Rheini obroči Saturnove lune Rhea razlaga in odkritje
Saturnova luna Rhea ima morda sistem tankih obročev s tremi ozkimi pasovi v disku trdnih delcev. To bi bili prvi obročki, ki smo jih videli okoli lune. Odkritje je bilo objavljeno v reviji Science 6. marca 2008.
Novembra 2005 je orbiter Cassini ugotovil, da Saturnova magnetosfera v bližini Rhee nima energijskih elektronov. Po mnenju ekipe za odkritje je to najbolje razložiti s predpostavko, da jih je absorbirala trdna snov v obliki ekvatorialnega diska z gostejšimi obroči ali loki, z delci s premerom morda od več decimetrov do približno enega metra.
Podrobnejša razlaga odkritja
Opazovanja, na katerih temelji trditev o obročih, so prišla iz meritev delcev in magnetosferičnih lastnosti v okolici Rhee. Zmanjšanje gostote energijskih elektronov vzdolž ekvatorijalne ravnine lune najlažje pojasni prisotnost trdnih teles, ki te elektrone absorbirajo ali motijo. Ker gre za pasove razpršenih trdih delcev, ne za en sam velik objekt, je učinek detektiran na daljšem segmentu orbite, kar je spodbudilo hipotezo o več ozkih pasovih v disku okoli Rhee.
Kaj so bile napovedi in pričakovanja
Če bi Rhea res imela obroče, bi to pomenilo prve potrjene obroče okoli naravne lune. Značilnosti, ki so bile predlagane na podlagi prvih podatkov:
- Tri ozka pasova znotraj ekvatorialnega diska.
- Delci velike velikosti (od več decimetrov do približno enega metra), kar bi pojasnjevalo močno absorpcijo energijskih elektronov, ne da bi morali opaziti veliko razsevane svetlobe.
- Disk trdnih delcev, ki bi bil tenuozen in razpršen, zato bi ga bilo težko videti s klasičnimi slikovnimi metodami brez zelo občutljivih opazovanj.
Kasnejše preverjanje in znanstvena razprava
Po prvotnem poročilu so sledila dodatna opazovanja in analize. Nekateri ključni poudarki:
- Usmerjena iskanja z napravami orbiterja Cassini, vključno s kamerami in drugimi inštrumenti, niso nesporno zaznala pričakovanih optičnih lastnosti obročev (npr. razpršene svetlobe ali prstanaste obruše), kar je povzročilo dvome o prvotni razlagi absorpcij elektronov.
- Raziskovalci so preučili tudi druge možne razlage za opazovano izpraznitev elektronov, kot so lokalne magnetosferične motnje, prostorski prah ali začasne strukture v plazmi. Nobena alternativa sprva ni bila dokončno potrjena ali izključena.
- Skupna znanstvena ocena je zato ostala previdna: hipoteza o obročih je bila zanimiva in smiselna glede na določene meritve, vendar ni bila dokončno potrjena z neposrednimi slikami ali konsistentnimi opazovanji z več instrumenti.
Pomen in posledice, če bi obroči obstajali
Potrditve obročev okoli Rhee bi imele več pomembnih implikacij:
- Razširile bi razumevanje mehanizmov nastanka in stabilnosti obročev – kako lahko majhna luna tvori ali obdrži obroč z delci velike velikosti.
- Pomenilo bi primer, kjer se gravitacijski in magnetosferični učinki ter vplivi meteoritnega bombardiranja združijo v ustvarjanju dolgotrajnih ali začasnih obročev okoli satelita.
- Omogočilo bi primerjave z drugimi sistemi obročev v Osončju in poglobilo znanje o interakcijah med lunami in planetarnimi magnetosferami.
Trenutni status in nadaljnje raziskave
Do danes ostaja vprašanje obročev okoli Rhee odprto: prvotna hipoteza ni univerzalno potrjena in ni popolnoma ovržena. Potrebne so bile in so še vedno koristne dodatne analize obstoječih podatkov ter morebitna nova opazovanja z visoko občutljivostjo na razpršeno svetlobo in detekcijo delcev.
