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.