Είναι πραγματικά οι δακτύλιοι του Κρόνου τόσο νέοι όσο οι δεινόσαυροι;

Το διαστημόπλοιο Cassini χάθηκε σε μια κυριολεκτική φλόγα δόξας στις 15 Σεπτεμβρίου 2017, όταν τελείωσε τη 13ετή μελέτη του για τον Κρόνο βυθίζοντας σκόπιμα στην στροβιλιζόμενη ατμόσφαιρα του γίγαντα αερίου. Η συντριβή έγινε μετά από εξαγριωμένους τελευταίους μήνες μελέτης, κατά τη διάρκεια της οποίας ο Cassini πραγματοποίησε το Μεγάλο Τελικό — έναν συγκλονιστικό χορό που αψηφούσε τον θάνατο που είδε το διαστημόπλοιο να βουτάει ανάμεσα στον πλανήτη και τους δακτυλίους του 22 φορές.

Όπως κάνουν συχνά οι νέες προοπτικές, αυτή αποκάλυψε μια έκπληξη. Προηγουμένως, οι πλανητολόγοι είχαν υποθέσει ότι οι δακτύλιοι του Κρόνου ήταν τόσο παλιοί όσο το ίδιο το ηλιακό σύστημα - περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Αλλά οι κοσμικές ενδείξεις που κρύβονταν βαθιά μέσα στους δακτυλίους έκαναν ορισμένους επιστήμονες του Cassini να αναθεωρήσουν μαζικά αυτό το σχήμα. Οι δακτύλιοι δεν είναι τόσο παλιοί όσο το ηλιακό σύστημα, υποστήριξαν σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε αυτό το καλοκαίρι στο περιοδικό Science . Εμφανίστηκαν πριν από 100 εκατομμύρια χρόνια, όταν οι δεινόσαυροι περιπλανήθηκαν στη Γη.

Μια έκρηξη της κάλυψης των μέσων ενημέρωσης που συνέδεε τα δαχτυλίδια με την εποχή των δεινοσαύρων βοήθησε να σταθεροποιηθούν γρήγορα τα νέα ευρήματα στα μάτια του κοινού. Εάν εισαγάγετε τη φράση αναζήτησης "πόσο χρονών είναι οι δακτύλιοι του Κρόνου", η Google επιστρέφει την απάντηση "100,1 εκατομμύρια χρόνια".

Ο Aurélien Crida, ένας πλανητικός επιστήμονας στο Παρατηρητήριο της Κυανής Ακτής, ήταν δύσπιστος σε αυτή την οριστική δήλωση. "Ήμουν λίγο τσαντισμένος με το πώς αξιολογήθηκε, ότι τα δαχτυλίδια είναι νεαρά και τελείωσε", είπε.

Αυτός και άλλοι σκεπτικιστές έχουν επισημάνει ότι υπάρχουν πολλά πιθανά προβλήματα με το επιχείρημα, από τη φυσική της ρύπανσης του δακτυλίου μέχρι την προέλευση των ίδιων των δακτυλίων. «Οι δακτύλιοι φαίνονται νέοι, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι οι δακτύλιοι είναι πραγματικά νέοι», δήλωσε ο Ryuki Hyodo, πλανητικός επιστήμονας στην Ιαπωνική Υπηρεσία Αεροδιαστημικής Εξερεύνησης. "Υπάρχουν ακόμη ορισμένες διαδικασίες που δεν εξετάζουμε."

Σε απάντηση στην υπόθεση, η Crida συνέγραψε ένα σχόλιο για το Nature Astronomy , που δημοσιεύθηκε τον Σεπτέμβριο, που παρουσίασε μια λιτανεία αβεβαιοτήτων. Η δεινοσαυρική ηλικία των δαχτυλιδιών είναι ένας εντυπωσιακός ισχυρισμός, είπε ο Crida, αλλά παρακάμπτει μια δυσάρεστη πραγματικότητα:Υπάρχουν πάρα πολλές αβεβαιότητες για να επιτρέψουν οποιαδήποτε σταθερή εκτίμηση της ηλικίας των δακτυλίων. Παρά τους ηρωισμούς του Cassini, «δεν είμαστε πραγματικά πολύ μπροστά από εκεί που ήμασταν σχεδόν πριν από 40 χρόνια», όταν οι ανιχνευτές Voyager έριξαν για πρώτη φορά μια καλή ματιά στον Κρόνο, είπε ο Luke Dones, πλανητολόγος στο Southwest Research Institute στο Boulder. Κολοράντο.

