Újdonságok a Szaturnusz körül

A gyűrűs bolygó körül 2004 nyara óta keringő Cassini-űrszondának a magetoszférával, és az apró holdakkal kapcsolatos legújabb felfedezéseiből válogatunk az alábbiakban.

A Szaturnusz körül keringő Cassini-szonda a legfrissebb információk alapján tökéletes állapotban van. Legközelebb december 20-án halad el a Titan mellett 950 kilométeres távolságban, ekkor a déli sarkvidéken lévő Ontario-tó névre keresztelt alakzat környékét vizsgálja majd radarberendezésével. 2007. december 28-án és 2008. január 2-án egy-egy kisebb pályaváltoztatást fog végrehajtani, majd tovább folytatja útját a gyűrűs bolygó körül. Az alábbiakban a legfrissebb eredményekről adunk rövid áttekintést.

Idős és változékony a gyűrűrendszer

A korábbi elképzelések alapján a Szaturnusz gyűrűrendszerét egy viszonylag fiatal, nagyságrendileg 100 millió éves képződménynek tekintették. Erre részben még a Voyager-szondák megfigyelései alapján következtettek, amelyek rámutattak, hogy a gyűrűk világos, üde kinézetűek - pedig a szemcsékre hulló meteorikus pornak azokat már rég el kellett volna színeznie, és az ún. reflexiós színképükben is nyomokat kellett volna hagynia.

A Cassini új megfigyelései alapján úgy fest, hogy a gyűrűrendszer tömege jelentősen meghaladja a korábbi becsléseket. Feltehetőleg sok olyan nagyobb testet is tartalmaz, amelyek töredezésükkel friss anyaggal látják el, és pótolják az egyéb folyamatok révén fogyatkozó apró szemcséket.

Larry Esposito (University of Colorado) és kollégáik az F-gyűrűt vizsgálták egy okkultáció során, azt tanulmányozva, hogy miként változik egy távoli csillagnak a gyűrű anyagán átszűrődő fénye. A megfigyelés alapján sikerült 13 darab a rendszerben lévő, 27 méter és 10 km közötti méretű objektumot azonosítaniuk - amelyekhez hasonlóból még sok lehet a bolygó körül. Mivel közülük a kisebbek részben "átlátszónak" mutatkoztak, feltehetőleg laza szerkezetű, átmenetileg összeállt objektumok.

Aszimmetrikus magnetoszféra

A Cassini magnetométerének megfigyelései alapján első alkalommal sikerült a bolygó körüli gyűrűáram jellemzőit feltérképezni. A gyűrűáram egy égitest belső mágneses tere által generált magnetoszférában jelentkezhet, és az adott bolygó egyenlítői síkjában mozgó töltött részecskékből áll. A Szaturnusznál jelentkező gyűrűáramot elsőként a Pioneer-11-szonda mutatta ki, de részletes jellemzőiről eddig semmilyen információ nem állt rendelkezésre.

A Cassini megfigyelései alapján a gyűrűáram eltorzult korong alakú térséget formáz, amelynek síkja az éjszakai oldalon a napszél hatására enyhén eltér a bolygó egyenlítői síkjától, a nappali oldalon pedig erősen kivastagszik. A gyűrűáramot alkotó térség általában aszimmetrikus alakú, és a benne lévő plazma fő forrását az Enceladus hold gejzírjei által kipöfékelt részecskék alkotják.

A Szaturnusz magnetoszférájában megfigyelt képződmények helyzete (NASA, JPL, JHUAPL)

A mellékelt ábrán a centrumban lévő Szaturnuszhoz közeli vastag, narancsos színű gyűrű, avagy tórusz a viszonylag sűrű, semleges gáz tartományát mutatja, amely a bolygó gyűrűrendszerének külső pereménél kezdődik. Közvetlen ezen kívül található a gyűrűáram régiója. Az eltérő polaritású északi és déli mágneses lebeny között helyezkedik el a semleges lepel (plazmalepel), amelyet zöldes szín jelöl. Alapvető eltérés a Föld körüli gyűrűáramtól, hogy míg bolygónk esetében az itt található részecskék mennyisége és energiája elsősorban a napszéltől függ, addig a Szaturnusz esetében a napszéllel alig mutatkozott kapcsolat.

További kérdések a tengelyforgásról

Mint arról korábbi cikkünkben is beszámoltunk, a bolygó tengelyforgási ideje 6 perccel kevesebbnek mutatkozott, mint ahogy azt majdnem negyed évszázaddal ezelőtt a Voyager-szondák megállapították. A jelenség látszólagos lehet, természetesen nem az egész Szaturnusz forgási sebessége módosult, hanem csak a magnetoszféra, abban is egy kiterjedt tartomány forgása változott meg.

