Mysterie van de ringen van Saturnus opgelost? Vernietiging maan Chrysalis kan Saturnus ringen hebben gegeven

Saturnus is vanaf de zon gezien de zesde planeet in ons zonnestelsel en ze staat zo'n tien keer verder van de zon dan de aarde. Het is de op een na grootste planeet in ons zonnestelsel, na Jupiter, en ze heeft een volume dat 750 keer groter is dan dat van de aarde. 

Saturnus is een van de vier reuzenplaneten: het is een gasreus die vooral bestaat uit waterstof en helium. Rond de planeet draaien 83 bekende manen, waaronder Titan, de op een na grootste maan in ons zonnestelsel, die groter is dan de planeet Mercurius. 

De meeste gegevens die we hebben over de planeet, ook metingen van de zwaartekracht, zijn afkomstig van de ruimtesonde Cassini van de NASA, de ESA en het ASI, Agenzia Spaciale Italiana. Die sonde is vanaf 2004 294 keer rond Saturnus gevlogen tot ze in 2017 in de atmosfeer van de planeet aan haar einde is gekomen.   

Wat echter het meest tot de verbeelding spreekt aan Saturnus, zijn de enorme ringen die rond de planeet cirkelen. Die bestaan voornamelijk uit deeltjes waterijs die in grootte variëren van kleiner dan een zandkorrel tot de grootte van een berg. De ringen strekken zich uit tot op meer dan 280.000 kilometer van de planeet maar ze zijn over het algemeen maar een 10 meter dik. De andere reuzenplaneten in ons zonnestelsel hebben ook ringen, die zijn echter maar armzalig vergeleken met die van Saturnus. 

Experten zijn het tot nu toe niet eens over de oorsprong van de ringen, hoe ze gevormd zijn en zelfs niet over hoe oud ze zijn. 

De nieuwe studie die nu gepubliceerd is in het toonaangevende tijdschrift Science denkt daar een overtuigend antwoord op gegeven te hebben. 

"De ringen van Saturnus zijn zo'n 400 jaar geleden ontdekt door Galileo Galilei en ze behoren tot de interessantste objecten in ons zonnestelsel die met een kleine telescoop gezien kunnen worden", zei Jack Wisdom, een professor planetaire wetenschappen aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT) en de hoofdauteur van de nieuwe studie. "Het geeft voldoening een plausibele verklaring te hebben gevonden voor hun ontstaan." 

Saturnus is zoals de rest van ons zonnestelsel zo'n 4,5 miljard jaar geleden ontstaan. Een studie uit 2019 stelde echter, op basis van gegevens van Cassini, dat de ringen veel later zijn ontstaan, slechts zo'n 100 miljoen jaar geleden. 

"Aangezien niemand echter een proces kon vinden dat zou uitmonden in het feit dat ringen slechts 100 miljoen jaar oud zouden zijn, hebben sommigen de redenering in vraag gesteld die geleid heeft tot hun datering", zei Wisdom. 

Hij en zijn collega's hebben nu een complex model opgesteld dat toelaat niet alleen de jonge leeftijd van de ringen te verklaren, maar ook een ander bijzonder kenmerk van Saturnus, het feit dat haar rotatieas erg schuin staat. 

De rotatieas van Saturnus, de as waar de planeet rond draait, wijkt immers bijna 27 graden af van de loodlijn. En aangezien de planeet een gasreus is, verwachtte men dat het accumulatieproces van materie dat geleid heeft tot haar vorming, haar as loodrecht zou hebben laten staan op het vlak van haar omloopbaan rond de zon.

In het model dat de onderzoekers opgesteld hebben om de ringen en de schuine rotatieas te verklaren, werd het systeem van Saturnus oorspronkelijk gevormd met de nu verdwenen maan Chrysalis als een van de vele manen die rond Saturnus cirkelen. 

Een recent ontdekt fenomeen zette echter een reeks gebeurtenissen in gang die zouden leiden tot de vernietiging van Chrysalis en het ontstaan van de ringen.

Titan, de grootste maan van Saturnus, blijkt zich namelijk te verwijderen van Saturnus en redelijk snel ook. Onlangs werd ontdekt dat de baan van Titan zo'n 11 centimeter per jaar verder van Saturnus komt te liggen. Dat lijkt misschien niet veel, maar in de loop van de tijd maakt het wel een groot verschil, zeker bij zo'n grote maan.  