Οι υποστηρικτές της νεότερης ηλικίας στέκονται στο έργο τους. «Κάθε νέο συναρπαστικό αποτέλεσμα αμφισβητείται», δήλωσε ο Burkhard Militzer, πλανητικός επιστήμονας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ και συν-συγγραφέας του Science χαρτί. "Είναι ο φυσικός τρόπος για να προχωρήσετε."

Η συζήτηση αφορά κάτι περισσότερο από το στενό ζήτημα της ηλικίας των δαχτυλιδιών. Η ηλικία των δακτυλίων του Κρόνου θα επηρεάσει τον τρόπο με τον οποίο κατανοούμε πολλά από τα φεγγάρια του Κρόνου, συμπεριλαμβανομένου του δυνητικά υποστηρικτικού κόσμου του Εγκέλαδου, με τον παγωμένο ωκεανό του. Και θα μας ωθήσει επίσης πιο κοντά στο να απαντήσουμε στην απόλυτη ερώτηση σχετικά με τους δακτυλίους του Κρόνου, μια ερώτηση για την οποία οι άνθρωποι αναρωτιούνται από τότε που ο Γαλιλαίος τους θαύμασε για πρώτη φορά πριν από 400 χρόνια:Από πού προήλθαν αρχικά;

Ηλικία από μια κλίμακα

Γνωρίζουμε την ηλικία της Γης γιατί μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη διάσπαση της ραδιενεργής ύλης στα πετρώματα για να υπολογίσουμε πόσο παλιά είναι. Οι πλανητικοί γεωλόγοι έχουν κάνει το ίδιο για πετρώματα από το φεγγάρι και τον Άρη.

Οι δακτύλιοι του Κρόνου, που αποτελούνται κυρίως από θραύσματα πάγου με ίχνη βραχώδους ύλης, δεν προσφέρονται για τέτοιου είδους ανάλυση, δήλωσε ο Μάθιου Χέντμαν, πλανητολόγος στο Πανεπιστήμιο του Αϊντάχο. Αυτό σημαίνει ότι οι εκτιμήσεις ηλικίας πρέπει να βασίζονται σε έμμεσες αποδείξεις.

Αυτά τα στοιχεία, εν μέρει, προέρχονται από τη σκόνη. Σκεφτείτε ότι οι παγωμένοι δακτύλιοι μοιάζουν με ένα χωράφι με χιόνι:Μετά από μια παρθένα αρχή, η αιθάλη από μακριά τη μολύνει σταδιακά. Για να υπολογίσουν την ηλικία του χιονιού, οι επιστήμονες πρέπει να μετρήσουν τον ρυθμό με τον οποίο πέφτει η αιθάλη, καθώς και τη συνολική ποσότητα αιθάλης που υπάρχει ήδη.

Το Cassini έκανε το πρώτο μέρος με τον Cosmic Dust Analyzer, ο οποίος διαπίστωσε ότι οι δακτύλιοι του Κρόνου μολύνονται σταθερά από πιο σκούρο υλικό - ένα μείγμα βραχώδους σκόνης και οργανικών ενώσεων. Το μεγαλύτερο μέρος αυτού του υλικού παραδίδεται από μικρομετεωροειδή από τη ζώνη Kuiper, μια μακρινή πηγή παγωμένων αντικειμένων πέρα ​​από την τροχιά του Ποσειδώνα. Το διαστημόπλοιο διαπίστωσε επίσης ότι το υλικό αιθάλης αποτελεί επί του παρόντος περίπου το 1% των παγωμένων δακτυλίων του Κρόνου.

Για να αποκαλύψουν τη συνολική μάζα της κοσμικής αιθάλης στους δακτυλίους, οι ερευνητές έπρεπε στη συνέχεια να ζυγίσουν τους ίδιους τους δακτυλίους. Ευτυχώς, ο μεγάλος τελικός του Cassini δημιούργησε ακριβώς μια τέτοια ευκαιρία. Καθώς το διαστημόπλοιο περνούσε μέσα από τους δακτυλίους, μέτρησε με ακρίβεια την καθαρή βαρυτική έλξη σε κάθε σημείο. Δεδομένου ότι τα πεδία βαρύτητας εξαρτώνται από τη μάζα ενός αντικειμένου, αυτό το κατόρθωμα επέτρεψε στους επιστήμονες να ζυγίσουν απευθείας ολόκληρο το σύστημα δακτυλίου.

