Endelig bevist: Saturns ringe er meget yngre end planeten
»Vi blev blæst bagover.«
Saturn ringe Cassini

Saturns ringe er omkring 100 millioner år gamle - hvilket er en meget ung alder, taget i betragtning af at planeten selv er over 4 milliarder år gammel. (Foto: Shutterstock)

Saturns ikoniske ringe er med sikkerhed markant yngre end selve gasgiganten. Ringene er i omegnen af 100 millioner år gamle, måske lidt yngre, og blev altså formentlig dannet, mens dinosaurerne stadig hoppede rundt og hyggede sig på Jorden.

Det viser analyser af de allersidste data, som rumsonden Cassini sendte hjem til Jorden, inden den fløj i døden 15. september 2017. De nye resultater er publiceret i tidsskriftet Science.

I mange år var den udbredte videnskabelige antagelse, at ringene var lige så gamle som planeten, men der kan nu ikke længere herske tvivl om, at de i virkeligheden blev dannet senere, siger professor John Leif Jørgensen fra Institut for Rumforskning og Rumteknologi på DTU Space.

»Ingen kan komme med en fornuftig forklaring på, hvordan ringene er blevet til, men de er ikke kommet samtidig med planeten, det er stensikkert,« siger John Leif Jørgensen til Videnskab.dk. Han har ikke deltaget i det nye studie, men har læst det og er begejstret for arbejdet:

»Jeg kender de her folk, så jeg ved godt, at de er dygtige, men det er virkelig elegant lavet. Det er dælemsprøjteme et svært puslespil, og det er rigtig flot, at det er lykkedes for dem i så store detaljer.«

Flere har haft svært ved at tro på det

Det umiddelbart mest opsigtsvækkende resultat af det nye studie er, at Saturns ringe formentlig er omkring 100 millioner år gamle, men kan være så ’unge’ som 10 millioner år.

Forskerne kan ikke komme ringenes alder nærmere, fordi der er så mange ubekendte med i regnestykket, men det er alligevel en langt mere præcis angivelse, end man tidligere har haft.

Saturn

Saturn er en gasgigant med en radius på omkring 60.000 kilometer, og den består hovedsagligt af hydrogen og helium, ligesom Solen og Saturns søsterplanet Jupiter.

Selvom flere videnskabelige undersøgelser har indikeret, at ringene formentlig blev dannet senere end selve planeten, har en del forskere alligevel haft svært ved at tro på det.

En af dem var Burkhard Militzer, som studerer gasplaneter ved University of California, Berkeley, og er en af forfatterne på det nye studie.

»Jeg troede, at ringene var lige så gamle som planeten. Det er bare sådan noget, man samler op på et tidspunkt og aldrig stiller spørgsmålstegn ved. Men nu har vi solide beviser for, at det ikke er tilfældet,« siger Burkhard Militzer til Videnskab.dk.

Forskerne skriver i det nye studie, at de ikke vil bevæge sig ud i en forklaring på, hvordan ringene blev dannet, men ifølge Burkhard Militzer må der have været tale om en dramatisk hændelse. Mere om det i boksen under artiklen.

Cassini var en kamikaze-raket

Forskerne har regnet sig frem til ringenes alder ved at kortlægge Saturns tyngdefelt, hvilket i sig selv er noget af en bedrift. Det kan nemlig kun lade sig gøre ved at styre en rumsonde – i dette tilfælde Cassini – direkte i den visse død.

Og det var netop, hvad der skete på sidste del af Cassinis mission, hvor rumsonden tog en række modige dyk ind imellem planeten og dens ringe. ’The Grand Finale’, som denne del af missionen blev kaldt, var reelt en selvmordsmission, eftersom Cassini endte med at brænde op i Saturns atmosfære som en meteor.

Du kan læse meget mere om Cassinis sidste timer i artiklen 'Live fra Saturn - nu mister vi Cassini'.

Men som navnet antyder, var det også denne del af missionen, der indebar den største videnskabelige værdi, forklarer John Leif Jørgensen.

