Die Cassini-Raumsonde starb am 15. September 2017 in einem wahren Glanzlicht, als sie ihre 13-jährige Saturn-Studie beendete, indem sie absichtlich in die wirbelnde Atmosphäre des Gasriesen eintauchte. Der Absturz ereignete sich nach ein paar Monaten wütenden Studiums, in denen Cassini das große Finale aufführte - ein sensationeller, todesmutiger Tanz, bei dem das Raumschiff 22 Mal zwischen dem Planeten und seinen Ringen hin und her tauchte.
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Wie es häufig bei neuen Perspektiven der Fall ist, hat diese eine Überraschung enthüllt. Vorher hatten Planetenwissenschaftler angenommen, dass die Saturnringe so alt sind wie das Sonnensystem selbst - etwa 4, 5 Milliarden Jahre alt. Aber tief in den Ringen verborgene kosmische Hinweise veranlassten einige Cassini-Wissenschaftler, diese Zahl massiv zu überarbeiten. Die Ringe sind nicht so alt wie das Sonnensystem, argumentierten sie in einem Artikel, der diesen Sommer in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde. Sie entstanden vor nicht mehr als 100 Millionen Jahren, als Dinosaurier die Erde durchstreiften.
Eine Explosion der Medienberichterstattung, die die Ringe mit dem Zeitalter der Dinosaurier verband, trug dazu bei, die neuen Erkenntnisse in der Öffentlichkeit schnell zu verfestigen. Wenn Sie den Suchbegriff "Wie alt sind die Saturnringe" eingeben, gibt Google die Antwort "100, 1 Millionen Jahre" zurück.
Aurélien Crida, ein Planetenforscher am Côte d'Azur Observatorium, war bei dieser endgültigen Erklärung ungläubig. "Ich war ein bisschen sauer darüber, wie beurteilt wurde, dass die Ringe jung sind und es vorbei ist", sagte er.
Er und andere Skeptiker haben darauf hingewiesen, dass es viele mögliche Probleme mit dem Argument gibt, von der Physik der Ringverschmutzung bis zu den Ursprüngen der Ringe. "Die Ringe sehen jung aus, aber das bedeutet nicht, dass sie wirklich jung sind", sagte Ryuki Hyodo, ein Planetenwissenschaftler bei der japanischen Aerospace Exploration Agency. "Es gibt noch einige Prozesse, die wir nicht berücksichtigen."
Als Antwort auf diese Hypothese hat Crida einen im September veröffentlichten Kommentar zur Naturastronomie verfasst, der eine Litanei von Unsicherheiten enthält. Das Dinosaurier-Alter der Ringe ist eine auffällige Behauptung, sagte Crida, aber es umgeht eine unangenehme Realität: Es gibt zu viele Unsicherheiten, um das Alter der Ringe genau einschätzen zu können. Trotz Cassinis Heldentaten "sind wir dem, was wir vor fast 40 Jahren gemacht haben, nicht weit voraus", als die Voyager-Sonden Saturn zum ersten Mal genauer untersuchten, sagte Luke Dones, Planetologe am Southwest Research Institute in Boulder. Colorado.
Befürworter des jüngeren Alters stehen zu ihrer Arbeit. "Jedes neue aufregende Ergebnis wird in Frage gestellt", sagte Burkhard Militzer, ein Planetenforscher an der University of California in Berkeley und Mitautor des Science Papers. "Es ist der natürliche Weg, um fortzufahren."
In der Debatte geht es nicht nur um die Frage nach dem Alter der Ringe. Das Zeitalter der Saturnringe wird Einfluss darauf haben, wie wir viele Saturnmonde verstehen, einschließlich der möglicherweise lebenserhaltenden Welt Enceladus mit seinem gefrorenen Ozean. Und es wird uns auch näher bringen, die ultimative Frage nach den Saturnringen zu beantworten, über die sich die Menschen seit Galileo vor über 400 Jahren Gedanken gemacht haben: Woher kommen sie überhaupt?
Alter von einer Skala
Wir kennen das Alter der Erde, weil wir den Zerfall radioaktiver Materie in Gesteinen nutzen können, um herauszufinden, wie alt sie sind. Dasselbe haben Planetengeologen für Gesteine vom Mond und vom Mars getan.
Saturns Ringe, die überwiegend aus Eisfragmenten mit Spuren von Gesteinsmaterie bestehen, eignen sich nicht für diese Art der Analyse, sagte Matthew Hedman, ein Planetenforscher an der Universität von Idaho. Das heißt, Altersschätzungen müssen auf Indizien beruhen.
Diese Beweise stammen zum Teil aus Staub. Stellen Sie sich die eisigen Ringe wie ein Schneefeld vor: Nach einem makellosen Start verschmutzt sie Ruß aus der Ferne allmählich. Um das Alter des Schnees abschätzen zu können, müssen die Wissenschaftler die Geschwindigkeit messen, mit der der Ruß fällt, sowie die Gesamtmenge des bereits vorhandenen Rußes.