Με αυτές τις πληροφορίες - την ποσότητα αιθάλης και τον ρυθμό με τον οποίο πέφτει - οι επιστήμονες υπολόγισαν ότι θα χρειάζονταν μεταξύ 10 και 100 εκατομμυρίων χρόνια για να βρεθεί μολυσμένο αυτό το παροιμιώδες χιονισμένο πεδίο. Τα ευρήματα έτυχαν γενικά καλής αποδοχής. «Το μεγαλύτερο μέρος της κοινότητας σήμερα είναι πεπεισμένο ότι οι δακτύλιοι σχηματίστηκαν πρόσφατα», δήλωσε ο Luciano Iess, ειδικός στην αεροδιαστημική μηχανική στο Πανεπιστήμιο Sapienza της Ρώμης και την Science επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.

Ωστόσο, το επιχείρημα για τη ρύπανση δεν είναι στεγανό. Ο Dones επισημαίνει ότι η ομάδα του Cassini που αναλύει την εισερχόμενη ρύπανση δεν έχει καταλήξει σε ένα ακριβές ποσοστό. Διάφορες τιμές έχουν εμφανιστεί σε αρκετές παρουσιάσεις συνεδρίων, αλλά δεν έχει δημοσιευθεί ακόμη ένα τελικό ποσό. Στην Επιστήμη χαρτί, οι ερευνητές επέλεξαν μία από αυτές τις αξίες και κατέληξαν σε μια νεανική ηλικία. Αλλά αυτή η ασάφεια "προκαλούσε μεγάλη ανησυχία", δήλωσε ο Paul Estrada, πλανητολόγος στο Ερευνητικό Κέντρο Ames της NASA, μέλος της ομάδας Cassini που αναλύει τη ρύπανση.

Το ποσοστό ρύπανσης μπορεί επίσης να έχει αλλάξει σχετικά πρόσφατα. «Θα μπορούσε απλώς ο ρυθμός βομβαρδισμού να είναι ασυνήθιστα υψηλός αυτή τη στιγμή», είπε ο Crida, ακόμη κι αν δεν μπορούμε να πούμε τι θα προκαλούσε μια τέτοια άνοδο. Θεωρητικά, μια μελλοντική αποστολή στον Κρόνο θα μπορούσε να σκάψει έναν βραχώδη πυρήνα από ένα παλιό φεγγάρι, που διατηρεί τη ροή της ρύπανσης με την πάροδο του χρόνου, είπε η Tracy Becker, πλανητολόγος στο Southwest Research Institute στο Σαν Αντόνιο του Τέξας. Αλλά μια τέτοια αποστολή θα ήταν δεκαετίες στο μέλλον.

Επίσης, δεν καταλαβαίνουμε πλήρως τη φυσική πίσω από το σκοτάδι του δακτυλίου. Τα μικρομετεωροειδή από τη ζώνη Kuiper προσκρούουν στα παγωμένα κομμάτια των δακτυλίων με τόσο υψηλές ταχύτητες που οι κρούσεις είναι σαν μικρές εκρήξεις, υποδηλώνοντας ότι δεν προσκολλώνται πολλά από τα μικρομετεωροειδή. Αυτό οδήγησε σε έναν παράγοντα φοντάν στη βιβλιογραφία — εικάζεται ότι το 10% της μικρομετεωροειδούς ύλης κολλάει στον πάγο και τον μολύνει.

Ο Dones είπε ότι το Dust Accelerator Laboratory στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο, Boulder μπορεί να είναι σε θέση να επαναλάβει αυτή τη διαδικασία πρόσκρουσης και να μας δώσει μια καλύτερη ιδέα για την ικανότητα διατήρησης των ρύπων. Αλλά προς το παρόν, είμαστε στο σκοτάδι.