»Finalen var netop for at få de her målinger, som hele missionen er bygget op omkring. Cassini var designet til at have en meget lang levetid på 20 år, og man har pint alle de data ud af missionen, man kunne, men det var det her, man egentlig kom for. Hovedformålet var at undersøge, hvordan tyngdefeltet ser ud,« siger han.

I denne video, som er produceret af NASA, kan du se, hvordan det så ud, da Cassini kastede sig ud i den store finale:

'The Grand Finale': Videoen viser, hvad der foregik i Cassinis sidste dage, inden rumfartøjet til sidst styrtede ned i Saturns atmosfære og blev smadret, ligesom en meteor der brænder op i Jordens atmosfære. (Video: Nasa/JPL)

Tyngdefelt krævede selvmord

Tyngdefeltet er altafgørende for at kunne udregne massefordelingen, som igen er afgørende for at kunne regne sig frem til ringenes alder. Først en forklaring på tyngdefelt-delen:

Forestil dig, at du flyver rundt i en satellit ude i rummet. Du kan sagtens måle tyngdefeltet under din satellit, fordi den er lavet til at måle summen af al den masse, der er under den. Men så længe du flyver rundt i sikkerhed uden for ringene, er ringene med i den samlede masse under din satellit.

Satellitten kan derfor ikke skille massen af planeten og massen af ringene ad.

»Men når du flyver ind i mellem planeten og ringene, trækker de i hver deres retning, og så får du pludselig signalet fra planeten minus signalet fra ringene,« siger John Leif Jørgensen.

Saturn ringe Cassini

Billedet viser, hvordan tyngdekraften fra Saturn (t.v.) og ringene (t.h.) trækker i rumsonden fra begge sider. Forskellen i denne trækkekonkurrence fortæller forskerne, hvor stor masse henholdsvis planeten og dens ringe har. (Foto: NASA/JPL)

»Den anden del er, at når du er langt væk fra planeten, får du et dårligt opløst billede. I alle de 20 år, Cassini har fløjet rundt, har den været for langt væk til at kunne måle tyngdefeltet rigtig godt, simpelthen for at beskytte instrumenterne fra Saturns atmosfære,« fortsætter han.

Der skulle altså en selvmordsmission - en flyvning meget tæt på planeten - til for at opnå de data, forskerne ønskede.

Ringenes vægt kunne afsløre alder

Og så til massefordelingen. Masse er sådan set bare et andet ord for, hvor meget noget vejer, og forskerne ville gerne kende ringenes hemmelighed på badevægten, fordi det kunne afsløre, hvor lang tid det havde taget for ringene at komme til at se ud, som de gør nu.

Forklaring:

Cassini har tidligere afsløret, at ringene består af 99 procent is og 1 procent støv. Især den ene procent støv er interessant, for hvis forskerne kunne regne ud, hvor lang tid det havde taget støvet at lægge sig, ville det være et indirekte mål for ringenes alder.

Cassini-missionen

Den ubemandede rummission Cassini-Huygens blev sendt afsted fra Jorden i 1997 og ankom til Saturn i 2004. Rumfartøjet Cassini var det fjerde rumfartøj i historien, som besøgte Saturn, og det hidtil første rumfartøj, som gik i kredsløb om planeten.

Cassini medbragte også landingsmodulet Huygens, som i januar 2005 landede på Saturns største måne Titan. Cassini-Huygens-missionen er et samarbejde mellem det amerikanske rumagentur NASA, det europæiske rumagentur ESA og det italienske rumagentur ISA.

Men det krævede, at de fandt ud af, hvor stor en overflade støvet havde haft at lægge sig på, forklarer Luiciano Iess, som er hovedforfatter på det nye studie.

»Forestil dig, at du skal male overfladen af en bordplade, og du spørger dine venner, hvor lang tid det tager at male et lag, der udgør 1 procent af hele bordpladen. Det kan man ikke svare på, hvis man ikke ved, hvor stor bordpladen samlet set er,« siger Luiciano Iess, som er professor i rumfart og ingeniørvidenskab ved Sapienza Universitet i Rom, til Videnskab.dk.

