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] Tai leidžia geriau suprasti bendrą neledyninės medžiagos patekimo greitį, taigi, kiek ji turėjo „užteršti“ žiedus nuo jų susidarymo. Šis tyrimas, kuriam vadovavo Kolorado universitetas Boulderio valstijoje, taip pat rodo, kad mikrometeoritai neatsiranda taip greitai, kaip mano mokslininkai, o tai reiškia, kad Saturno gravitacija gali veiksmingiau traukti materiją į žiedus. Šie įrodymai teigia, kad žiedai negali būti veikiami šios kosminės krušos ilgiau nei kelis šimtus milijonų metų – tai nedidelė Saturno ir Saulės sistemos 4,6 milijardo metų dalis.

Šią išvadą patvirtina antrasis dokumentas,^[2] Vadovauja Indianos universitetas, kuris kitu kampu žiūri į nuolatinį mažų kosminių akmenų daužymą žiedais. Tyrimo autoriai nustatė du dalykus, kurie tyrime buvo iš esmės nepaisyti. Konkrečiai, jie nagrinėjo fiziką, kuri valdo ilgalaikę žiedų evoliuciją, ir nustatė, kad du svarbūs komponentai buvo mikrometeoritų bombardavimas ir tai, kaip žieduose pasiskirsto tų susidūrimų šiukšlės. Atsižvelgiant į šiuos veiksnius, matyti, kad dabartinę masę žiedai galėjo pasiekti per kelis šimtus milijonų metų. Rezultatai taip pat rodo, kad kadangi jie yra tokie jauni, jie greičiausiai susiformavo, kai nestabilios gravitacinės jėgos Saturno sistemoje sunaikino kai kuriuos ledinius palydovus.

„Idėja, kad pagrindiniai Saturno žiedai gali būti neseniai atsiradęs mūsų Saulės sistemos bruožas, buvo prieštaringa“, – sakė Ameso tyrėjas Jeffas Causey ir vieno iš naujausių straipsnių bendraautorius, „tačiau mūsų nauji atradimai papildo trifektą. Cassini matavimai, dėl kurių šio atradimo sunku išvengti. Causey taip pat dirbo tarpdisciplininiu mokslininku Cassini misijoje į Saturno žiedus.

Taigi Saturnui galėjo praeiti daugiau nei 4 milijardai metų, kol jis įgijo dabartinę formą. Tačiau kiek ilgai galite nešioti gražius žiedus, kuriuos žinome šiandien?

Cassini misija atrado, kad žiedai sparčiai praranda masę, nes medžiaga krinta iš gilesnių planetos regionų. Trečias popierius^[3] Be to, vadovaujamas Indianos universiteto, pirmą kartą nustato, kaip greitai žiedinė medžiaga dreifuoja šia kryptimi – ir meteoritai vėl vaidina svarbų vaidmenį. Jų susidūrimai su esamomis žiedo dalelėmis ir tai, kaip susidariusios šiukšlės išmetamos į išorę, susidaro tam tikra konvejerio juosta, kuri neša žiedinę medžiagą Saturno link. Skaičiuodami, ką visos tos srautinės dalelės reiškia jų galutiniam išnykimui planetoje, tyrėjai pateikė sunkių naujienų Saturnui: per ateinančius kelis šimtus milijonų metų jis gali prarasti savo žiedus.

„Manau, kad šie rezultatai rodo, kad nuolatinis bombardavimas visomis šiomis svetimomis nuolaužomis ne tik teršia planetų žiedus, bet laikui bėgant ir turėtų juos susilpninti“, – sakė Paulas Estrada, Ameso mokslininkas ir visų trijų tyrimų bendraautoris. „gal būt[{” 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