Den politiska humoristen Mark Russel skämtade en gång, "Den vetenskapliga teorin jag gillar bäst är att Saturnus ringar är helt sammansatta av förlorat flygbolagsbagage."

Väl, det finns inget bagage, det visar sig. Men en ny studie dyker upp i Vetenskap baserat på data från de sista omloppsbanorna förra året av NASA:s Cassini-rymdfarkost visar att Saturnus ringar – några av de mest visuellt fantastiska objekten i universum – är mycket mer kemiskt komplicerade än man tidigare förstått.

Vidare, tidningen visar att gasjättens innersta D-ring slungar dammkorn belagda i sin kemiska cocktail i planetens övre atmosfär i en extraordinär hastighet när den snurrar. Under långa tidsskalor, forskarna säger att detta infallande material kan förändra kol- och syrehalten i atmosfären.

"Detta är ett nytt element i hur vårt solsystem fungerar, sa Thomas Cravens, professor i fysik och astronomi vid University of Kansas och medförfattare till den nya artikeln. "Två saker förvånade mig. Den ena är den kemiska komplexiteten i det som kom från ringarna - vi trodde att det nästan helt skulle vara vatten baserat på vad vi såg tidigare. Den andra saken är den stora mängden av det - mycket mer än vi förväntade oss från början. Kvaliteten och kvantiteten på materialen som ringarna lägger i atmosfären överraskade mig."

Cravens är medlem i Cassinis Ion and Neutral Mass Spectrometer (INMS) team. Under Cassinis "Grand Finale" kastade sig in i Saturnus innersta ring och övre atmosfär 2017, masspektrometern ombord på sonden tog kemikalier på höjder mellan Saturnus ringar och atmosfären.

Mer än bara vatten, INMS fann att ringarna bestod av vatten, metan, ammoniak, kolmonoxid, molekylärt kväve och koldioxid.

"Vad tidningen beskriver är miljön i gapet mellan den inre ringen och den övre atmosfären, och några av de saker som hittades var förväntade, som vatten, ", sa Cravens. "Det som var en överraskning var att masspektrometern såg metan - ingen förväntade sig det. Också, den såg lite koldioxid, vilket var oväntat. Ringarna ansågs vara helt och hållet vatten. Men de innersta ringarna är ganska nedsmutsade, som det visar sig, med organiskt material som fångas upp i is."

Ytterligare ett nytt fynd från Cassinis masspektrometer visade att stora mängder av den kemiska bryggan från Saturnus D-ring kastas in i planetens övre atmosfär genom att ringen snurrar snabbare än själva planetens atmosfär.

"Vi såg att det hände även om det inte är helt förstått, ", sa KU-forskaren. "Det vi såg är detta material, inklusive lite bensin, förändrade den översta atmosfären av Saturnus i ekvatorialområdet. Det var både spannmål och damm som var förorenat."

Cravens sa att fynden kan kasta nytt ljus på mekanismer som ligger till grund för vårt solsystem såväl som andra solsystem och exoplaneter - och även ställa till en mängd nya vetenskapliga frågor.

"Detta kan hjälpa oss att förstå, hur får en planet ringar? Vissa gör, vissa gör det inte, " sa han. "Vad är livstiden för en ring? Och vad är det som fyller på ringarna? Fanns det en tid när Saturnus inte hade ringar? Hur kom den kompositionen in där från början? Är det överblivet från bildandet av vårt solsystem? Går det tillbaka till proto före-solnebulosa, nebulosan som kollapsade ur interstellär media som bildade solen och planeterna?"

Enligt Cravens, den högre än förväntade hastigheten av material som drivs ut från Saturnus D-ring till planetens övre atmosfär, eller jonosfären, är tillräckligt för att astronomer nu tror att ringens livslängd kan vara kortare än tidigare uppskattat.

"På grund av dessa uppgifter, vi har nu förkortat livslängden för inre ringar på grund av mängden material som flyttas ut – det är mycket mer än vi trodde tidigare, " sa Cravens. Vi vet att det stöter ut material ur ringarna minst 10 gånger snabbare än vi trodde. Om det inte fylls på, ringarna kommer inte att hålla – du har ett hål i din hink. Jupiter hade troligen en ring som utvecklats till den nuvarande striga ringen, och det kan vara av liknande skäl. Ringar kommer och går. Någon gång tappar de gradvis bort om de inte på något sätt får nytt material."

Assisterad av KU doktorander och studenter, ett första steg i Cravens arbete involverade sortering och rengöring av rådata från Cassinis INMS-instrument.

"Rådata kom från vårt instrument på Cassini till djuprymdsantenner till NASA:s Jet Propulsion Laboratory och sedan till datorer vid Southwest Research Institute i San Antonio där Hunter Waite, första författaren, Är baserad, " han sa.

Men Cravens huvudsakliga bidrag innebar att tolka dessa data med fokus på hur material från ringarna förändrar Saturnus jonosfär. Cravens och hans kollegor rapporterar att inflödet av kemikalier från ringarna förändrar Saturnus ekvatoriska jonosfärskemi genom att omvandla vätejonerna och triatomära vätejonerna till tyngre molekylära joner, utarmar planetens jonosfäriska täthet.

"Mitt intresse var i jonosfären, miljön med laddade partiklar, och det var det jag fokuserade på, ", sa Cravens. "Denna smuts som kommer in tuggar upp mycket av jonosfären, påverkar dess sammansättning och orsakar observerbara effekter – det är vad vi försöker förstå nu. Uppgifterna är tydliga, men förklaringar modelleras fortfarande och det kommer att ta ett tag. Materialet kommer in i Saturnus med höga hastigheter eftersom ringarna rör sig ganska mycket snabbare än atmosfären. Det faller inte bara in försiktigt. Den kommer flygande in där som en satellit som kommer in på vår egen planet igen. Dessa dammkorn som rör sig med satellithastighet, avsätter energi som kan dissociera atmosfären. Per atom, det är ganska energiska grejer på grund av hastighetsskillnaden mellan ringarna och atmosfären. Vi tror att det kan värma upp den övre atmosfären, ändra dess sammansättning."