Saturnus måne Iapetus och dess konstiga "rindge". Bildkredit: NASA / JPL / SSI. Klicka för att förstora.
Finns det någon mer mystisk och vacker planet för observatören än Saturn? Medan alla fyra gasjättar i vårt solsystem har ett ringsystem kan bara Saturns ses från jorden. Bakgårdsastronomer har länge varit stolta över att se de två ljusa ringarna och den mörka Cassini-divisionen, medan observatorieteleskop har identifierat många separata ringar och luckor. Först i början av 1980-talet när Voyager gjorde det "fly-by" var vi medvetna om mer än tusen enskilda ringar bundna av allvarens Saturnus och dess många små månar. Ringarna själva är inget annat än isiga partiklar som sträcker sig i storlek från dammmotor till stenblock. I denna intrikata dans deltar satelliterna - från kvicksilverstorat atmosfärisk Titan till tumlande, excentriskt kretsande Hyperion. Sedan slutet av 1700-talet har vi känt till Titan, Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea och Iapetus. Våra studier har avslöjat att fyra av månarna spelar en nyckelroll i utformningen av Saturns ringsystem - Pan, Atas, Pandora och Prometheus. Vi vet att Enceladus mycket reflekterande yta består av is och att Iapetus är mycket ljusare ena sidan än den andra ...
Och kanske har samlat en ring när den svepte genom omloppsförändringar.
Från tidpunkten för upptäckten 1672 har vi varit medvetna om att den ledande halvklotet i Iapetus helt och hållet är mörkare än den bakre sidan. Tack vare Cassini-uppdragets bilder tagna i december 2004 har närvaron av en stor ekvatorial ås upptäckts på Iapetus mörka sida.
Enligt ett geofysiskt forskningsbrev som lämnades in den 29 april av Paulo C.C. Freire från Arecibo Observatory, ”... denna ås och den mörka beläggningen av halvklotet, på vilken den ligger, är intimt sammanlänkade och är resultatet av en kollision med kanten på en urbana Saturnusring, till slut orsakad av en plötslig förändring i Iapetus omloppsbana ”. Säger Freire, ”På grund av sin unika natur kommer vi hädanefter att hänvisa till Iapetus ekvatorrygg helt enkelt som” Rindge ”för att betyda att denna funktion inte är en ås i den vanliga betydelsen av termen; dvs en bergkedja orsakad av tektonisk process. Denna modell förklarar naturligtvis alla de unika egenskaperna hos denna satellit; och är förmodligen lösningen på ett av de äldsta mysterierna i solsystemets astronomi. ”
Ett av de vetenskapliga målen med Cassini fly-by imaging var att kasta lite ljus på Iapetus mörka sida, kallad Cassini Regio. Till forskarnas överraskning avslöjade den en stor ekvatorial ås i motsats till allt annat som finns i solsystemet - en ås så symmetrisk i förhållande till Cassini Regio att de två funktionerna måste länkas, som tidigare erkänts av Carolyn Porco - chef för Cassini Imaging Team. Majoriteten av ledtrådarna pekar på hur ringsystemet och de bildande månarna en gång kretsade om Saturnus själv.
Den nuvarande förståelsen av bildandet av solsystemet (och i mindre skala det saturniska systemet) indikerar att många planetoider (och protosatelliter) en gång kan ha startat i banor som senare blev instabila. De kunde ha kolliderat med varandra eller tagits ut från sitt system av nära möten med andra. När det gäller Saturnus är det möjligt att de kunde ha varit tidvis störda när de närmade sig Saturnus tyngdkraft och bildade ringsystem. Närmare planeten, i ett område som kallas ”Roche Zone”, förhindrar Saturnas tidvattendragning att prototatellitsbildning bildas från ringpartiklar. För att ringkollisionsteorin skulle matcha vad Cassini har avbildat, måste Iapetus ha varit en av dessa månar med instabila banor.
Bevis pekar på det faktum att något förändrade Iapetus bana innan det kolliderade med ringmaterial. Om detta inte hade hänt, skulle ringen anpassas till Iapetus tyngdkraft, vilket framgår av satelliter som för närvarande är inbäddade i ringarna. För dessa satelliter kan inget kollisionsscenario uppstå. I Iapetus 'omständighet var dess bana nödvändigtvis excentrisk, eller det skulle inte finnas några hastighetsskillnader mellan Iapetus och ringpartiklarna och igen - inga kollisioner skulle inträffa.