»Jeg kan lide ringene uanset hvad«

Modsat flere af sine kollegaer havde Luciano Iess ingen forventninger til ringenes alder på forhånd, fortæller han.

»Jeg kan lide ringene, uanset om de er unge eller gamle. Men man kan sige, at den alder, vi nåede frem til, er utroligt lav, når man ser den i forhold til hele solsystemets alder, og på den måde er vi virkelig heldige, at vi lever på et tidspunkt, hvor vi kan nyde synet af Saturns smukke ringe,« siger den italienske professor.

Tidligere målinger fra Cassini har antydet, at ringene formentlig heller ikke har ret lang tid tilbage at leve i – måske i omegnen af 100 millioner år – men den del af regnestykket bevæger det nye studie sig ikke ind i. Det kan du i stedet læse mere om i artiklen 'Saturn mister sine ringe, og de forsvinder hurtigere end troet'.

Til gengæld fortæller det nye studie meget, meget mere end ’bare’ alderen på planetens ringe.

»Vi blev blæst bagover«

Cassinis sidste, tætte omløb om Saturn, afslører blandt andet, at de vinde, man længe har kunnet se på planetens overflade, faktisk går ekstremt langt ind i gasgiganten, omkring 9.000 kilometer. Det er en virkelig overraskende opdagelse, fortæller John Leif Jørgensen.

»Det er et verdensbillede, der ændrer sig,« siger han.

For at forstå, hvordan en vind kan ’gå ind’ i en planet, skal du først og fremmest stoppe med at tænke på en planet som en hård klump jord, der drejer rundt som et fast legeme.

I stedet skal du tænke på den som en klump gas, der bliver presset sammen på midten, når planeten drejer, og derfor snarere er ellipseformet.

Saturns kerne

Forskerne ved, at Saturn – ligesom Jupiter – har en tung kerne inde i midten, og på baggrund af de nye målinger kunne de lave modeller, som indikerer, at kernen består af tunge grundstoffer og er mellem 15 og 18 gange Jordens størrelse.

Desværre var de nye målinger ikke detaljerede nok til at sige noget mere præcist om kernen, sådan som det lykkedes for Jupiter i 2018.

Jupiter viste sig ganske overraskende at rumme en stor kerne af brint mikset med tungere grundstoffer, men havde til gengæld ingen spor efter den klippekerne, som forskerne ellers forventede at se.

I teleskoper har forskere længe kunnet se, at Saturn på overfladen – altså inde bag sine ringe – havde nogle stribede ’bånd’, der bevægede sig hurtigere end planeten selv.

Spørgsmålet var, om der var tale om et overfladisk skydække ligesom her på Jorden, eller om disse vinde strakte sig længere ind i gasklumpen.

Da det viste sig, at sidstnævnte var tilfældet, gik der et sus igennem lokalet, fortæller Burkhard Militzer.

»Vi blev blæst bagover. Der var noget, der fuldstændig manglede i vores modeller. Vi havde forventet, at den skulle ligne Jupiter, og det gjorde den bare slet ikke,« siger han.

Saturn følger tekstbogseksempel bedst

Vindene var ikke det eneste punkt, hvor Saturn og Jupiter viste sig at være forskellige. I 2018 viste data fra Juno-missionen, at Jupiter har et kraftigt magnetfelt, hvilket skaber kraftige vinde og storme i dens atmosfære.

Det modsatte gør sig gældende for Saturn, som har vist sig at have et svagt magnetfelt.

Og selvom Saturn på nogle punkter også overrasker, er planetens samlede opførsel i virkeligheden meget mere i overensstemmelse med, hvad forskerne ville forvente af en gasplanet, fortæller John Leif Jørgensen.

»Saturns svage magnetfelt er meget mere, som vi troede, at en gasgigant ville være, før vi fik målinger fra Jupiter. Saturn opfører sig meget mere som tekstbogseksemplet,« siger han.

Ifølge en anden dansk forsker, som ikke har deltaget i det nye studie, er det »rigtig, rigtig spændende« at blive klogere på, hvordan Saturn er sat sammen. Herunder at blive klogere på, hvornår ringene kom til.