Το σχόλιο του Crida πρότεινε επίσης ότι ένας πλανητικός καθαριστής ινκόγκνιτο μπορεί να αφαιρεί τη ρύπανση για να κάνει τους δακτυλίους να φαίνονται απατηλά νεανικοί. Γνωρίζουμε από τις ημέρες του Voyager ότι το υλικό από τους δακτυλίους πέφτει βροχή στην επιφάνεια του Κρόνου. Αλλά δεν ξέρουμε από τι είναι φτιαγμένο αυτό το υλικό. Το Cassini μέτρησε τη βροχή χρησιμοποιώντας δύο ξεχωριστά όργανα. Και οι δύο βρήκαν ότι περιέχει εκπληκτικά λίγο πάγο - μόλις 24%. "Αυτό είναι πολύ μπερδεμένο, δεδομένου ότι οι δακτύλιοι μετράται ότι είναι πάνω από 95% νερό", δήλωσε ο James O'Donoghue, πλανητικός επιστήμονας στην Ιαπωνική Υπηρεσία Αεροδιαστημικής Εξερεύνησης. Η «βροχή» αφαιρεί κατά προτίμηση τη βρωμιά, αλλά κανείς δεν ξέρει γιατί.

«Υπάρχει κάτι που καθαρίζει τα δαχτυλίδια», είπε η Crida. "Δεν ξέρουμε τι είναι, αλλά είναι πλέον ένα παρατηρούμενο γεγονός, δεν είναι απλώς μια εικασία."

Ο Crida είπε ότι ίσως ο πάγος που εκτοξεύεται από τις κρούσεις μικρομετεωροειδών τείνει να προσκολλάται ξανά στους δακτυλίους, ενώ οι εκτοξευόμενοι ρύποι πέφτουν βροχή. Ο Becker εικάζει ότι η ρύπανση εκτοξεύεται κατά προτίμηση από τις κρούσεις, ανεξάρτητα από το αν ο πάγος επανασυνδέεται με αυτόν τον τρόπο. Και ο Hyodo αναρωτιέται εάν οι θερμοπίδακες στον νότιο πόλο του Εγκέλαδου προσθέτουν περισσότερο νερό, αραιώνοντας τη ρύπανση των δακτυλίων. Αλλά κανείς δεν ξέρει με βεβαιότητα.

Αλλά δεν πιστεύουν όλοι ότι γίνεται πολύς καθαρισμός. «Το να λερώσεις τα πράγματα είναι εύκολο», είπε ο Militzer. "Ο καθαρισμός είναι δύσκολος."

Από πού ήρθαν

Κι αν, είπε ο Crida, το επιχείρημα για τη ρύπανση είναι σωστό; Τι θα συμβεί αν οι δακτύλιοι ήταν πάντα εκτεθειμένοι σε μια αμετάβλητη εισροή κοσμικής σκόνης και οι δακτύλιοι είναι το πολύ 100 εκατομμυρίων ετών; Τότε θα πρέπει να εξηγήσουμε πώς σχηματίστηκαν οι δακτύλιοι τόσο πρόσφατα, κάτι που είναι μια δύσκολη προοπτική.

Πρώτον, δεν έχουμε ιδέα τι δημιούργησε τα δαχτυλίδια, επομένως είναι δύσκολο να τους αναθέσουμε μια ιστορία προέλευσης ανά πάσα στιγμή. Οι δακτύλιοι μπορεί να είναι το απομεινάρι ενός κομήτη που σχίστηκε από τις παλίρροιες της βαρύτητας του Κρόνου ή το προϊόν μιας σύγκρουσης μεταξύ ενός κομήτη και ενός παγωμένου φεγγαριού ή το αποτέλεσμα κάτι που διατάραξε την τροχιά πολλών φεγγαριών, προκαλώντας τα να συντρίψουν το ένα με το άλλο .

Μια αποστολή δείγματος-επιστροφής στους παγωμένους βρόχους του Κρόνου θα μπορούσε να βρει τα υπολείμματα των αρχικών σωμάτων που εκμηδενίστηκαν και χρησιμοποιήθηκαν για τη σφυρηλάτηση των δακτυλίων, είπε ο Militzer. Αλλά δεν υπάρχει τέτοια αποστολή.