Prihodnje misije ali nadaljnje obdelave podatkov iz arhivov Cassinija bi lahko bistveno prispevale k dokončni razjasnitvi: bodisi z neposredno potrditevjo prstančaste strukture bodisi z uveljavitvijo druge, bolj verjetne razlage pojavov v magnetosferi Rhee.
Zaključek: Odkritje iz leta 2008 je odprlo zanimivo možnost, da bi Rhea nosila obroče, vendar kasnejša preverjanja niso prinesla enoznačnih potrditev. V znanosti so takšni primeri pogosti — začetna meritev sproži hipotezo, ki jo je treba sledi predmetom dodatnih preverjanj, preiskav in neodvisnih potrditev.
Umetnikov vtis Rheinih obročev
Odkrivanje
Voyager 1 je leta 1980 v smeri od Rhee opazil območje brez toliko energijskih elektronov, ujetih v Saturnovem magnetnem polju. Te meritve, ki niso bile nikoli pojasnjene, so bile opravljene na večji razdalji kot Cassinijevi podatki.
26. novembra 2005 je Cassini opravil edini ciljni oblet Rhee v okviru svoje osnovne misije. Preletel je 500 km od površine Rhee, v smeri toka Saturnovega magnetnega polja, in opazoval nastalo plazemsko sled, kot je to storil pri drugih lunah, kot sta Dione in Tethys. V teh primerih je prišlo do prekinitve energijskih elektronov, ko je Cassini prešel v plazemske sence lun (območja, kjer so lune same blokirale magnetosfersko plazmo, da bi dosegla Cassinija). V primeru Rhee pa je elektronska plazma začela upadati na osemkrat večji razdalji in se postopoma zmanjševala do pričakovanega močnega upada, ko je Cassini vstopil v Rheino plazemsko senco. Povečana razdalja ustreza Rheini Hillovi sferi, razdalji 7,7-kratnika Rheinega polmera, znotraj katere prevladuje Rheina in ne Saturnova gravitacija. Ko je Cassini izstopil iz Rheine plazemske sence, se je pojavil obraten vzorec: V senci plazme Rhea se je pojavil močan porast energijskih elektronov, nato pa postopno naraščanje do polmera Rheine Hill-sfere.
Ti podatki so podobni tistim z Encelada, kjer voda, ki izhaja z njegovega južnega pola, absorbira elektronsko plazmo. Vendar je v primeru Rhee vzorec absorpcije simetričen.
Poleg tega je instrument za magnetosfersko slikanje (MIMI) opazil, da so ta blagi gradient prekinili trije ostri padci plazemskega toka na vsaki strani Lune, vzorec pa je bil tudi skoraj simetričen.
Avgusta 2007 je Cassini ponovno preletel Rheino plazemsko senco, vendar dlje od nje. Njegovi odčitki so bili podobni tistim, ki jih je pokazal Voyager 1.
Slik ali neposrednih opazovanj snovi, ki naj bi absorbirala plazmo, ni, vendar bi bilo verjetne kandidate težko neposredno zaznati. Nadaljnja opazovanja so načrtovana za prvo podaljšanje Cassinijeve misije, ciljni prelet pa je predviden za 2. marec 2010.
Primerjava odčitkov MIMI na Rhei in Tethysu ter morebitni obročki. Plazemski val je pri Rhei bolj turbulenten kot pri Tethysu, zato njegova senca ni tako jasna.
Pri 100-sekundni osvetlitvi od zadaj osvetljene Rhee nismo našli nobenih znakov obročev. Če obstajajo, so premajhni ali pa ne razpršijo dovolj svetlobe, da bi jih lahko zaznali. Ta geometrija opazovanja je posebej prilagojena za zaznavanje drobnih delcev v velikosti prahu, zato je obroč, sestavljen izključno iz večjih delcev, še vedno mogoč. Svetli polmesec, osvetljen s Soncem, je spodaj desno; osvetlitev gibusa na levi strani je planetarna svetloba.
Razlaga
Cassinijeva pot preleta otežuje interpretacijo magnetnih odčitkov.