»Når vi kigger på andre planeter andre steder i universet, har vi nok haft en tendens til at tænke, om de også skal have ringe, for det har vi været vant til, at Saturn har. Men det er jo tilfældigt det, vi ser, fordi det er nu, vi lever,« siger Hans Kjeldsen, som er professor på Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet, til Videnskab.dk.

»Det fortæller os noget om, hvor stabilt hele solsystemet er. Jo flere observationer, vi får, jo mere lærer vi, at planeterne kommer i alle mulige typer, og for at forklare det, er det faktisk nødvendigt, at de enkelte systemer indeholder begivenheder, der ikke bare er de samme i alle systemer,« siger Hans Kjeldsen, som forsker i exoplaneter – det vil sige planeter i kredsløb om andre stjerner end vores sol – og i hvordan planetsystemer opstår.

»Der er mere på spil, end vi tror«

Hans Kjeldsen påpeger, at vi mennesker har en tendens til at antage, at alting opfører sig nogenlunde som noget, vi kender i forvejen.

»Og der må vi bare sige, at det har været en øjenåbner, at stort set hver eneste gang, vi har haft en rummission, der undersøger noget i større detalje, så viser det sig, at naturen er endnu mere kompleks og fantastisk, end vi troede,« siger han.

Det nye studie understreger derfor bare endnu engang, at det ikke er nok at lave modeller på baggrund af vores forestillinger om virkeligheden; vi har brug for direkte målinger for at forstå vores solsystem, mener han.

John Leif Jørgensen lader sig da heller ikke slå ud af, at to planeter, vi forventede ville være relativt ens, alligevel ser så forskellige ud:

»Det er da bare fantastisk, at Moder Natur har givet os to planeter af samme type, som er så forskellige. Det viser, at der er meget mere på spil, end vi lige tror.«

Hvordan er ringene skabt?
Saturn ringe Cassini

Hvis det kan ske én gang, kan det også ske igen - men omvendt kan vi længere ikke sige, at det må betragtes som normalt at se planeter med ringe omkring sig, mener Hans Kjeldsen. (Foto: NASA/JPL)

Ét stort spørgsmål står tilbage: Hvis Saturns ringe er meget yngre end planeten, må det jo betyde, at der er sket et eller andet, som har forårsaget deres ’fødsel’?

Men hvad dette ’et eller andet’ er, er straks sværere at svare på. Ifølge Luciano Iess er der ikke nogen rigtige overbevisende forklaringer.

Ifølge Hans Kjeldsen hænger det dog formentlig sammen med en katastrofal begivenhed, sådan som Burkhard Militzer også var inde på først i artiklen.

»Hvis man ser på Saturnsystemet, består det ikke kun af ringe, men også af en række små måner, blandt andet en række relativt små is-måner, som også har vist sig formentlig at være relativt unge,« siger Hans Kjeldsen.

Måske er såvel ismåner som isringe et resultat af en meget voldsom kollision med et objekt fra det ydre rum. Én teori lyder, at der kan være tale om en komet fra det såkaldte Kuiperbælte, et stort, koldt asteroidebælte, der ligger i udkanten af solsystemet.

Men i bund og grund ved vi det ikke – endnu.

I 2022 sender Det Europæiske Rumagentur endnu en rumsonde afsted, og missionen, som har fået navnet JUICE (Jupiter Icy moons Explorer) kan måske gøre os klogere på, hvad der sker på såvel Jupiters som Saturns ismåner, fortæller John Leif Jørgensen.

Og dermed måske også pege os i retning af en forklaring på, hvordan Saturns ringe er blevet til.

»Ingen kan komme med en rigtig god forklaring lige nu, for vi ved ikke nok. Det eneste, vi ved, er, at de modeller, vi har lige nu, ikke er særlig gode. Men det er også en vigtig viden, at man har taget fejl. Selvom det selvfølgelig ville være meget rarere at kunne sige, at vi havde ret,« slutter han.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Det sker