Những phân tích mới về các vòng Saturn, tiết lộ cách thức và thời điểm chúng được tạo ra, từ những gì, và liệu chúng có tồn tại lâu không.
Hành tinh Sao Thổ nằm giữa mặt trời và tàu vũ trụ Cassini - che chở cho tàu khỏi ánh sáng chói lóa mặt trời - khi Cassini có được hình ảnh này. Cassini quay quanh Sao Thổ từ năm 2004 đến 2017.
Bởi Vahe Peroomian, Đại học Nam California - Đại học Thư, Nghệ thuật và Khoa học Dornsife
Nhiều người mơ ước những gì họ sẽ làm có một cỗ máy thời gian. Một số người sẽ du hành ngược thời gian 100 triệu năm trước, khi khủng long lang thang trên Trái đất. Tuy nhiên, không nhiều người sẽ nghĩ đến việc mang theo một chiếc kính thiên văn, và nếu đã làm như vậy, hãy quan sát Sao Thổ và các vành đai của nó.
Liệu nhà thiên văn học du hành thời gian của chúng ta có thể quan sát được các vành đai Sao Thổ hay không là điều gây tranh cãi. Những chiếc nhẫn, ở một số hình dạng hoặc hình thức, đã tồn tại kể từ khi bắt đầu hệ mặt trời, 4,6 tỷ năm trước, hay chúng là một bổ sung gần đây hơn? Những chiếc nhẫn thậm chí đã hình thành khi tiểu hành tinh Chicxulub quét sạch khủng long?
Tôi là một nhà khoa học vũ trụ có niềm đam mê giảng dạy vật lý và thiên văn học, và những chiếc nhẫn Saturn luôn luôn mê hoặc tôi khi họ kể câu chuyện về con mắt của loài người được mở ra cho kỳ quan của hệ mặt trời và vũ trụ của chúng ta như thế nào.
Quan điểm của chúng ta về sao Thổ phát triển
Khi Galileo lần đầu tiên quan sát Sao Thổ qua kính viễn vọng của mình vào năm 1610, ông vẫn đang đắm chìm trong sự nổi tiếng khi khám phá ra bốn mặt trăng của Sao Mộc. Nhưng Saturn làm anh bối rối. Nhìn vào hành tinh qua kính viễn vọng của mình, đầu tiên nó nhìn anh như một hành tinh có hai mặt trăng rất lớn, sau đó là một hành tinh đơn độc, và sau đó một lần nữa qua kính viễn vọng mới hơn của anh, vào năm 1616, như một hành tinh có cánh tay hoặc tay cầm.
Bốn thập kỷ sau, Giovanni Cassini lần đầu tiên cho rằng Sao Thổ là một hành tinh có vành đai, và những gì Galileo đã thấy là những quan điểm khác nhau về các vành đai Sao Thổ. Do độ nghiêng 27 độ nghiêng của trục quay của Sao Thổ so với mặt phẳng quỹ đạo của nó, các vành đai dường như nghiêng về phía trước và cách xa Trái đất với chu kỳ 29 năm của cuộc cách mạng của Sao Thổ về mặt trời, mang lại cho nhân loại một cái nhìn luôn thay đổi của những chiếc nhẫn.
Nhưng những chiếc nhẫn được làm bằng gì? Có phải họ là đĩa cứng như một số đề xuất? Hay chúng được tạo thành từ các hạt nhỏ hơn? Càng nhiều cấu trúc trở nên rõ ràng hơn trong các vành đai, khi nhiều khoảng trống được tìm thấy và khi chuyển động của các vành đai về Sao Thổ được quan sát, các nhà thiên văn nhận ra rằng các vòng không rắn, và có lẽ được tạo thành từ một số lượng lớn các mặt trăng, hoặc nhỏ mặt trăng. Cùng lúc đó, ước tính cho độ dày của các vòng đi từ Sir William Herschel của 300 dặm vào năm 1789, để Audouin Dollfus’ ước tính nhiều chính xác hơn ít hơn hai dặm vào năm 1966.
Các nhà thiên văn học, sự hiểu biết về các vành đai đã thay đổi đáng kể với các nhiệm vụ Tiên phong 11 và song hành với Sao Thổ. Lần đầu tiên, bức ảnh nổi tiếng về những chiếc nhẫn, được chiếu sáng bởi Mặt trời, lần đầu tiên cho thấy những gì xuất hiện dưới dạng các vòng A, B và C rộng lớn trên thực tế bao gồm hàng triệu vòng nhỏ hơn.
Hình ảnh màu Voyager 2 sai của các vòng Saturn B và C hiển thị nhiều vòng tròn. Hình ảnh qua NASA.
Nhiệm vụ Cassini tới Sao Thổ, đã trải qua hơn một thập kỷ quay quanh người khổng lồ, đã mang đến cho các nhà khoa học hành tinh những quan điểm ngoạn mục và đáng ngạc nhiên hơn. Hệ thống vành đai tráng lệ của Sao Thổ nằm trong khoảng từ 10 mét (33 feet) đến dày 1 km (.6 dặm). Khối lượng kết hợp của các hạt của nó, là 99,8% băng và hầu hết có kích thước nhỏ hơn một mét (khoảng một yard), khoảng 16 triệu tấn, ít hơn 0,02% khối lượng Mặt trăng của Trái đất và ít hơn một nửa khối lượng mặt trăng của Sao Thổ Mimas. Điều này đã khiến một số nhà khoa học suy đoán liệu những chiếc nhẫn là kết quả của sự tan vỡ của một trong những mặt trăng Saturn hay sự bắt giữ và phá vỡ của một sao chổi đi lạc.