Az óriásbolygók légköri jelenségei alapján nehéz a tengelyforgási idejüket megbecsülni, mivel az eltérő szélességeken lévő felhők kissé különböző sebességgel haladnak körbe. Legbiztosabb módszer a mágneses térből érkező periodikus jelek vizsgálata - itt azonban nem a bolygó, hanem a magnetoszféra forgását mérjük.

A korábbi elgondolás a fenti 6 perces eltérést az Enceladus vulkánjai által kilövellt és a magnetoszférába beragadt részecskék mennyiségének változásával magyarázta. Egy másik lehetőség, hogy a napszélből származó részecskék hozzák létre az eltérést. A Cassini méréseinek újabb elemzése rámutatott, hogy a mágneses tér vizsgálata alapján meghatározott tengelyforgási érték csekély, de észrevehető mértékben, kb. 25 napos periódussal változik - a fenti eltérésen felül. Ez a Nap tengelyforgási periódusához közeli, elképzelhető tehát, hogy a csillagunk eltérő térségeiből érkező és enyhén változó sebességű napszéllel kapcsolatban módosul a magnetoszféra kérdéses részében lévő töltött részecskék mennyisége.

Új holdfotók

A közel 280 kilométeres Hyperionról készült felvételek vizsgálata megerősítette a korábbi elképzelést, amely szerint a holdon sok akkora becsapódás történhetett, amelyek jelentős mennyiségű anyagot repítettek ki az űrbe. A mellékelt felvételeken maximálisan 900 méteres részletek azonosíthatók a hold felszínén.

Két felvétel a Hyperion holdról. A jobb oldali fotón fent egy idős, erősen lepusztult peremű óriáskráter körvonala látható (NASA, JPL, SSI)

A Pan és az Atlas nevű apró holdak megfigyelése is érdekes eredménnyel szolgált. Kiderült, hogy mindkét égitest egyenlítői vidékén lapos kiemelkedés fut végig, csészealj alakú megjelenést adva nekik. A két égitest a gyűrűrendszer peremvidékén kering. A Pan és az Atlas, valamint a többi erre mutatkozó apró hold sűrűsége igen alacsony, közel fele a vízjégnek. Eszerint belsejük laza, porózus szerkezetű lehet.

A holdak kialakulásával kapcsolatos probléma, hogy az árapályerők elméletileg nem engedik az ilyen laza szerkezetű és viszonylag nagy méretű égitestek kialakulását - legfeljebb átmenetileg jöhetnek létre kisebb anyagcsomók a gyűrű anyagából. Az új elképelés alapján a Pan és az Atlas egy-egy összefüggő, nagyobb testből indult fejlődésnek. Ezek az adott gyűrű anyagát kialakító és szétdarabolódó objektum nagyobb töredékei lehettek. A későbbiekben ezekre a gyűrűk anyagában keringő testekre mint egy magra rakódtak a gyűrű apró szemcséi.

A folyamat elméletileg a kiindulási magnál 2-3-szor nagyobb holdat tud létrehozni, amelyet kívülről laza, porózus réteg borít. Utóbbi védi is a széttörés ellen az addig kialakult testet: laza szerkezetével elnyeli a további becsapódások energiáját. Egy adott gyűrű keletkezése után annak finomszemcsés anyaga viszonylag gyorsan lapos síkba rendeződött. Ebből a szemcsék a nagyobb töredékre rakódtak, méghozzá a gyűrűrendszer síkjában. Így keletkezett az egyenlítői dudor, amely a születő csillagok körüli protoplanetáris koronghoz hasonló helyzetű anyag "megkövesedett" eredményének is tekinthető.

Négy kép az Atlas és a Pan holdakról (NASA, JPL, SSI)

A mellékelt felvételeken balra az Atlas, jobbra pedig a Pan hold látható két-két, eltérő rálátási irányból rögzített képen. A 39x18 km átmérőjű Atlas esetében a rajta körbefutó dudor 20-30 fokos szélességig jut az egyenlítőtől északi és déli irányba, és 3-5 km-el emelkedik a hold környező felszíne fölé. Ugyanez a 33x21 km-es Pan esetében a 15-20 fok közötti szélességi zóna, ahol 4-1,5 km közötti magasságú a kiemelkedés. A fent említettek szerint a gyűrű szemcséinek összegyűjtésével képződött egyenlítői gerincek az Atlasnál a hold teljes térfogatának kb. 27%-át, míg a Pan esetében kb. 10 %-át adják.