A Cassini átrepült a Szaturnusz gyűrűi és légköre között, és csodákra bukkant

Bár az amerikai űrhivatal Cassini-űrszondájának küldetése egy évvel ezelőtt véget ért, az annak utolsó fázisából származó áttörő eredményeket csak október elején publikálták a Science tudományos folyóiratban.

Ezek a szakcikkek jelentősen bővítik a Szaturnuszról meglévő ismereteinket, főleg azt a rejtélyes, korábban nem vizsgált régiót tekintve, amely a bolygó légköre és a gyűrűk között helyezkedik el. 2017 elején a szonda irányítói a „Grand Finale” pályákra vezették a Cassinit, melynek során az 22 alkalommal repült át a Szaturnusz légköre és gyűrűi között.

A Cassinit sosem ara tervezték, hogy átrepüljön ezen a kétezer kilométeres résen, de a NASA a várható tudományos felfedezések érdekében és annak tudatában, hogy az űrszonda hajtóanyaga hamarosan amúgy is kimerül, vállalta a nagyobb kockázatot. Ez a pályakonfiguráció a képességeinek határára sodorta a szondát, de a felfedezések jól mutatják, hogy mennyire nagy teljesítményűek és alkalmazkodóak voltak a műszerei és berendezései.

Az új tudományos eredményeket összefoglaló illusztráció. Forrás: NASA/JPL

Ennek köszönhetően a Cassini közelről meg tudta vizsgálni a Szaturnusz mágneses terét, átrepült a jégből és kőzetszemcsékből álló gyűrűk között, és belekóstolt a bolygó légkörébe is. A régióban gyűjtött adatokat hat kutatócsoport elemezte ki. Mint ahogy az a tudományban megszokott, a beérkező információk korábbi hipotéziseket cáfoltak meg, és új kérdéseket vetettek fel.

A Szaturnusz gyűrűi és légköre szoros kapcsolatban állnak egymással

A Cassini méréseiből kiderült, hogy parányi vízjég szemcsékbe ágyazott szerves molekulák esnek a Szaturnusz gyűrűiből a bolygó légkörébe. A kutatók víz és szilikátok mellett metán, ammónia, szén-monoxid, nitrogén és szén-dioxid jelenlétét figyelték meg. A szerves anyagok összetétele eltérő azoktól, amelyeket a szonda az Enceladus vagy Titán holdaknál talált, így arra a megállapításra jutottak a szakemberek, hogy a Szaturnusz rendszerben legalább három különböző szervesmolekula-forrás lehet.

Ezt a fotót a Cassini űrszonda néhány nappal küldetésének vége előtt készítette a Szaturnuszról.Forrás: NASA/JPL

Néhány részecske a gyűrűkből a légkör felé való ereszkedés során elektromosan töltötté válik, és mágneses erővonalak mentén mozog a bolygó egyenlítőtől távolabbi régiói felé. A kutatók meglepődve tapasztalták, hogy sok más részecske azonban gyorsan lehullik a Szaturnusz egyenlítői régiójába. Egyáltalán, a gyűrűk és a bolygó közötti anyagáramlás mértéke jóval nagyobb a korábban feltételezettnél. A Cassini mérései szerint közel 4800-45000 kilogramm közötti anyag hullik a gyűrűkből a bolygóra másodpercenként. Ez a nagy mennyiségű anyag természetesen befolyásolja a Szaturnusz légköri összetételét is.

A kutatók azt is meglepődve tapasztalták, hogy a lehulló részecskék többségének mérete egészen parányi, nanométeres nagyságrendű, tehát valamilyen eddig ismeretlen folyamatnak tovább kell apróznia a szemcséket a gyűrűkben, mielőtt azok a Szaturnusz légkörébe kerülnek.

Az is világossá vált, hogy a gyűrűk és a bolygó kapcsolata más szempontból is szorosabb a korábban gondoltnál. A mérések olyan elektromosan töltött rendszert tártak fel, amelyek összekötik a a gyűrűket a bolygó felső légkörével.

A témával foglalkozó cikkek:

Új sugárzási öv

Egy új sugárzási övet is sikerült találni a bolygó és gyűrűi között, amely nagy energiájú töltött részecskékből áll. Ezt a legbelső övet a gyűrűk izolálják a többi sugárzási övtől és a benne található protonok több gigaelektronvoltos energiája jóval magasabb a gyűrűkön kívüli övekben találhatókéhoz képest.

A legtöbb mágneses térrel rendelkező bolygónak, így a Földnek is vannak sugárzási övei. A Szaturnusz esetén az övben lévő protonok neutronok béta-bomlása során keletkeznek, amikor kozmikus sugárzás a gyűrűkben lévő atomokkal ütközik.