Các vòng năng động
Trong bốn thế kỷ kể từ khi phát minh ra kính viễn vọng, các vòng cũng đã được phát hiện xung quanh Sao Mộc, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương, các hành tinh khổng lồ của hệ mặt trời của chúng ta. Lý do tại sao các hành tinh khổng lồ được trang trí bằng các vòng và Trái đất và các hành tinh đá khác không được đề xuất đầu tiên bởi Eduard Roche, một nhà thiên văn học người Pháp vào năm 1849.
Một mặt trăng và hành tinh của nó luôn ở trong một vũ điệu hấp dẫn. Mặt trăng Trái đất, bằng cách kéo vào các mặt đối diện của Trái đất, gây ra thủy triều. Lực thủy triều cũng ảnh hưởng đến các mặt trăng hành tinh. Nếu một mặt trăng mạo hiểm quá gần một hành tinh, những lực lượng này có thể vượt qua lực hấp dẫn của keo dính giữ mặt trăng và xé nó ra. Điều này khiến mặt trăng vỡ ra và lan dọc theo quỹ đạo ban đầu của nó, tạo thành một vòng tròn.
Giới hạn Roche, khoảng cách an toàn tối thiểu cho quỹ đạo mặt trăng, xấp xỉ 2,5 lần bán kính hành tinh từ trung tâm hành tinh. Đối khổng lồ Saturn, đây là một khoảng cách 54.000 dặm (87.000 km) ở trên đỉnh đám mây của mình và phù hợp với vị trí của vòng F bên ngoài của sao Thổ. Đối với trái đất, khoảng cách này là ít hơn 6.200 dặm (10.000 km) trên bề mặt của nó. Một tiểu hành tinh hoặc sao chổi sẽ phải mạo hiểm rất gần Trái đất để bị xé nát bởi lực thủy triều và tạo thành một vành đai quanh Trái đất. mặt trăng của chúng ta là một rất an toàn 236.000 dặm (380.000 km).
Nghệ sĩ khái niệm về tàu vũ trụ NASA NASA Cassini sắp thực hiện một trong những lần lặn giữa Sao Thổ và các vành đai trong cùng của nó như là một phần của nhiệm vụ lớn. Hình ảnh thông qua NASA / JPL-Caltech.
Độ mỏng của các vòng hành tinh được gây ra bởi bản chất luôn thay đổi của chúng. Một hạt vòng có quỹ đạo nghiêng so với phần còn lại của vòng cuối cùng sẽ va chạm với các hạt vòng khác. Làm như vậy, nó sẽ mất năng lượng và lắng xuống mặt phẳng của vòng. Trải qua hàng triệu năm, tất cả các hạt sai lầm như vậy hoặc rơi ra hoặc xếp hàng, chỉ còn lại hệ thống vòng rất mỏng mà mọi người quan sát ngày nay.
Trong năm cuối cùng của nhiệm vụ, tàu vũ trụ Cassini đã lặn liên tục qua khoảng cách 4.350 dặm (7.000 km) giữa các đám mây của Sao Thổ và các vành đai bên trong của nó. Những quan sát chưa từng có này làm cho một thực tế rất rõ ràng: Những chiếc nhẫn liên tục thay đổi. Các hạt riêng lẻ trong các vòng liên tục chen lấn nhau. Các hạt vòng đang mưa liên tục xuống Sao Thổ.
Các mặt trăng chăn Pan, Daphnis, Atlas, Pandora và Prometheus, đo từ 5 đến 80 dặm (8 và 130 km) trên, theo đúng nghĩa đen chăn các hạt vòng, giữ chúng trong quỹ đạo hiện tại của họ. Sóng mật độ, gây ra bởi sự chuyển động của các mặt trăng mục tử trong các vòng, chen lấn và định hình lại các vòng. Mặt trăng nhỏ đang hình thành từ các hạt vòng kết hợp với nhau. Tất cả điều này chỉ ra rằng các vòng là phù du. Mỗi giây lên tới 40 tấn băng từ các vòng mưa rơi xuống bầu khí quyển Sao Thổ. Điều đó có nghĩa là những chiếc nhẫn có thể chỉ tồn tại vài chục đến hàng trăm triệu năm.
Một nhà thiên văn học du hành thời gian có thể nhìn thấy những chiếc nhẫn 100 triệu năm trước không? Một chỉ số cho tuổi của các vòng là độ bụi của chúng. Các vật thể tiếp xúc với bụi thấm vào hệ mặt trời của chúng ta trong thời gian dài ngày càng bụi và tối hơn.
Các vành đai Sao Thổ cực kỳ sáng và không có bụi, dường như chỉ ra rằng chúng hình thành từ bất cứ đâu từ 10 đến 100 triệu năm trước, nếu các nhà thiên văn học về sự hiểu biết về cách các hạt băng giá thu thập bụi là chính xác. Một điều chắc chắn. Những chiếc nhẫn mà phi hành gia du hành thời gian của chúng ta sẽ thấy sẽ trông rất khác so với cách họ làm ngày nay.
Vahe Peroomian, Phó Giáo sư Vật lý và Thiên văn học, Đại học Nam California - Đại học Văn học, Nghệ thuật và Khoa học Dornsife
Bài viết này được tái bản từ Cuộc hội thoại theo giấy phép Creative Commons. Đọc bài viết gốc.
Điểm mấu chốt: Cách thức và thời điểm nhẫn Saturn được tạo ra, từ những gì, và liệu chúng có kéo dài không.