Očitna kandidata za snov, ki absorbira magnetosfersko plazmo, sta nevtralni plin in prah, vendar so količine, potrebne za pojasnitev opaženega zmanjšanja elektronov, veliko večje, kot omogočajo Cassinijeve meritve. Zato najditelji, ki jih vodi Geraint Jones iz ekipe Cassini MIMI, trdijo, da morajo zmanjšanje elektronov povzročiti trdni delci, ki krožijo okoli Rhee:
Analiza elektronskih podatkov kaže, da je ta ovira najverjetneje v obliki diska snovi z majhno optično globino blizu ekvatorialne ravnine Rhee in da disk vsebuje trdna telesa velikosti do ~1 m.
Najpreprostejša razlaga za simetrične prekinitve v toku plazme so "podaljšani loki ali obroči snovi", ki krožijo okoli Rhee v njeni ekvatorialni ravnini. Ti simetrični prelomi so nekoliko podobni načinu, na katerega so leta 1977 odkrili Uranove obroče.
| Možni Rheanovi obročki | |
| Obroč | orbitalni polmer (km) |
| disk | < 5,900 |
| 1 | ≈ 1,615 |
| 2 | ≈ 1,800 |
| 3 | ≈ 2,020 |
Vendar pa vsi znanstveniki niso prepričani, da so opaženi znaki posledica obročastega sistema. Na posnetkih niso opazili obročev, kar postavlja zelo nizko mejo vsaj za drobne delce v velikosti prahu. Poleg tega bi bilo pričakovati, da bi obroč iz balvanov ustvaril prah, ki bi bil verjetno viden na posnetkih.
Zgodovina
Simulacije kažejo, da lahko trdna telesa stabilno krožijo okoli Rhee v bližini njene ekvatorialne ravnine v astronomskem časovnem obdobju. Morda ne bodo stabilna okoli Dione in Tethysa, ker sta ti luni veliko bližje Saturnu in imata zato veliko manjše Hillove krogle, ali okoli Titana zaradi upora njegove goste atmosfere.
O možnem izvoru obročev je bilo podanih veliko predlogov. Trk bi lahko prinesel snov v orbito; to bi se lahko zgodilo že pred 70 milijoni let. Majhno telo bi se lahko porušilo, ko se je znašlo v orbiti okoli Rhee. V obeh primerih bi se ostanki sčasoma ustalili v krožnih ekvatorialnih orbitah. Glede na njihovo dolgoročno orbitalno stabilnost pa je mogoče, da so preživeli od nastanka same Rhee.
Da bi obstajali različni obroči, jih mora nekaj ločiti. Predlogi vključujejo lunine otočke ali skupke snovi znotraj diska, podobne tistim, ki jih vidimo v Saturnovem obroču A.
Vprašanja in odgovori
V: Okrog katere lune se nahaja sistem tankih prstanov?
O: Sistem tankih obročev je okoli Saturnove lune Rhea.
V: Kdaj je bilo objavljeno odkritje tega sistema tankih obročev?
O: Odkritje sistema tankih obročev je bilo objavljeno v reviji Science 6. marca 2008.
V: Kako so znanstveniki ugotovili, da Saturnova magnetosfera v bližini Rhee nima energijskih elektronov?
O: Znanstveniki so odkrili, da Saturnova magnetosfera v bližini Rhee nima energijskih elektronov, ko so novembra 2005 uporabili orbiter Cassini.
V: Kaj pomeni trditev, da so okoli Rhee "gostejši obroči ali loki"?
O: To pomeni, da so okoli Rhee območja z večjo koncentracijo trdne snovi, kot so delci s premerom od več decimetrov do približno metra, ki tvorijo obroče ali loke.
V: Katere vrste delcev sestavljajo te gostejše obroče in loke?
O: Ti gostejši obroči in loki so sestavljeni iz trdnih delcev s premerom od več decimetrov do približno enega metra.
V: V čem se razlikuje od drugih znanih obročev, ki smo jih opazili okoli lun?
O: To bi se razlikovalo od drugih znanih obročev okoli lun, saj bi bil to prvi primer, ko bi okoli lune opazili sistem tankih obročev.
