これは、2010 年 1 月 2 日に土星の周りの軌道から見たカッシーニの眺めです。この画像では、惑星の夜側の環がその特徴をより明確に示すために大幅に明るくされています。 昼側では、リングは直射日光と土星の雲の上から反射された光の両方によって照らされます。 この自然色の眺めは、土星から約 140 万マイル (230 万キロ) 離れたカッシーニ探査機の狭角カメラで可視光で撮影した画像を合成したものです。 カッシーニ宇宙船は、2017 年 9 月 15 日にミッションを終了しました。クレジット: ASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Cassini mission data suggests that Saturn’s rings are young, possibly only a few hundred million years old, and could disappear in a similar timescale. The rings’ mass, purity, and debris accumulation rates indicate their relatively young age and short lifespan. Two studies show that the rings formed relatively recently and are rapidly losing mass, while a third predicts their disappearance within the next few hundred million years.
While no human could ever have seen Saturn without its rings, in the time of the dinosaurs, the planet may not yet have acquired its iconic accessories – and future Earth dwellers may again know a world without them.
Three recent studies by scientists at NASA’s Ames Research Center in California’s Silicon Valley examine data from NASA’s Cassini mission and provide evidence that Saturn’s rings are both young and ephemeral – in astronomical terms, of course.
The new research looks at the mass of the rings, their “purity,” how quickly incoming debris is added, and how that influences the way the rings change over time. Put those elements together, and one can get a better idea of how long they’ve been around and the time they’ve got left.
Although all four giant planets have ring systems, Saturn’s is by far the most massive and impressive. Scientists are trying to understand why by studying how the rings have formed and how they have evolved over time. Three recent studies by NASA researchers and their partners provide evidence that the rings are a relatively recent addition to Saturn and that they may last only another few hundred million years. Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
The rings are almost entirely pure ice. Less than a few percent of their mass is non-icy “pollution” coming from micrometeoroids, such as asteroid fragments smaller than a grain of sand. These constantly collide with the ring particles and contribute debris to the material circling the planet. The rings’ age has been hard to pin down, because scientists hadn’t yet quantified this bombardment in order to calculate how long it must have been going on.
Now, one of the three new studies[1] これにより、非氷物質の総到達率、つまり、その物質が形成されてからどの程度環を「汚染」したかをよりよく知ることができます。 コロラド大学ボルダー校が主導したこの研究は、微小隕石が科学者が考えていたほど速く進入していないことも示しており、これは土星の重力がより効果的に物質を環に引き込む可能性があることを意味している。 これら一連の証拠を総合すると、土星と太陽系の年齢である46億年のほんの一部に過ぎない数億年以上、環がこの宇宙のひょう嵐にさらされることはありえなかったことがわかります。
この結論を裏付けるのが 2 番目の論文です。[2] インディアナ大学が主導し、小さな宇宙石によるリングへの絶え間ない衝突について、別の角度から考察している。 この研究の著者らは、研究でほとんど無視されてきた2つのことを特定した。 具体的には、彼らはリングの長期的な進化を支配する物理学を調べており、2つの重要な要素が微小隕石の衝突と、それらの衝突による破片がリング内に分散する方法であることを発見した。 これらの要因を考慮すると、リングはわずか数億年で現在の質量に達した可能性があることがわかります。 この結果はまた、それらが非常に若いため、土星のシステム内の不安定な重力がその氷の衛星の一部を破壊したときに形成された可能性が最も高いことを示唆しています。
「土星の象徴的な主環が私たちの太陽系の最近の特徴である可能性があるという考えは物議を醸しています」とエイムズの研究者で最近の論文の共著者であるジェフ・クッツィ氏は述べた。「しかし、私たちの新しい結果は、カッシーニの測定結果が 3 つあるため、この発見を避けるのは困難です。」 クッツィ氏は、カッシーニ計画の土星の環に関する学際的な科学者も務めました。
つまり、土星は現在の姿になる前に 40 億年以上前に存在した可能性があります。 しかし、私たちが今日知っている美しいリングを誇示できるのは、あとどれくらいでしょうか?
カッシーニのミッションは、最も内側の領域からの物質が惑星に落下するにつれて、リングの質量が急速に減少していることを発見した。 ３枚目の論文は、[3] 同じくインディアナ大学が主導する研究チームは、環の物質がどのくらいの速度でこの方向に移動しているかを初めて定量化し、ここでも隕石が役割を果たしている。 既存の環の粒子との衝突と、その結果生じた破片が外側に飛び散る様子が組み合わさって、環の物質を土星に向かって運ぶ一種のコンベアベルトのような動きを生み出します。 研究者らは、この粒子の衝突が最終的に地球上に消滅することに対して何を意味するのかを計算することで、土星にとって厳しいニュースに到達した。それは、土星が今後数億年で輪を失う可能性があるというものだ。
エイムズ大学の研究者であり、3つの研究すべての共著者であるポール・エストラーダ氏は、「これらの結果は、外来の破片による絶え間ない衝突が惑星環を汚染するだけでなく、時間の経過とともに環を削り取るはずであることを示していると思う」と述べた。 “多分[{” attribute=””>Uranus’ and Neptune’s diminutive and dark rings are the result of that process. Saturn’s rings being comparatively hefty and icy, then, is an indication of their youth.”
Young rings but – alas! – relatively short-lived, as well. Instead of mourning their ultimate demise, though, humans can feel grateful to be a species born at a time when Saturn was dressed to the nines, a planetary fashion icon for us to behold and study.
References:
“Micrometeoroid infall onto Saturn’s rings constrains their age to no more than a few hundred million years” by Sascha Kempf, Nicolas Altobelli, Jürgen Schmidt, Jeffrey N. Cuzzi, Paul R. Estrada and Ralf Srama, 12 May 2023, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.adf8537
“Constraints on the initial mass, age and lifetime of Saturn’s rings from viscous evolutions that include pollution and transport due to micrometeoroid bombardment” by Paul R. Estrada and Richard H. Durisen, 9 May 2023, Icarus.
DOI: 10.1016/j.icarus.2022.115296
“Large mass inflow rates in Saturn’s rings due to ballistic transport and mass loading” by Richard H. Durisen and Paul R. Estrada, 9 May 2023, Icarus.
DOI: 10.1016/j.icarus.2022.115221