En påverkan med en ring antyder också att denna förändrade bana hade ett perisaturnium vid ytterkanten av Roche Zone, där ringar kan existera under längre tid. Detta är en ledtråd om att Iapetus troligen var mycket närmare Saturnus än dess nuvarande omloppsbana. "Förekomsten av skorpan antyder att Iapetus omloppsbana vid tidpunkten för kollisionen var ekvatorial", säger Freire, "annars skulle en kollision med en ring med sin nuvarande lutning inte ge en skarp kant, men något mer som en viskig mörk beläggning av den ledande halvklotet. ” Sammanfattningsvis har en satellit med en ekvatorial och excentrisk bana en mycket stor sannolikhet för att interagera vidare med andra satelliter - vilket ger möjlighet att ändra sig igen till en annan bana.
Nu när vi har ställt in scenen, hur stöder bilderna tagna av denna unika skorpa teorin? Enligt Freire, "Ringkollisionsscenariot producerar naturligtvis en linjär funktion exakt vid ekvatorn: detta är den geometriska skärningspunkten mellan ett ringplan och ytan på en måne med en (tidigare) ekvatorial bana." Mycket noggrant övervägande har tagits till tektonik, men en sådan perfekt linjär formation - som ligger exakt vid ekvatorn - kommer troligtvis inte att bero på tektoniska processer och Iapetus visar inga tecken på vulkanisk aktivitet.
"En annan viktig egenskap hos skorpan är att dess höjd varierar extremt långsamt med longitud," säger Freire, "Detta kan förväntas från avsättning av material från en ring, men en sådan konstant höjd har aldrig observerats för någon tektonisk funktion. Om skorpans ursprung var tektoniskt och föregick den mörka beläggningen, bör den inte nödvändigtvis begränsas till Cassini Regio. Om den efterdaterades beläggningen, skulle skorpan som byggs från en uppvärmning från det inre av Iapetus vara mycket ljusare än den omgivande ytan. ”
Betydande analyser har givits den information som Cassini-avbildning har tillhandahållit. Kammens längd är mindre än 180 grader, vilket antyder att Iapetus aldrig var helt inuti ringområdet - vilket indikerar att det bara kolliderade med en ringkant. Överväganden från himmelmekanik indikerar att en kollision med en ringkant borde ha orsakat en rörelse österut av partikelns påverkan relativt satellits yta. "Detta står för ett viktigt observerat faktum: även om Cassini Regio är symmetrisk relativt skotten i nord / syd-riktningen, är det inte så i öst / väst-riktningen." Denna kollisionsmodell antyder att skorpan skulle vara högre på den västra sidan där stötarna var närmare vertikal och sedan långsamt skulle röra sig österut - ett faktum som stöds av bilderna. Med miljoner slagkratrar som bildas varje sekund längs en linje skulle detta mönster bli omisskännligt. Sublimeringen av isen i de påverkande partiklarna skulle ge en övergående atmosfär, med en stark tryckgradient bort från skorpan. Denna lutning skulle ge snabba vindar som kan bära fint damm. Freire säger, "I vår hypotes är det damm som avsätts av sådana vindar den mörka beläggningen i regionen som idag kallas Cassini Regio." Ett sådant scenario stöds av andra bevis: ”De mörka streck som observerades vid kanten av Cassini Regio indikerar att det var en vind som blåste från ekvatorn som avsatte” dammet ”. Vi kan vara säkra på detta eftersom Cassini-bilder visar tydligt att dammet släpps nedåt från kraterfälgen. ” Detta kan inte redovisas genom ballistisk flygning av partiklarna från ekvatorn, vilket föreslogs av ledaren för Cassini Imaging Team, Carolyn Porco. Det kan inte produceras i dagens Iapetus, eftersom det inte har någon atmosfär. Slutsatsen att en övergående atmosfär en gång fanns blir oundviklig.
Kan dessa spännande resultat verkligen komma från en tidigare påverkan med en av Saturnus ringar? Ledtrådarna verkar verkligen göra att pusselbitarna passar fint. Tack vare arbete som gjorts av forskare som Paulo Freire, kan vi ha löst ett 333 år gammalt solsystem mysterium.
Skrivet av Tammy Plotner, med många tack till Paulo Freire för hans bidrag.