A témával foglalkozó cikk:

A mágneses tér rejtélye

A Naprendszer többi mágneses térrel rendelkező bolygójához képest a Szaturnusz mágneses mezejének tengelye szinte teljesen szimmetrikus a forgási tengelyével. Az új adatok szerint a mágneses tengely ferdesége kisebb, mint 0.001 fok. Emiatt a szimmetria miatt nem lehet meghatározni a Szaturnusz mélyebb régiójának forgási sebességét, amely létrehozná a bolygó mágneses terét. Továbbá a bolygók mágneses mezejének létrejöttét leíró mágneses-hidrodinamikai modell alapján egy teljesen tengelyszimmetrikus mágneses tér nem is lehetne aktív, azaz a Szaturnusznak nem kellene, hogy mágneses tere legyen. A legvalószínűbb megoldás abban rejlik, hogy a teret létrehozó réteg feletti régió ellentétes irányú mozgásai kiszűrik a nem szimmetrikus mágneses momentumot, de a modellszimulációkban ez sem ad még tökéletes eredményt.

A témával foglalkozó cikk:

A sarki fényből származó rádióhullámok

A Cassini átrepült a Szaturnusz mágneses pólusai felett is, ahol megfigyelte a bolygó sarki fényeiből származó rádióhullámokat. Ezek akkor keletkeznek, amikor a bolygó körüli elektronokat felgyorsítja a mágneses tér. Az adatok többek közt arra engednek következtetni, hogy a Szaturnuszon a földihez hasonló folyamatok során keletkezik ez a sugárzás.

A témával foglalkozó cikk:

Megérte vállalni a kockázatot

A Cassini küldetésének vezetői szerint egyértelműen megérte vállalni a „Grand Finale” pályák kockázatát és feltérképezni a bolygó légköre és a gyűrűk közötti régiót.

„Majdnem minden, amely a (bolygó és gyűrűk közötti) régióban zajlik, meglepő volt számunkra. Ezért volt annyira fontos, hogy ezt a korábban nem vizsgált területet feltérképezzük a szondával. Ez az expedíció nagyon megérte – a kapott adataink rendkívül izgalmasak."

– mondta Linda Spilker, a Cassini küldetésének vezető kutatója.

Illusztráció a Cassini áthaladására a Szaturnusz és gyűrűi között. Forrás: NASA/JPL

A Cassini adatainak elemzése még évekig fog tartani, tovább javítva a Szaturnuszról és környezetéről alkotott képünket.

„Sok megválaszolatlan kérdés maradt még, ahogy a puzzle darabjait megpróbáljuk összerakni. A Cassini utolsó pályáiból származó eredmények sokkal érdekesebbek lettek, mint ahogy elképzeltük.”

– tette hozzá Spilker.

A Cassini-Huygens az űrkutatás történetének egyik legsikeresebb projektje, amely 2004 és 2017 között soha nem látott módon tárta fel számunkra a Szaturnuszt és holdjait. Az űrszondapáros nagyobb tagját, a Cassini keringőegységet az amerikai NASA, a Huygens leszállóegységet pedig az ESA, az Európai Űrügynökség adta. Ez utóbbi 2005 elején sikeres leszállást hajtott végre az átláthatatlan légkörrel borított Titán holdon.

A Cassini ezután még több mint 12 évig vizsgálta a Szaturnuszt, illetve annak gyűrűit, és több százszor repült el a bolygó holdjai mellett. Radarjával feltérképezte a Titán felszínét, amelyen szénhidrogén tavakat talált. Az egész küldetés talán legnagyobb felfedezése azonban az Enceladus gejzírjei voltak, amelyek a jeges holdat a Naprendszer földön kívüli élet lehetőségét rangsoroló lista élére repítették. A Cassini küldetését a Szaturnusz légkörében elégve fejezte be 2017 szeptemberében, ezzel megvédve az Enceladust, a Titánt és más holdakat földi mikroorganizmusokkal való esetleges beszennyeződéstől.

Gigantikus gátszakadás vagy becsapódó üstökös okozta a jégkorszakot 12 800 évvel ezelőtt?

A hirtelen klímaváltozáshoz vezető folyamatok vagy események világos megértése nemcsak elméleti szempontból érdekes, hanem az emberi civilizációt fenyegető globális felmelegedés miatt is, hogy jobban értsük, miként reagálnak bolygónk rendszerei különböző behatásokra. Ehhez pedig a földtörténetnél jobb útmutató nem áll rendelkezésünkre.