Cassini hat den ersten Teil mit dem Cosmic Dust Analyzer durchgeführt, bei dem festgestellt wurde, dass Saturns Ringe ständig von dunklerem Material verschmutzt werden - einer Mischung aus Steinstaub und organischen Verbindungen. Der größte Teil dieses Materials wird von Mikrometeoroiden aus dem Kuipergürtel geliefert, einer entfernten Quelle eisiger Objekte außerhalb der Umlaufbahn von Neptun. Das Raumschiff stellte auch fest, dass das rußige Material derzeit etwa 1 Prozent der Saturn-Eisringe ausmacht.
Um die Gesamtmasse des kosmischen Rußes in den Ringen zu ermitteln, mussten die Forscher die Ringe selbst wiegen. Zum Glück hat Cassinis großes Finale genau diese Gelegenheit geschaffen. Während das Raumschiff durch die Ringe flog, maß es genau die Nettogravitationskraft an jedem Punkt. Da die Schwerkraftfelder von der Masse eines Objekts abhängen, konnten die Wissenschaftler auf diese Weise das gesamte Ringsystem direkt wiegen.
Mit diesen Informationen - der Menge an Ruß und der Geschwindigkeit, mit der er abfällt - hätten Wissenschaftler geschätzt, dass es zwischen 10 und 100 Millionen Jahre gedauert hätte, bis dieses sprichwörtliche Schneefeld besudelt war. Die Ergebnisse wurden im Allgemeinen gut aufgenommen. "Der Großteil der heutigen Community ist davon überzeugt, dass die Ringe vor kurzem entstanden sind", sagte Luciano Iess, Experte für Luft- und Raumfahrttechnik an der Universität Sapienza in Rom und Hauptautor der Science-Studie.
Das Verschmutzungsargument ist jedoch nicht wasserdicht. Dones weist darauf hin, dass das Cassini-Team, das die ankommende Verschmutzung analysiert, keine genaue Rate festgelegt hat. In mehreren Konferenzpräsentationen sind verschiedene Werte aufgetaucht, eine endgültige Zahl wurde jedoch noch nicht veröffentlicht. In der Zeitschrift Science wählten die Forscher einen dieser Werte und entwickelten ein jugendliches Ringalter. Aber diese Ambiguität hat "viel Bestürzung hervorgerufen", sagte Paul Estrada, ein Planetenwissenschaftler am Ames Research Center der NASA, der Mitglied des Cassini-Teams ist, das die Verschmutzung analysiert.
Die Verschmutzungsrate hat sich möglicherweise auch in letzter Zeit geändert. "Es könnte einfach sein, dass die Bombardierungsrate momentan ungewöhnlich hoch ist", sagte Crida, auch wenn wir nicht sagen können, was einen solchen Anstieg verursachen würde. Theoretisch könnte eine zukünftige Mission zum Saturn einen felsigen Kern eines alten Mondes ausgraben, der den Verschmutzungsfluss im Laufe der Zeit bewahrt, sagte Tracy Becker, eine Planetenwissenschaftlerin am Southwest Research Institute in San Antonio, Texas. Aber eine solche Mission wäre Jahrzehnte in der Zukunft.
Wir verstehen auch die Physik hinter der Verdunkelung des Rings nicht vollständig. Die Mikrometeoroide aus dem Kuipergürtel schlagen mit so hoher Geschwindigkeit in die eisigen Brocken der Ringe, dass die Stöße wie kleine Explosionen wirken, was darauf hindeutet, dass nicht viel von den Mikrometeoroiden anhaftet. Dies hat zu einem Fudge-Faktor in der Literatur geführt - Schätzungen zufolge haften 10 Prozent der mikrometeoroidalen Materie am Eis und verschmutzen es.
Laut Dones könnte das Staubbeschleunigerlabor der Universität von Colorado, Boulder, diesen Aufprallprozess nachbilden und uns eine bessere Vorstellung von der Beständigkeit der Schadstoffe geben. Aber jetzt sind wir im Dunkeln.
Cridas Kommentar deutete auch darauf hin, dass ein inkognito-planetarischer Wäscher möglicherweise die Verschmutzung beseitigt, um die Ringe täuschend jugendlich erscheinen zu lassen. Wir wissen seit den Tagen der Voyager, dass Material von den Ringen auf die Oberfläche des Saturn herabregnet. Aber wir haben nicht gewusst, woraus dieses Material besteht. Cassini maß den Regen mit zwei getrennten Instrumenten. Beide fanden heraus, dass es überraschend wenig Eis enthält - nur 24 Prozent. "Das ist sehr verwirrend, da die Ringe zu über 95 Prozent aus Wasser bestehen", sagte James O'Donoghue, ein Planetenforscher bei der japanischen Aerospace Exploration Agency. Der „Regen“entfernt bevorzugt Schmutz, aber niemand weiß warum.
