Det har lenge vært kjent at Saturns ringer ikke er de perfekte bøylene de fremstår som i små amatørteleskoper, og da Cassini-romfartøyet gikk inn i bane rundt Saturn, ble den voldsomme uorden av den massive B-ringen enda tydeligere. Forskere var lamslått av ruvende vertikale strukturer, kamskjellede kanter på ringene og rare propelllignende funksjoner. Men forskere har nå funnet årsaken til disse merkelige egenskapene: Regionen opptrer akkurat som en spiralgalakse, sa Carolyn Porco, teamleder for Cassini-avbildningsteamet.
"Vi har funnet det vi håpet vi skulle finne på da vi la ut på denne reisen med Cassini for snart 13 år siden," sa Porco, "(og har fått) synlighet i mekanismene som ikke bare har formet Saturns ringer, men himmelplater i en langt større skala, fra solsystemer, som vår egen, helt til de gigantiske spiralgalakiene. ”
B-ringen er et av de mest dynamiske områdene i Saturns ringer, og overraskende opplyser forskere at ringene oppfører seg som en miniatyrversjon av vår egen Melkeveis galakse.
Da romfartøyet Voyager fløy av Saturn i 1980 og 1981, så forskere at ytterkanten av planetens B-ring var formet som en roterende, flatfotball av Mimas gravitasjonsforstyrrelser. Men selv i Voyagers funn var det klart at den ytre B-ringens oppførsel var langt mer sammensatt enn noe Mimas alene måtte gjøre.
Gjennom analysen av tusenvis av Cassini-bilder av B-ringen tatt over en fireårsperiode, har Porco og hennes team funnet kilden til det meste av kompleksiteten: minst tre ekstra, uavhengig roterende bølgemønstre, eller svingninger, som forvrenger B ringkant.
Svingningene beveger seg rundt ringen med forskjellige hastigheter, og de små tilfeldige bevegelsene til ringpartiklene fører energi inn i en bølge som forplanter seg utover over ringen fra en indre grense, reflekterer utenfor ytterkanten av B-ringen (som blir forvrengt som en resultat), og reiser deretter innover til den reflekteres av den indre grensen. Denne kontinuerlige frem og tilbake refleksjonen er nødvendig for at disse bølgemønstrene skal vokse og bli synlige som forvrengninger i ytterkanten av B-ringen.
Se en video av svingningene.
Disse svingningene, med en, to eller tre fliser, er ikke opprettet av noen måner. De har i stedet spontant oppstått, delvis fordi ringen er tett nok, og B-ringkanten er skarp nok til at bølger kan vokse på egenhånd og deretter reflektere i kanten.
Ringpartiklenes små tilfeldige bevegelser fører energi inn i en bølge og får den til å vokse. De nye resultatene bekrefter en predikasjon fra Voyager-tiden om at denne samme prosessen kan forklare alle de underlige kaotiske bølgeformene som finnes i Saturns tetteste ringer, fra titalls meter opp til hundrevis av kilometer brede.
"Denne prosessen er allerede bekreftet for å produsere bølgefunksjoner i Saturns tette ringer som er i liten skala ... rundt 150 meter eller så," skrev Porco i sin "Captain's Log" -funksjon på nettstedet CICLOPS (Cassini imaging). "At det nå ser ut til å produsere bølger i stor skala hundrevis av kilometer i den ytre B-ringen, tyder på at den kan operere i tette ringer på alle romlige skalaer."
"Disse svingningene eksisterer av samme grunn som gitarstrenger har naturlige svingningsmetoder, som kan bli begeistret når de plukkes eller på annen måte blir forstyrret," sa Joseph Spitale, Cassini-bildeteamets teamforfatter og hovedforfatter av en ny artikkel i Astronomical Journal, publisert i dag. . "Ringen har også sine egne naturlige svingningsfrekvenser, og det er det vi observerer."
Astronomer mener slike "selvopphissede" svingninger eksisterer i andre disksystemer, som spiraldiskgalakser og proto-planetariske disker som finnes rundt stjerner i nærheten, men de har ikke klart å bekrefte deres eksistens. De nye observasjonene bekrefter de første storskala bølgesvingningene av denne typen på en bred disk med materiale hvor som helst i naturen.
Selvopphissede bølger på små, 100 meter (300 fot) skalaer har tidligere blitt observert av Cassini-instrumenter i noen få tette ringregioner og har blitt tilskrevet en prosess som kalles "viskøs overstabilitet."
"Normalt dæmper viskositet, eller motstand mot strøm, bølger - måten lydbølger som reiser gjennom luften skulle dø ut," sier Peter Goldreich, en planetarisk teoretiker ved California Institute of Technology. "Men de nye funnene viser at viskositeten i de tetteste delene av Saturns ringer forsterker bølger, noe som forklarer mystiske spor først sett på bilder tatt av Voyager-romfartøyet."
"Hvor tilfredsstillende er det å finne en endelig forklaring på de fleste, om ikke alle, den kaotiske utseendet som vi først så i Saturns tette ringregioner for lenge siden med Voyager," sa Porco, "og har siden sett i utsøkt detalj med Cassini .”
Kilde: JPL, CICLOPS
