Nieuwe simulaties werpen licht op hoe de ringen van Saturnus en zijn ijzige manen zijn ontstaan. En het lijkt erop dat het er in vervlogen tijden nogal onstuimig aan toe ging.
Op een heldere nacht kun je met een goede sterrenkijker Saturnus en zijn indrukwekkende ringen spotten. Maar hoe zijn die prachtige ringen eigenlijk ontstaan? Het is een prangende vraag die menig astronoom bezighoudt. Onderzoekers vermoeden nu dat ze dit raadselachtige mysterie eindelijk hebben opgelost. En dat verklaart ook gelijk hoe Saturnus aan zijn manen is gekomen.
Saturnus’ ringen
De ringen van Saturnus houden de gemoederen al geruime tijd bezig. Zo debatteren wetenschappers niet alleen al jaren over de vraag hoe de ringen zijn ontstaan, maar ook hoe oud ze precies zijn. Onderzoekers hopen dat antwoorden op deze vragen meer inzicht kunnen verschaffen in de manen van Saturnus, plekken waar NASA hoopt te zoeken naar tekenen van leven.
Ondertussen zijn onderzoekers al meer dan 400 jaar in de ban van Saturnus’ ogenschijnlijk doorzichtige ringen. In 1610 observeerde de Italiaanse astronoom Galileo Galilei ze voor het eerst door een telescoop, hoewel hij niet wist wat ze waren (op de originele tekeningen van Galileo lijken de ringen een beetje op de handvatten van een waterkan). In de jaren 1800 concludeerde James Clerk Maxwell, een wetenschapper uit Schotland, dat de ringen van Saturnus niet massief konden zijn, maar uit veel afzonderlijke delen bestaan. Tegenwoordig weten we dat Saturnus zeven ringen herbergt die bestaan uit ontelbare brokken ijs, de meeste niet groter dan een rotsblok op aarde. Alles bij elkaar weegt dit ijs ongeveer half zoveel als de Saturnusmaan Mimas. De ringen strekken zich uit tot zo’n 280.000 kilometer afstand vanaf het oppervlak.
NASA’s Cassini-missie heeft bijgedragen aan het begrip van wetenschappers over hoe ‘jong’ – in astronomische termen – de ringen van Saturnus en waarschijnlijk ook enkele van zijn manen zijn. Deze kennis heeft echter nieuwe vragen doen rijzen over hoe deze structuren eigenlijk zijn ontstaan. “Er is nog veel onbekend over het Saturnus-systeem, met name over de manen die wellicht leefbare omstandigheden herbergen,” zegt onderzoeker Jacob Kegerreis. “Daarom is het opwindend om met behulp van simulaties in detail te onderzoeken hoe deze manen zich in de loop der tijd hebben kunnen ontwikkelen.”
Simulaties
Om dieper in de kwestie te duiken, schakelde het onderzoeksteam de hulp in van een krachtige supercomputer. Vervolgens maakten ze modellen om te onderzoeken hoe verschillende botsingen tussen oude manen mogelijk hebben plaatsgevonden. Deze simulaties waren buitengewoon gedetailleerd, waardoor wetenschappers hun meest waardevolle inzichten tot nu toe konden verkrijgen over de geschiedenis van Saturnus.
Botsing
Deze recente reeks simulaties heeft nu eindelijk het mysterie van de oorsprong van de ringen opgelost. Het blijkt dat Saturnus’ ringen hun oorsprong vinden in een enorme, catastrofale botsing die plaatsvond toen dinosauriërs nog de aarde bewoonden. Het onderzoek suggereert dat de ringen van Saturnus mogelijk zijn ontstaan uit de brokstukken van twee bevroren manen die honderden miljoenen jaren geleden met elkaar in botsing kwamen en in stukken braken. Het puin dat niet in de ringen terechtkwam, kan ook hebben bijgedragen aan de vorming van enkele van de manen die we tegenwoordig rond Saturnus zien.
Bekijk in deze animatie hoe de botsing tussen twee ijsmanen leidde tot de vorming van Saturnus’ ringen en nieuwe manen.
Rochelimiet
De ringen van Saturnus bevinden zich dicht bij de planeet, in een gebied dat ook wel de ‘Rochelimiet’ wordt genoemd. Binnen de Rochelimiet is de zwaartekracht van Saturnus erg sterk en kan het grotere objecten van steen of ijs die te dichtbij komen, uit elkaar trekken. Maar materiaal dat zich verder weg bevindt, kan samensmelten en manen vormen. Het onderzoeksteam heeft bijna 200 verschillende botsingsscenario’s gesimuleerd en ontdekte dat veel van deze scenario’s ervoor zorgen dat de juiste hoeveelheid ijs zich verspreidt binnen de Rochelimiet van Saturnus. Dit ijs kan zich daar dan tot ringen vormen.
IJs
Dit specifieke botsingsscenario verklaart ook meteen waarom er bijna geen rotsachtig materiaal in de ringen zit, maar ze voornamelijk uit ijs bestaan. Want als bevroren oude manen met elkaar in botsing komen, ontstaan er logischerwijs ringen met veel ijs. “Dit scenario leidt dus tot ijsrijke ringen,” zegt onderzoeker Vincent Eke. “Dat komt doordat het gesteente in de kernen van de botsende objecten niet zo ver verspreid wordt als het ijs dat er bovenop ligt.” Hierdoor blijft er voornamelijk ijs in de ringen achter.
Manen
Dit biedt ons vervolgens ook meer inzicht in de oorsprong van sommige manen rond Saturnus. IJs- en rotsachtig puin zouden namelijk ook andere manen in het Saturnus-systeem hebben getroffen, wat waarschijnlijk een domino-effect van botsingen veroorzaakte. Deze kettingreactie kan andere oorspronkelijke manen buiten de ringen hebben verstoord, en sommige van de manen die we vandaag de dag zien rond Saturnus kunnen hieruit zijn ontstaan.
Zwaartekracht van de zon
Maar het begon dus allemaal met een botsing tussen twee ijzige manen. Het zou goed kunnen dat deze twee hemellichamen botsten door invloed van de zwaartekracht van de zon, waardoor hun banen rond de planeet instabiel werden. Als hun banen precies goed waren geconfigureerd, kon de extra aantrekkingskracht van de zon een soort sneeuwbaleffect creëren, dat ervoor zorgde dat de banen van de manen, die meestal cirkelvormig en plat zijn, langer werden en kantelden totdat ze elkaar kruisten, wat uiteindelijk leidde tot een snelle botsing.
Het nieuwe onderzoek verschaft niet alleen meer inzicht in hoe Saturnus’ ringen zijn ontstaan, maar bevestigt ook eerdere studies die stelden dat de ringen pas recent het levenslicht zagen. Hoewel deze studie veel over de boeiende zesde planeet in ons zonnestelsel opheldert, blijven er nog belangrijke vragen onbeantwoord. Als bijvoorbeeld sommige van de ijzige manen van Saturnus ook jong zijn, wat zou dat dan betekenen voor de mogelijkheid van leven in de oceanen onder het oppervlak van manen zoals Enceladus? En kunnen we het complete verhaal begrijpen vanaf het oorspronkelijke systeem van de planeet vóór de botsing tot aan het heden? Of ook deze vragen zullen worden beantwoord, zal nog moeten blijken. Maar één ding is zeker: toekomstig onderzoek zal hoe dan ook meer kunnen onthullen over deze intrigerende planeet en de bevroren werelden die eromheen draaien.