"Es gibt etwas, das die Ringe säubert", sagte Crida. "Wir wissen nicht, was es ist, aber es ist jetzt eine beobachtete Tatsache, es ist nicht nur eine Vermutung."
Crida sagte, dass sich das durch Einschläge von Mikrometeoiden ausgestoßene Eis möglicherweise wieder an den Ringen festsetzt, während die ausgestoßenen Schadstoffe herausregnen. Becker vermutet, dass die Verschmutzung bevorzugt durch Stöße ausgestoßen wird, unabhängig davon, ob sich das Eis auf diese Weise wieder festsetzt. Und Hyodo fragt sich, ob die Geysire am Südpol von Enceladus mehr Wasser hinzufügen und so die Verschmutzung der Ringe verringern. Aber niemand weiß es genau.
Aber nicht jeder glaubt, dass viel geputzt wird. "Das Zeug schmutzig zu machen ist einfach", sagte Militzer. "Reinigung ist schwer."
Woher sie kamen
Was ist, wenn, sagte Crida, das Verschmutzungsargument richtig ist? Was wäre, wenn die Ringe schon immer einem konstanten Zufluss von kosmischem Staub ausgesetzt gewesen wären und die Ringe höchstens 100 Millionen Jahre alt wären? Dann müssten wir erklären, wie sich die Ringe in letzter Zeit gebildet haben, was eine schwierige Aussicht ist.
Erstens haben wir keine Ahnung, wie die Ringe entstanden sind, daher ist es schwierig, ihnen zu jedem Zeitpunkt eine Ursprungsgeschichte zuzuweisen. Die Ringe können die Überreste eines Kometen sein, der durch die Gravitationsfluten des Saturn zerrissen wurde, oder das Ergebnis einer Kollision zwischen einem Kometen und einem eisigen Mond oder das Ergebnis von etwas, das die Umlaufbahn mehrerer Monde störte und dazu führte, dass sie ineinander schlugen.
Eine Mission zur Probenrückgabe an Saturns Eisschleifen könnte die Überreste der ursprünglichen Körper finden, die vernichtet und zum Schmieden der Ringe verwendet wurden, sagte Militzer. Eine solche Mission steht jedoch nicht bevor.
Zweitens waren die ersten Milliarden Jahre des Sonnensystems ein Flipper-ähnliches Pandemonium, bei dem protoplanetarische Objekte ständig kollidierten. Diese Tage, sagte Crida, sind die Dinge weitaus ruhiger, so dass die Wahrscheinlichkeit einer katastrophalen Kollision, die zu Saturns Ringen führt, weitaus geringer ist. Wenn sie sich in jüngster Zeit in einer Katastrophe bilden würden, sagte Militzer, würde ein solches Ereignis unsere Perspektive dramatisch verändern: Es würde bedeuten, dass unsere planetarische Nachbarschaft dem Chaos ihrer Urzeit noch nicht völlig entwachsen ist.
Linda Spilker, die Cassini-Projektwissenschaftlerin am Jet Propulsion Laboratory der NASA, sagte, Hinweise könnten in Saturnmonden liegen, da ihre Entwicklung in gewisser Weise mit der der Ringe zusammenhängt. Aber auch ihre eigenen Geschichten sind von ihren Anfängen bis zu ihrem Alter mit Unsicherheiten behaftet.
Ein Modell von 2016, bei dem die aktuellen Positionen der Monde verwendet werden, um einen Blick zurück in die Zeit zu werfen, legt nahe, dass das gegenwärtige System von Ringen und inneren Monden entstanden sein könnte, als ein Paar mittelgroßer Monde vor etwa 100 Millionen Jahren ineinander geschlagen ist.
Aber die Fähigkeit einer solchen Kollision, die Ringe zu formen, die wir jetzt sehen, sagte Dones, ist eine aktive Kontroverse; Eine viel diskutierte Studie aus dem Jahr 2017 legt beispielsweise nahe, dass nicht genügend Material zur Verfügung gestanden hätte, um die heutigen Ringe herzustellen. "Es funktioniert einfach nicht", sagte Crida und fügte hinzu, dass der einzige Weg, wie dieser Zwei-Mond-Aufprall all diese Monde und Ringe hervorgebracht haben könnte, "Magie" ist.
"Die Frage, ob die Ringe alt oder jung sind, wird eines Tages endgültig beantwortet", sagte Becker. Derzeit gibt es jedoch auf beiden Seiten genügend Beweise dafür, dass „es noch viel zu streiten gibt, bevor wir endgültig etwas sagen können“.
Während die Vergangenheit unklar ist, scheint die Zukunft sicherer. Die Ringe mögen permanent aussehen, aber das Gegenteil ist der Fall. Beobachtungen mit einem Teleskop auf Hawaiis Vulkan Mauna Kea ergaben, dass Material aus den Ringen regnete. Wenn Wissenschaftler dies zu dem von Cassini entdeckten Material hinzufügen, schätzen sie, dass die Ringe in 100 Millionen Jahren vollständig verschwinden werden.
