När NASA:s Cassini dök nära Saturnus under sitt sista år, rymdfarkosten gav intrikata detaljer om hur Saturnus komplexa ringar fungerar, visar ny analys.

Även om uppdraget avslutades 2017, vetenskap fortsätter att flöda från de insamlade uppgifterna. En ny tidning publicerad 13 juni i Vetenskap beskriver resultat från fyra Cassini-instrument med sina närmaste observationer någonsin av huvudringarna.

Fynden inkluderar fina detaljer av särdrag skulpterade av massor inbäddade i ringarna. Texturer och mönster, från klumpig till halmliknande, dyker upp ur bilderna, väcka frågor om de interaktioner som formade dem. Nya kartor avslöjar hur färger, kemi och temperaturförändringar över ringarna.

Som en planet under uppbyggnad inuti en skiva av protoplanetärt material, små månar inbäddade i Saturnus ringar (som heter A till G, i ordning efter deras upptäckt) interagerar med partiklarna runt dem. På det sättet, tidningen ger ytterligare bevis på att ringarna är ett fönster in i de astrofysiska skivprocesser som formar vårt solsystem.

Observationerna fördjupar också forskarnas förståelse av det komplexa Saturnussystemet. Forskare drar slutsatsen att i ytterkanten av huvudringarna, en serie liknande slaggenererade ränder i F-ringen har samma längd och orientering, visar att de sannolikt orsakades av en flock stötkroppar som alla träffade ringen samtidigt. Detta visar att ringen är formad av strömmar av material som kretsar kring Saturnus själv snarare än, till exempel, av kometskräp (som rör sig runt solen) som råkar krascha in i ringarna.

"Dessa nya detaljer om hur månarna skulpterar ringarna på olika sätt ger ett fönster till solsystemets formation, där du också har skivor som utvecklas under påverkan av massor inbäddade i dem, " sa huvudförfattaren och Cassini-forskaren Matt Tiscareno från SETI Institute i Mountain View, Kalifornien.

Varaktiga mysterier

På samma gång, nya pussel har uppstått och gamla mysterier har fördjupats med den senaste forskningen. Närbildsringbilderna fokuserade på tre distinkta texturer – klumpiga, slät och strimmig — och gjorde det tydligt att dessa texturer förekommer i bälten med skarpa gränser. Men varför? På många ställen är bältena inte kopplade till några ringegenskaper som forskarna ännu har identifierat.

"Detta säger oss hur ringarna ser ut inte bara är en funktion av hur mycket material det finns, ", sa Tiscareno. "Det måste vara något annorlunda med partiklarnas egenskaper, kanske påverkar vad som händer när två ringpartiklar kolliderar och studsar av varandra. Och vi vet ännu inte vad det är."

De analyserade uppgifterna samlades in under ringbetesbanorna (december 2016 till april 2017) och den stora finalen (april till september 2017), när Cassini flög strax ovanför Saturnus molntoppar. När rymdfarkosten hade slut på bränsle, uppdragsteamet kastade den medvetet ner i planetens atmosfär i september 2017.

Cassinis Visible and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) avslöjade ett annat mysterium. spektrometern, som avbildade ringarna i synligt och nära infrarött ljus, identifierade ovanligt svaga vatten-isband i den yttersta delen av A-ringen. Det var en överraskning, eftersom området är känt för att vara mycket reflekterande, vilket vanligtvis är ett tecken på mindre förorenad is och därmed starkare vattenisband.

Den nya spektralkartan belyser också ringarnas sammansättning. Och medan forskare redan visste att vattenis är huvudkomponenten, spektralkartan uteslöt detekterbar ammoniakis och metanis som ingredienser. Men den ser inte heller organiska föreningar - en överraskning, med tanke på det organiska material som Cassini har upptäckt flyter från D-ringen in i Saturnus atmosfär.

"Om organiska ämnen fanns där i stora mängder - åtminstone i huvudsak A, B- och C-ringar – vi skulle se dem, sa Phil Nicholson, Cassini VIMS-forskare vid Cornell University i Ithaca, New York. "Jag är ännu inte övertygad om att de är en viktig del av huvudringarna."

Forskningen signalerar starten på nästa era av Cassini-vetenskap, sa Jeff Cuzzi från NASA:s Ames Research Center, som har studerat Saturnus ringar sedan 1970-talet och är den tvärvetenskapliga forskaren för ringar på Cassini-uppdraget.

"Vi ser så mycket mer, och närmare, och vi får nya och mer intressanta pussel, ", sa Cuzzi. "Vi är precis på väg in i nästa fas, som bygger nytt, detaljerade modeller av ringutveckling – inklusive den nya uppenbarelsen från Cassini-data att ringarna är mycket yngre än Saturnus."

De nya observationerna ger forskarna en ännu mer intim bild av ringarna än de hade tidigare, och varje undersökning avslöjar nya komplexiteter, sa Cassini Project Scientist Linda Spilker, baserad på NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien.

"Det är som att skruva upp strömmen ytterligare ett snäpp på vad vi kunde se i ringarna. Alla fick bara en klarare bild av vad som händer, ", sa Spilker. "Att få den extra upplösningen svarade på många frågor, men så många lockande finns kvar."