkotó részecskéket és gázokat, ahogy közvetlenül az atmoszférába hullanak. Némely részecske elektromosan töltött és a mágneses erővonalak mentén spirálozva, magasabb szélességeken hullik a Szaturnuszba – ezt a jelenséget “gyűrűesőnek” (ring rain) nevezték el. A kutatókat azonban meglepte, hogy más szemcsék viszont rövid idő alatt az egyenlítőnél sodródnak be a Szaturnuszba. Mindez az anyagveszteség pedig sokkal gyorsabb, mint korábban gondolták – akár 10000 kg anyag távozik a gyűrűkből másodpercenként.
  • Szintén meglepőek a gyűrű és a bolygó atmoszférája közötti résben levő anyag tulajdonságai. Korábban is tudtuk, hogy a gyűrűket felépítő részecskék egészen kicsitől kezdve nagyok is lehetnek. Ugyanakkor a mintavételezés során főképp apró, füstszerű nanométeres részecskéket találtak, ami arra utal, hogy valamilyen egyelőre ismeretlen folyamat felőrli a nagyobb darabokat.
  • A Szaturnusz és gyűrűi sokkal szorosabban csatolódnak, mint a kutatók eddig hitték. A Cassini űrszonda korábban ismeretlen elektromos áram-rendszert fedezett fel, amely közvetlenül összeköti a gyűrűket a Szaturnusz atmoszférájának tetejével.
  • Sikerült egy új, töltött részecskékből álló sugárzási övet is felfedezni a Szaturnusz körül. Bár az öv keresztezi a legbelső gyűrűt, ez annyira vékony, hogy nem akadályozza meg az öv kialakulását.
  • Naprendszerünk bármely más bolygójától eltérően a Szaturnusz mágneses terének tengelye szinte tökéletesen egybeesik a forgástengelyével. Az új mérési adatok szerint a mágneses tengely dőlésszöge kisebb, mint 0,0095 fok. Összehasonlításképpen: a Föld mágneses tengelye és forgástengelye 11 fokos szöget zárnak be. Minden mágneses dinamómodellel szembemegy, amit a Szaturnusz esetében látunk.
  • A Cassini átrepült a Szaturnusz mágneses pólusai fölött, közvetlenül mintavételezve azokat a régiókat, ahonnan a rádiósugárzás származik. Ezzel több mint megkétszerezte a rendelkezésünkre álló közvetlen, bolygóból származó rádióemissziós mérések számát.

“Szinte minden, ami ebben a régióban történik, meglepő eredmény.” – mondta Linda Spilker, a Cassini egyik kutatója. “Ezért volt fontos odamenni, hogy felderítsük azt a tartományt, ahol sosem jártunk még korábban. Az expedíció igazán megérte, a kapott adatok elképesztően izgalmasak.”

A Cassini adatait még éveken keresztül fogják analizálni, ezzel egyre tisztább képet festve a Szaturnuszról.

A publikált cikkek:

Chemical interactions between Saturn’s atmosphere and its rings,” by J.Hunter Waite, et.al.
D-Ring dust falling into Saturn’s equatorial ionosphere and upper atmosphere,” by Donald Mitchell, et.al.
In-situ collection of dust grains falling from Saturn’s rings into its atmosphere,” by Hsiang-Wen Hsu, et.al.
A radiation belt of energetic protons located between Saturn and its rings,” by Elias Roussos, Peter Kollmann, et.al.
Saturn’s magnetic field revealed by the Cassini Grand Finale,” by Michele Dougherty, et.al.
The low frequency source of Saturn’s Kilometric Radiation (SKR),” by Laurent Lamy, et.al.

Október 4-étől a Geophysical Research Letters folyóiratban is elérhetővé vált számos kiegészítő tanulmány.

A borítóképen illusztráció látható a Cassini űrszonda Szaturnusz körüli pályájának elképzelt képéről. Forrás: NASA/JPL-Caltech. A cikk forrása: JPL NASA