Δεύτερον, τα πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια του ηλιακού συστήματος ήταν ένα πανδαιμόνιο σαν φλίπερ, με πρωτοπλανητικά αντικείμενα να συγκρούονται συνεχώς. Αυτές τις μέρες, είπε ο Crida, τα πράγματα είναι πολύ πιο διευθετημένα, επομένως η πιθανότητα μιας καταστροφικής σύγκρουσης που οδηγεί στους δακτυλίους του Κρόνου είναι πολύ μικρότερη. Εάν όντως σχηματίζονταν σε έναν πρόσφατο κατακλυσμό, είπε ο Militzer, ένα τέτοιο γεγονός θα άλλαζε δραματικά την προοπτική μας:Αυτό θα σήμαινε ότι η πλανητική γειτονιά μας δεν έχει ξεπεράσει ακόμη το φανάρι των αρχέγονων ημερών της.

Η Linda Spilker, επιστήμονας του προγράμματος Cassini στο Εργαστήριο Jet Propulsion της NASA, είπε ότι ενδείξεις μπορεί να βρίσκονται στα φεγγάρια του Κρόνου, καθώς η ανάπτυξή τους συνδέεται κάπως με αυτή των δακτυλίων. Αλλά οι δικές τους ιστορίες είναι επίσης γεμάτες αβεβαιότητες, από την προέλευσή τους έως τις ηλικίες τους.

Ένα μοντέλο του 2016, που χρησιμοποιεί τις τρέχουσες θέσεις των φεγγαριών για να κοιτάζει προς τα πίσω στο χρόνο, υποδηλώνει ότι το σημερινό σύστημα δακτυλίων και εσωτερικών φεγγαριών θα μπορούσε να είχε δημιουργηθεί όταν ένα ζευγάρι μεσαίου μεγέθους φεγγάρια συντρίφθηκαν μεταξύ τους πριν από περίπου 100 εκατομμύρια χρόνια.

Αλλά η ικανότητα μιας τέτοιας σύγκρουσης να σχηματίσει τους δακτυλίους που βλέπουμε τώρα, είπε ο Dones, είναι μια ενεργή διαμάχη. μια πολυσυζητημένη μελέτη του 2017, για παράδειγμα, υποδηλώνει ότι δεν θα υπήρχε αρκετό υλικό για την κατασκευή των σημερινών δαχτυλιδιών. «Απλώς δεν λειτουργεί», είπε η Crida, προσθέτοντας ότι ο μόνος τρόπος με τον οποίο αυτή η πρόσκρουση δύο φεγγαριών θα μπορούσε να έχει δημιουργήσει όλα αυτά τα φεγγάρια και τους δακτυλίους είναι μέσω της «μαγείας».

«Το ερώτημα εάν τα δαχτυλίδια είναι παλιά ή νέα θα απαντηθεί οριστικά μια μέρα», είπε ο Becker. Αλλά αυτή τη στιγμή, υπάρχουν αρκετά στοιχεία και από τις δύο πλευρές ότι «υπάρχουν ακόμη πολλά για να διαφωνήσουμε πριν μπορέσουμε να πούμε οτιδήποτε οριστικά».

Ενώ το παρελθόν είναι ασαφές, το μέλλον φαίνεται πιο σίγουρο. Τα δαχτυλίδια μπορεί να φαίνονται μόνιμα, αλλά ισχύει το αντίθετο. Οι παρατηρήσεις από ένα τηλεσκόπιο στην κορυφή του ηφαιστείου Mauna Kea της Χαβάης βρήκαν χείμαρρους υλικού να πέφτουν βροχή από τους δακτυλίους. Όταν οι επιστήμονες προσθέτουν αυτό στο υλικό που ανίχνευσε το Cassini, εκτιμούν ότι οι δακτύλιοι θα εξαφανιστούν εντελώς σε 100 εκατομμύρια χρόνια.

Φαίνεται ότι ο χρόνος τελειώνει για τους δακτυλίους του Κρόνου, ένα «σύμβολο της αστρονομίας», είπε ο Crida, ένας που θαυμάζεται παγκοσμίως για την εκπληκτική ομορφιά του. Όπως πολλοί, θεωρεί ότι είναι ευτυχές που η ανθρωπότητα και τα δαχτυλίδια συνυπάρχουν — δίνοντάς μας πολλές ευκαιρίες να διαφωνήσουμε για τα μυστικά που κρατούν.

Αυτό το άρθρο ανατυπώθηκε στις  Wired.com .