De verwijdering van Titan heeft langzaamaan de frequentie veranderd waarmee de rotatieas van Saturnus een volledige cirkel beschrijft rond de loodlijn - een beetje zoals een tol een denkbeeldige kegel vormt als hij enigszins schuin staat, wat men precessie noemt. 

Dat is een belangrijk detail aangezien zowat een miljard jaar geleden die frequentie gesynchroniseerd is geworden met de frequentie van de omloop van de verafgelegen planeet Neptunus, wat men dan weer resonantie noemt. 

Die resonantie is een krachtig mechanisme en om in stand gehouden te kunnen worden ondanks de voortdurende verwijdering van Titan, werd de schuine hoek van de rotatieas van Saturnus steeds groter, tot wel 36 graden. 

Momenteel is de resonantie tussen Saturnus en Neptunus echter niet meer volledig en alleen een krachtig evenement kan dat veroorzaakt hebben. De hypothese van de onderzoekers is dat het zich verwijderen van Titan niet alleen de rotatieas van Saturnus beïnvloed heeft, maar ook de baan van de maan Chrysalis. 

Die baan is verstoord geraakt en de maan is zo dicht bij Saturnus gekomen, dat de maan uit elkaar is gevallen. "De gravitationele krachten van Saturnus hebben Chrysalis uit elkaar gescheurd zoals Jupiter de komeet Shoemaker-Levy 9 uit elkaar getrokken heeft", zei planetair wetenschapper en mede-auteur Burkhard Militzer van de University of California, Berkeley. 

Shoemaker-Levy 9 was een komeet die gevangen was geraakt in de zwaartekracht van Jupiter en in 1992 uit elkaar is getrokken door de getijdekrachten. In 1994 stortten de stukken neer op de planeet.

"Chrysalis is in talloze stukken uit elkaar getrokken en de stukken zijn zelf dan weer verder uit elkaar gevallen en hebben beetje bij beetje de ringen gevormd", zei Wisdom, ook al is het grootste deel van de maan naar Saturnus gevallen. Geschat wordt dat 99 procent van de brokstukken van Chrysalis in de atmosfeer van Saturnus is terechtgekomen terwijl het overblijvende procent in een baan rond de planeet is terechtgekomen en daar uiteindelijk de ringen heeft gevormd.

Eens Chrysalis verdwenen was, kon Neptunus niet langer de rotatieas van Saturnus beïnvloeden en de invloed van Titan, die zich bleef verwijderen, heeft dan de hoek van de rotatieas verminderd tot de ongeveer 27 graden die we vandaag zien.   

De nu verdwenen maan werd door Jack Wisdom Chrysalis genoemd, wat zowel in het Engels als het Nederlands een pop van een insect betekent. Hij deed dat omdat de prachtige ringen uit de maan zijn voortgekomen zoals een vlinder in zijn prachtige volwassen vorm uit een pop tevoorschijn komt. "Zoals een vlinder oprijst uit een chrysalis, zo zijn de ringen van Saturnus uit de primordiale satelliet Chrysalis voortgekomen", zei Wisdom.  

De wetenschappers denken dat Chrysalis kleiner zal geweest zijn dan onze maan en ongeveer even groot zal geweest zijn als Japetus, met een diameter van zo'n 1.470 kilometer de op twee na grootste maan van Saturnus en de op tien na grootste in ons zonnestelsel. 

Japetus bestaat bijna volledig uit waterijs. "Het is een aannemelijke hypothese dat Chrysalis eveneens uit waterijs bestond en dat is wat men nodig heeft om de ringen te maken", zei Wisdom. De ringen bestaan voor 99 procent uit bevroren water. 

Gevraagd of hij nu de indruk heeft dat hij eindelijk het mysterie van de ringen van Saturnus opgelost heeft, antwoordde Wisdom: "We hebben een goede bijdrage geleverd." Om er meteen aan toe te voegen: "Het systeem van Saturnus en zijn satellieten herbergt nog veel geheimen".

De studie van de onderzoekers van MIT, de University of California, Berkeley, de University of California, Santa Cruz, de University of Arizona en het Wellesley College in Massachusetts is gepubliceerd in Science. Dit artikel is gebaseerd op telexen van de persagentschappen Reuters en Agence France Presse.