Les anneaux de Saturne sont petits et peuvent disparaître rapidement

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] Il donne une meilleure idée du taux total d’arrivée de matériaux non glaciaires, et donc, à quel point il a dû « polluer » les anneaux depuis leur formation. Cette recherche, qui a été menée par l’Université du Colorado à Boulder, indique également que les micrométéorites ne viennent pas aussi vite que le pensent les scientifiques, ce qui signifie que la gravité de Saturne pourrait attirer plus efficacement la matière dans les anneaux. Cette preuve continue en disant que les anneaux ne peuvent pas être exposés à cette tempête de grêle cosmique pendant plus de quelques centaines de millions d’années – une petite fraction de Saturne et des 4,6 milliards d’années du système solaire.

Cette conclusion est appuyée par le deuxième article,^[2] Dirigé par l’Université de l’Indiana, qui prend un angle différent sur le battement constant des anneaux par de petites roches spatiales. Les auteurs de l’étude ont identifié deux choses qui ont été largement négligées dans la recherche. Plus précisément, ils examinaient la physique qui régit l’évolution à long terme des anneaux et ont découvert que deux éléments importants étaient le bombardement de micrométéorites et la façon dont les débris de ces collisions sont répartis dans les anneaux. La prise en compte de ces facteurs montre que les anneaux pourraient avoir atteint leur masse actuelle en quelques centaines de millions d’années. Les résultats indiquent également que parce qu’ils sont si jeunes, ils se sont probablement formés lorsque des forces gravitationnelles instables au sein du système saturnien ont détruit certaines de ses lunes glacées.

« L’idée que les anneaux majeurs emblématiques de Saturne pourraient être une caractéristique récente de notre système solaire a été controversée », a déclaré Jeff Causey, chercheur à Ames et co-auteur de l’un des articles récents. « Mais nos nouvelles découvertes complètent un tiercé gagnant de Mesures de Cassini qui rendent cette découverte difficile à éviter. » Causey a également été scientifique interdisciplinaire lors de la mission Cassini dans les anneaux de Saturne.

Saturne a peut-être mis plus de 4 milliards d’années avant d’adopter sa forme actuelle. Mais combien de temps pouvez-vous compter sur le port des belles bagues que nous connaissons aujourd’hui ?

La mission Cassini a découvert que les anneaux perdaient rapidement de la masse, à mesure que des matériaux tombaient des régions les plus profondes de la planète. Troisième article^[3] En outre, dirigé par l’Université de l’Indiana, détermine pour la première fois la vitesse à laquelle la matière annelée dérive dans cette direction – et les météorites jouent à nouveau un rôle. Leurs collisions avec les particules d’anneau existantes et la façon dont les débris résultants sont projetés vers l’extérieur se combinent pour former une sorte de tapis roulant pour le mouvement qui transporte le matériau de l’anneau vers Saturne. En calculant ce que signifient toutes ces particules en continu pour leur éventuelle disparition dans la planète, les chercheurs ont trouvé des nouvelles difficiles pour Saturne : elle pourrait perdre ses anneaux dans les prochaines centaines de millions d’années.

« Je pense que ces résultats nous disent que le bombardement constant par tous ces débris extraterrestres non seulement pollue les anneaux planétaires, mais devrait également les affaiblir avec le temps », a déclaré Paul Estrada, chercheur à Ames et co-auteur des trois études. « peut être[{ » 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