På sina sista banor 2017, den långvariga rymdfarkosten Cassini dök mellan Saturnus ringar och dess övre atmosfär och badade i ett ösregn av damm som astronomer kallar "ringregn".

I forskning publicerad idag i Vetenskap , CU Boulders Hsiang-Wen (Sean) Hsu och hans kollegor rapporterar att de framgångsrikt samlat in mikroskopiskt material som strömmar från planetens ringar.

"Våra mätningar visar exakt vad dessa material är, hur de är fördelade och hur mycket damm som kommer in i Saturnus, sa Hsu, huvudförfattare till artikeln och en forskningsassistent vid Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP).

Resultaten, som gjordes med Cassinis Cosmic Dust Analyzer och Radio- och Plasma Wave Science-instrument, komma lite mer än ett år efter att rymdfarkosten brann upp i Saturnus atmosfär. De härrör från uppdragets "stora final, " där Cassini genomförde en serie riskfyllda manövrar för att zippa under planetens ringar i hastigheter på 75, 000 miles per timme.

Att fånga damm under dessa förhållanden var en ingenjörskupp och navigationskupp, sa forskarna – en snatch-and-run som uppdragsteamet hade planerat sedan 2010.

"Det här är första gången som bitar från Saturnus ringar har analyserats med ett människotillverkat instrument, sa Sascha Kempf, en medförfattare till den nya studien och en forskarassistent vid LASP och docent vid institutionen för fysik. "Om du hade frågat oss för flera år sedan om detta ens var möjligt, vi skulle ha sagt till dig 'no way'."

Forskningen är en av en serie studier från Cassinis sista banor som visas idag i Science. NASA:s Jet Propulsion Laboratory (JPL) skötte uppdraget, som var ett samarbete mellan NASA, Europeiska rymdorganisationen (ESA) och italienska rymdorganisationen. Ralf Srama vid universitetet i Stuttgart leder forskning med hjälp av rymdfarkostens Cosmic Dust Analyzer, och William Kurth från University of Iowa leder Radio and Plasma Wave Science.

Vacker fysik

Att fånga det ringregnet – vilket astrofysiker hade förutspått baserat på studier av Saturnus övre atmosfär – i aktion var inte lätt:Att komma för nära en planets ringar riskerar att riva rymdfarkosten.

Med Cassini slut på bränsle 2017, dock, missionsforskare bestämde sig för att ta chansen. Cassini gjorde 22 pass runt Saturnus, tränger sig mellan planetens närmaste ring och dess övre atmosfär, ett mellanslag mindre än 1, 200 mil bred.

Under åtta av dessa sista omlopp, Cosmic Dust Analyzer fångade mer än 2, 700 laddade dammbitar. Baserat på gruppens beräkningar, det är tillräckligt med ringregn för att skicka ungefär ett metriskt ton material in i Saturnus atmosfär varje sekund.

Men dessa partiklar föll inte direkt in i planeten enbart av gravitationen. Istället, teamet misstänker att de rör sig längs Saturnus magnetfältslinjer som en jojo innan de kraschar in i atmosfären.

"Det är en vacker uppvisning av fysik på jobbet, " sa studiens medförfattare Mihály Horányi, en professor i fysik vid CU Boulder.

Smutsiga snöbollar

Forskarna kunde också studera vad det planetdamm var gjort av. De flesta av partiklarna var bitar av vattenis - huvudkomponenten i Saturnus ringar. Men rymdfarkosten plockade också upp många små silikater, en klass av molekyler som utgör många rymdstenar.

Det fyndet är viktigt, Hsu sa, eftersom det kan hjälpa till att svara på en tjatande fråga om Saturnus:hur gamla är dess ringar? Han förklarade att isiga föremål i rymden är lite som bokhyllor i ditt hus.

"Det är verkligen svårt att upprätthålla en ren isyta i solsystemet eftersom du alltid har smutsigt material som kommer mot dig, "Hsu sa. "En av de saker vi vill förstå är hur rena eller smutsiga ringarna är."

Om forskare kan identifiera de exakta typerna av silikater som täcker Saturnus ringar, de kanske kan avgöra om dessa egenskaper är miljarder år gamla eller mycket yngre. Hsus kollegor arbetar för närvarande med att göra dessa identifikationer. Forskare vid LASP bygger också på vad de lärde sig från Cassinis Cosmic Dust Analyzer för att designa liknande dammfångande instrument för NASA:s Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP) och Europa Clipper-uppdrag.

När det gäller Cassini, "Jag är säker på att det kommer att finnas överraskningar ännu, sa Horányi, som också är medutredare på Cosmic Dust Analyzer. "Vi har fortfarande enorma mängder data som vi måste sortera ut och analysera."