Es ist seit langem bekannt, dass Saturnringe nicht die perfekten Reifen sind, wie sie in kleinen Amateurteleskopen erscheinen, und als das Cassini-Raumschiff in die Umlaufbahn um Saturn eintrat, wurde die wackelige Störung des massiven B-Rings noch deutlicher. Die Wissenschaftler waren verblüfft über hoch aufragende vertikale Strukturen, überbackene Kanten an den Ringen und seltsame propellerähnliche Merkmale. Aber Wissenschaftler haben jetzt die Ursache für diese seltsamen Merkmale gefunden: Die Region verhält sich wie eine Spiralgalaxie, sagte Carolyn Porco, Teamleiterin des Cassini-Imaging-Teams.
„Wir haben gefunden, was wir uns erhofft hatten, als wir uns vor fast 13 Jahren mit Cassini auf die Reise machten“, sagte Porco, „und haben Einblick in die Mechanismen erhalten, die nicht nur Saturnringe, sondern auch Himmelsscheiben geformt haben von weitaus größerem Ausmaß, von Sonnensystemen wie unseren bis hin zu riesigen Spiralgalaxien. “
Der B-Ring ist einer der dynamischsten Bereiche in den Saturnringen, und Wissenschaftler sagen überraschenderweise, dass sich die Ringe wie eine Miniaturversion unserer eigenen Milchstraßengalaxie verhalten.
Als das Raumschiff Voyager 1980 und 1981 am Saturn vorbeiflog, stellten Wissenschaftler fest, dass der äußere Rand des B-Rings des Planeten durch die Gravitationsstörungen von Mimas wie ein rotierender, abgeflachter Fußball geformt war. Aber selbst in Voyagers Erkenntnissen war klar, dass das Verhalten des äußeren B-Rings weitaus komplexer war als alles, was Mimas allein tun könnte.
Durch die Analyse von Tausenden von Cassini-Bildern des B-Rings, die über einen Zeitraum von vier Jahren aufgenommen wurden, haben Porco und ihr Team die Ursache für den größten Teil der Komplexität gefunden: mindestens drei zusätzliche, unabhängig rotierende Wellenmuster oder Schwingungen, die das verzerren B Ringkante.
Die Schwingungen bewegen sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten um den Ring und die kleinen, zufälligen Bewegungen der Ringpartikel speisen Energie in eine Welle ein, die sich von einer inneren Grenze über den Ring nach außen ausbreitet und von der Außenkante des B-Rings reflektiert wird (die als verzerrt wird) Ergebnis) und bewegt sich dann nach innen, bis es von der inneren Grenze reflektiert wird. Diese kontinuierliche Hin- und Herreflexion ist notwendig, damit diese Wellenmuster wachsen und als Verzerrungen am äußeren Rand des B-Rings sichtbar werden.
Sehen Sie sich ein Video der Schwingungen an.
Diese Schwingungen mit einem, zwei oder drei Lappen werden von keinem Mond erzeugt. Sie sind stattdessen spontan entstanden, teilweise weil der Ring dicht genug und die B-Ringkante scharf genug ist, damit die Wellen von selbst wachsen und dann am Rand reflektieren können.
Die kleinen, zufälligen Bewegungen der Ringpartikel speisen Energie in eine Welle ein und lassen sie wachsen. Die neuen Ergebnisse bestätigen die Aussage der Voyager-Ära, dass dieser Prozess alle rätselhaften chaotischen Wellenformen erklären kann, die in den dichtesten Ringen des Saturn von zehn Metern bis zu Hunderten von Kilometern Breite zu finden sind.
"Dieser Prozess wurde bereits verifiziert, um Wellenmerkmale in den dichten Ringen des Saturn zu erzeugen, die klein sind ... ungefähr 150 Meter oder so", schrieb Porco in ihrem "Captain's Log" -Feature auf der CICLOPS-Website (Cassini Imaging). "Dass es jetzt auch Wellen mit einer Größe von Hunderten von Kilometern im äußeren B-Ring zu erzeugen scheint, legt nahe, dass es in dichten Ringen auf allen räumlichen Skalen arbeiten kann."
"Diese Schwingungen existieren aus dem gleichen Grund, aus dem Gitarrensaiten natürliche Schwingungsmodi haben, die beim Zupfen oder auf andere Weise gestört werden können", sagte Joseph Spitale, Mitarbeiter des Cassini Imaging-Teams und Hauptautor eines neuen Artikels im heute veröffentlichten Astronomical Journal . "Auch der Ring hat seine eigenen natürlichen Schwingungsfrequenzen, und das beobachten wir."
Astronomen glauben, dass solche „selbsterregten“ Schwingungen in anderen Scheibensystemen existieren, wie Spiralscheibengalaxien und protoplanetaren Scheiben, die sich um nahegelegene Sterne befinden, aber sie konnten ihre Existenz nicht direkt bestätigen. Die neuen Beobachtungen bestätigen die ersten großräumigen Wellenschwingungen dieses Typs in einer breiten Materialscheibe irgendwo in der Natur.
Selbsterregte Wellen auf kleinen 100-Meter-Skalen wurden zuvor von Cassini-Instrumenten in einigen dichten Ringbereichen beobachtet und einem Prozess zugeschrieben, der als "viskose Überstabilität" bezeichnet wird.
"Normalerweise dämpft die Viskosität oder der Strömungswiderstand Wellen - die Art und Weise, wie Schallwellen, die sich durch die Luft bewegen, aussterben", sagte Peter Goldreich, ein Planetenring-Theoretiker am California Institute of Technology. "Die neuen Erkenntnisse zeigen jedoch, dass die Viskosität in den dichtesten Teilen der Saturnringe die Wellen tatsächlich verstärkt und mysteriöse Rillen erklärt, die erstmals in Bildern des Raumfahrzeugs Voyager zu sehen waren."
"Wie befriedigend es ist, endlich eine Erklärung für die meisten, wenn nicht alle, der chaotisch aussehenden Struktur zu finden, die wir vor langer Zeit mit Voyager in den dichten Ringregionen des Saturn gesehen haben", sagte Porco, "und seitdem mit Cassini in exquisiten Details gesehen . ”
Quelle: JPL, CICLOPS
