Ny forskning som kommer från de slutliga omloppsbanorna för NASA:s rymdfarkost Cassini representerar ett stort steg framåt i vår förståelse av Saturnussystemet – särskilt det mystiska, aldrig tidigare utforskat område mellan planeten och dess ringar. Vissa förutfattade meningar visar sig vara fel medan nya frågor ställs.

Sex team av forskare publicerar sitt arbete den 5 oktober i tidskriften Vetenskap , baserat på fynd från Cassinis Grand Finale. Det är när, när rymdfarkosten hade slut på bränsle, uppdragsteamet styrde Cassini spektakulärt nära Saturnus i 22 omloppsbanor innan de avsiktligt förångade den i ett sista dopp i atmosfären i september 2017.

Att veta att Cassinis dagar var räknade, dess uppdragsteam gick för guld. Rymdfarkosten flög dit den aldrig var designad för att flyga. För första gången, den undersökte Saturnus magnetiserade miljö, flög genom is, steniga ringpartiklar och sniffade atmosfären i 1, 200 mil bred (2, 000 kilometer brett) gap mellan ringarna och molntopparna. Inte bara drev flygbanan rymdfarkosten till dess gränser, de nya rönen illustrerar hur kraftfulla och smidiga instrumenten var.

Många fler vetenskapliga resultat från Grand Finale kommer, men här är några av dagens höjdpunkter:

• Komplexa organiska föreningar inbäddade i vatten nanokorn regnar ner från Saturnus ringar till dess övre atmosfär. Forskare såg vatten och silikater, men de blev förvånade över att se även metan, ammoniak, kolmonoxid, kväve och koldioxid. Sammansättningen av de organiska ämnen är annorlunda än den som finns på månen Enceladus - och också annorlunda från den på månen Titan, vilket betyder att det finns minst tre distinkta reservoarer av organiska molekyler i Saturnussystemet.
• För första gången, Cassini såg på nära håll hur ringar interagerar med planeten och observerade inre ringpartiklar och gaser som faller direkt in i atmosfären. Vissa partiklar tar på sig elektriska laddningar och spiralerar längs magnetfältslinjer, faller in i Saturnus på högre breddgrader – ett fenomen som kallas "ringregn". Men forskare blev förvånade över att se att andra snabbt dras in i Saturnus vid ekvatorn. Och allt faller ur ringarna snabbare än forskarna trodde – så mycket som 22, 000 pund (10, 000 kg) material per sekund.
• Forskare blev förvånade över att se hur materialet ser ut i gapet mellan ringarna och Saturnus atmosfär. De visste att partiklarna i ringarna varierade från stora till små. Men provtagningen i gapet visade mestadels liten, nanometerstora partiklar, som rök, vilket tyder på att någon ännu okänd process maler upp partiklar.
• Saturnus och dess ringar är ännu mer sammanlänkade än vad forskare trodde. Cassini avslöjade ett tidigare okänt elektriskt strömsystem som kopplar ringarna till toppen av Saturnus atmosfär.
• Forskare upptäckte ett nytt strålningsbälte runt Saturnus, nära planeten och består av energirika partiklar. De fann att medan bältet faktiskt skär den innersta ringen, ringen är så tunn att den inte hindrar bältet från att bildas.
• Till skillnad från alla andra planeter med magnetfält i vårt solsystem, Saturnus magnetfält är nästan helt i linje med sin spinnaxel. De nya uppgifterna visar en magnetfältslutning på mindre än 0,0095 grader. (Jordens magnetfält lutar 11 grader från sin spinnaxel.) Enligt allt forskare vet om hur planetariska magnetfält genereras, Saturnus borde inte ha en. Det är ett mysterium som fysiker kommer att arbeta för att lösa.
• Cassini flög ovanför Saturnus magnetiska poler, direkt sampling av regioner där radioemissioner genereras. Fynden mer än fördubblade antalet direkta mätningar av radiokällor från planeten, en av de få icke-jordiska platser där forskare har kunnat studera en radiogenereringsmekanism som tros fungera i hela universum.

För Cassini-uppdraget, vetenskapen som rullar ut från Grand Finale-banorna mer än motiverar den beräknade risken för att dyka in i gapet – skumma den övre atmosfären och gå över kanten på de inre ringarna, sa Cassini Project Scientist Linda Spilker.

"Nästan allt som hände i den regionen visade sig vara en överraskning, " sa Spilker. "Det var vikten av att åka dit, att utforska en plats vi aldrig varit på förut. Och expeditionen gav verkligen resultat – uppgifterna är oerhört spännande."

Analys av Cassini-data från rymdfarkostens instrument kommer att pågå i många år framöver, hjälpa till att måla upp en tydligare bild av Saturnus.

"Många mysterier kvarstår, när vi lägger pusselbitar, ", sa Spilker. "Resultat från Cassinis slutliga banor visade sig vara mer intressanta än vi hade kunnat föreställa oss."

Tidningarna publicerade i Vetenskap är:

"Kemiska interaktioner mellan Saturnus atmosfär och dess ringar, " av J.Hunter Waite, et.al.

"D-ringdamm faller in i Saturnus ekvatorialjonosfär och övre atmosfären, " av Donald Mitchell, et.al.

"In-situ samling av dammkorn som faller från Saturnus ringar till dess atmosfär, " av Hsiang-Wen Hsu, et.al.

"A radiation belt of energetic protons located between Saturn and its rings, " by Elias Roussos, Peter Kollmann, et.al.

"Saturn's magnetic field revealed by the Cassini Grand Finale, " by Michele Dougherty, et.al.

"The low frequency source of Saturn's Kilometric Radiation (SKR), " by Laurent Lamy, et.al.

On Oct. 4, som den Vetenskap publication embargo lifts, articles describing research complementary to these findings will post online in Geofysiska forskningsbrev (GRL), a journal of the American Geophysical Union (AGU).