Det har länge varit känt att Saturns ringar inte är de perfekta bågarna som de framträder som i små amatörsteleskop, och när Cassini-rymdskeppet gick in i bana runt Saturnus blev den massiva B-ringens wonky oordning ännu tydligare. Forskare blev bedövade av höga vertikala strukturer, skalade kanter på ringarna och udda propellliknande funktioner. Men forskare har nu hittat orsaken till dessa konstiga funktioner: Regionen agerar precis som en spiralgalax, säger Carolyn Porco, teamledare för Cassini-avbildningsteamet.
"Vi har hittat vad vi hoppades att vi skulle hitta när vi började på denna resa med Cassini för nästan 13 år sedan," sade Porco, "(och har fått) synlighet i mekanismerna som har skapat inte bara Saturns ringar, men himmelskivor i en mycket större skala, från solsystem, som våra egna, hela vägen till de jätte spiralgalaxierna. ”
B-ringen är ett av de mest dynamiska områdena i Saturnus ringar, och överraskande, säger forskare, uppträder ringarna som en miniatyrversion av vår egen Vintergalax.
När rymdskeppet Voyager flög av Saturn 1980 och 1981 såg forskare att den yttre kanten av planetens B-ring var formad som en roterande, platt plattform av Mimas gravitationsstörningar. Men det var tydligt, även i Voyagers slutsatser, att den yttre B-ringens beteende var mycket mer komplex än vad Mimas ensam kunde göra.
Genom analysen av tusentals Cassini-bilder av B-ringen som tagits under en fyraårsperiod har Porco och hennes team hittat källan till det mesta av komplexiteten: minst tre ytterligare, oberoende roterande vågmönster, eller svängningar, som snedvrider B-ringens kant.
Svängningarna rör sig runt ringen med olika hastigheter och de små slumpmässiga rörelserna av ringpartiklarna matar energi in i en våg som sprider sig utåt över ringen från en inre gräns, reflekterar från ytterringen av B-ringen (som blir förvrängd som en resultat), och reser sedan inåt tills det reflekteras från den inre gränsen. Denna kontinuerliga fram och tillbaka reflektion är nödvändig för att dessa vågmönster ska växa och bli synliga som snedvridningar i B-ringens ytterkant.
Se en video av svängningarna.
Dessa svängningar, med en, två eller tre lober, skapas inte av några månar. De har istället spontant uppstått, delvis för att ringen är tät nog, och B-ringkanten är tillräckligt skarp för att vågorna ska växa på egen hand och sedan reflekteras vid kanten.
Ringpartiklarnas små slumpmässiga rörelser matar energi i en våg och får den att växa. De nya resultaten bekräftar en förutsägelse från Voyager-eran att samma process kan förklara alla förbryllande kaotiska vågformer som finns i Saturnus tätaste ringar, från tiotals meter upp till hundratals kilometer breda.
"Denna process har redan verifierats för att producera vågfunktioner i Saturnus täta ringar som är i liten skala ... cirka 150 meter eller så," skrev Porco i sin "Captain's Log" -funktion på webbplatsen CICLOPS (Cassini imaging). "Att det nu också verkar producera vågor av stor, hundratals kilometer skala i den yttre B-ringen antyder att den kan fungera i täta ringar på alla rumsliga skalor."
"Dessa svängningar existerar av samma anledning som gitarrsträngar har naturliga svängningsmetoder, som kan bli upphetsade när de plockas eller på annat sätt störs", säger Joseph Spitale, Cassini-bildteamet och huvudförfattare till en ny artikel i Astronomical Journal, publicerad idag . "Ringen har också sina egna naturliga svängningsfrekvenser, och det är vad vi observerar."
Astronomer tror att sådana "självupphörda" svängningar finns i andra skivsystem, som spiralskivgalaxier och proto-planetariska skivor som finns runt stjärnor i närheten, men de har inte kunnat bekräfta deras existens direkt. De nya observationerna bekräftar de första storskaliga vågsvängningarna av denna typ på en bred skiva av material var som helst i naturen.
Själv upphetsade vågor på små, 100 meters våg har tidigare observerats av Cassini-instrument i några täta ringregioner och har tillskrivits en process som kallas "viskös överstabilitet."
"Normalt dämpar viskositet eller motstånd mot flöde vågor - hur ljudvågorna som reser genom luften skulle dö ut", säger Peter Goldreich, en planetarisk teoretiker vid California Institute of Technology. "Men de nya fynden visar att i de tätaste delarna av Saturns ringar förstärker viskositeten vågor, vilket förklarar mystiska spår som först sett på bilder tagna av Voyager-rymdskeppet."
"Hur tillfredsställande är det att äntligen hitta en förklaring för de flesta, om inte alla, den kaotiska snygga strukturen som vi först såg i Saturnus täta ringregioner för länge sedan med Voyager," sade Porco, "och har sedan dess sett en utsökt detalj med Cassini ”.
Källa: JPL, CICLOPS
