Saturnus måne Mimas är den minsta av gasjättens stora månar. (Saturnus har 62 månar, men några av dem är små månar som är mindre än 1 km i diameter.) Två nya studier visar hur Mimas fungerade som en slags snöplog som vidgade Cassini-uppdelningen mellan Saturnus ringar.
Saturnus ikoniska ringar skiljer den från andra planeter i solsystemet. Det finns ingen vetenskaplig konsensus om exakt hur de bildades. Teorin säger att de bildades tidigt i solsystemets historia, medan data från Cassini-uppdraget tyder på att de bildades långt senare , kanske under dinosauriernas regeringstid. Data från Cassinis så kallade Grand Finale indikerar att ringarna är 200 miljoner år gamla eller yngre. Men även om deras historia är osäker, vet vi fortfarande vad de består av: de är nästan alla vattenis, med några steniga bitar.
De kallas Saturnus ringar eftersom det finns flera ringar åtskilda av luckor som kallas divisioner. Den största, mest synliga luckan kallas Cassini Division. Det är mellan det som kallas A-ringen och B-ringen, och uppdelningen är cirka 4 800 km (3 000 mi) bred.
En Hubble-bild från 2004 av Saturnus och dess ringar. Det breda mörka gapet mellan de två ringarna är Cassini Division. Den yttre stora ringen är A-ringen och den inre stora ringen är B-ringen. Bildkredit: Av NASA, ESA och E. Karkoschka (University of Arizona) – http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2004/18/image/a/ (direktlänk), Public Domain, https:/ /commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3111498
Det finns två nya studier som hjälper till att förklara hur Cassini-divisionen skapades och breddades. Den första är ' Bildandet av Cassini-divisionen – I. Formning av ringarna genom Mimas invandring ' och den andra är ' Bildandet av Cassini-divisionen – II. Möjliga historier om Mimas och Enceladus .” Båda publicerades i juni 2019 Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. De är båda av samma grupp författare från forskningsinstitut i Frankrike.
Studierna visar att månen mimar har agerat som en snöplog och tryckt isär partiklarna som utgör A- och B-ringarna, vilket vidgat Cassini-divisionen till dess nuvarande 4800 km bredd. Det gör detta genom orbital resonans .
Saturnus ringar och divisioner märkta. Klicka för att förstora. Bildkredit: Av NASA/JPL/Space Science Institute – http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA08389, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2948906
Den inre kanten av Cassini-divisionen kallas Huygens Gap . Is- och stenpartiklarna i Huygens Gap vid den inre kanten av Cassini-divisionen är i en 2:1 orbital resonans med Mimas. Det betyder att för var och en av Mimas banor kretsar dessa partiklar två gånger. Som ett resultat drar Mimas upprepade gånger på dessa partiklar gravitationsmässigt, vilket tvingar dem in i omloppsbanor utanför gapet. Som en snöplog.
En måns naturliga tendens är att migrera bort från sin värdplanet. Endast värdplanetens gravitation kan hålla den i schack. Men i Mimas fall hände något annat som fick den att migrera inåt med upp till 9 000 km, och i processen ökade gapet till hälften av det avståndet. Endast en förlust av energi kunde ha orsakat Mimas inåtgående migration.
Migrationen av Saturnus månar har vidgat Cassini-divisionen i Saturnus ringar. Nu har Mimas börjat migrera utåt. Bildkredit: Cassini, Dante, Baillié och Noyelles.
Forskarna säger att Mimas skulle ha behövt förlora energi genom att värmas upp, vilket i sin tur skulle ha smält månens inre is och försvaga skorpan. Men nu när rymdfarkosten Cassini har gett oss så fantastiska vyer av Mimas yta, passar det scenariot inte. Mimas yta visar fortfarande bevis på forntida nedslag, som inte borde finnas där om skorpan hade försvagats.
En vy av Mimas från rymdfarkosten Cassini. Månen visar bevis på forntida nedslag. Mimas kallas ibland 'Death Star Moon' på grund av dess likhet med Death Star i Star Wars. Bildkredit: NASA/JPL/Space Science Institute
Teamet av forskare har en andra hypotes som involverar en annan av Saturnus månar, Enceladus. Enceladus är anmärkningsvärt eftersom det har en underjordiskt hav , som också upptäcktes av rymdfarkosten Cassini. Enligt denna hypotes förlorade både Mimas och Enceladus energi genom orbital resonans . Detta skulle ha värmt upp båda månarna och skapat hav under ytan. Denna hypotes är dock obekräftad, särskilt eftersom förekomsten av ett hav under ytan på Mimas aldrig har bevisats. (Ytan visar inga tecken av en.)
Fantastiskt vackra Enceladus har ett hav under ytan. De synliga ytsprickorna är bevis på ett hav under ytan. Mimas har inte sådana frakturer. Bildkredit: NASA/JPL/Space Science Institute
Det som är tydligt är att Mimas har börjat migrera utåt igen. Enligt beräkningarna i dessa tidningar kommer Cassini-divisionen att vara borta om cirka 40 miljoner år.
Denna studie kan ha några fascinerande implikationer för studiet av exoplaneter. Enligt författarna, när astronomer hittar exoplaneter med ringstrukturer runt dem, kan det betyda närvaron av månar. Och om det finns månar där kan de mycket väl ha hav under ytan. Och i de haven, kanske livet.
Källor:
- Pressmeddelande: Saturnus måne Mimas, en snöplog i planetens ringar
- Uppsats: Bildandet av Cassini-divisionen – I. Formning av ringarna genom Mimas invandring
- Uppsats: Bildandet av Cassini-divisionen – II. Möjliga historier om Mimas och Enceladus
- Uppsats: Implikationerna av tidvatten på Mimas oceanhypotes
- Universum idag: Cassini rymdfarkost bekräftar hav under ytan på Enceladus
- NASA: Mimas på djupet