Många drömmer om vad de skulle göra om de hade en tidsmaskin. Vissa skulle resa 100 miljoner år tillbaka i tiden, när dinosaurier strövade omkring på jorden. Inte många, fastän, skulle tänka på att ta ett teleskop med dem, och om, efter att ha gjort det, observera Saturnus och dess ringar.

Huruvida vår tidsresande astronom skulle kunna observera Saturnus ringar är diskutabelt. Har ringarna, i någon form eller form, funnits sedan solsystemets början, För 4,6 miljarder år sedan, eller är de ett nyare tillägg? Hade ringarna ens bildats när Chicxulub-asteroiden utplånade dinosaurierna?

Jag är en rymdforskare med en passion för undervisning i fysik och astronomi, och Saturnus ringar har alltid fascinerat mig när de berättar historien om hur mänsklighetens ögon öppnades för vårt solsystems och kosmos underverk.

Vår syn på Saturnus utvecklas

När Galileo först observerade Saturnus genom sitt teleskop 1610, han solade sig fortfarande i berömmelsen att upptäcka Jupiters fyra månar. Men Saturnus förbryllade honom. tittar på planeten genom sitt teleskop, det såg först ut för honom som en planet med två mycket stora månar, då som en ensam planet, och sedan igen genom hans nyare teleskop, år 1616, som en planet med armar eller handtag.

Fyra decennier senare, Giovanni Cassini föreslog först att Saturnus var en ringad planet, och vad Galileo hade sett var olika syn på Saturnus ringar. På grund av de 27 graderna i lutningen av Saturnus rotationsaxel i förhållande till planet för dess omloppsbana, ringarna verkar luta mot och bort från jorden med den 29-åriga cykeln av Saturnus rotation kring solen, ger mänskligheten en ständigt föränderlig syn på ringarna.

Men vad var ringarna gjorda av? Var de solida skivor som vissa föreslog? Eller bestod de av mindre partiklar? När mer struktur blev uppenbar i ringarna, när fler luckor hittades, och när ringarnas rörelse kring Saturnus observerades, astronomer insåg att ringarna inte var solida, och bestod kanske av ett stort antal månar, eller små månar. På samma gång, uppskattningar för tjockleken på ringarna kom från Sir William Herschels 300 miles 1789, till Audouin Dollfus mycket mer exakta uppskattning av mindre än två mil 1966.

Astronomers förståelse för ringarna förändrades dramatiskt med Pioneer 11 och dubbla Voyager-uppdrag till Saturnus. Voyagers nu berömda fotografi av ringarna, motljus av solen, visade för första gången att det som såg ut som det stora A, B- och C-ringar bestod faktiskt av miljontals mindre ringar.

Cassini-uppdraget till Saturnus, efter att ha tillbringat mer än ett decennium i bana runt den ringmärkta jätten, gav planetforskare ännu mer spektakulära och överraskande vyer. Saturnus magnifika ringsystem är mellan 10 meter och en kilometer tjockt. Den kombinerade massan av dess partiklar, som är 99,8 % is och de flesta är mindre än en meter stora, är cirka 16 kvadrilljoner ton, mindre än 0,02 % av jordens mån, och mindre än hälften av massan av Saturnus måne Mimas. Detta har fått vissa forskare att spekulera i om ringarna är ett resultat av att en av Saturnus månar har gått sönder eller att en herrelös komet har infångats och gått sönder.

De dynamiska ringarna

Under de fyra århundradena sedan uppfinningen av teleskopet, ringar har också upptäckts runt Jupiter, Uranus och Neptunus, de gigantiska planeterna i vårt solsystem. Anledningen till att jätteplaneterna är prydda med ringar och jorden och de andra steniga planeterna inte är det, föreslogs först av Eduard Roche, en fransk astronom 1849.

En måne och dess planet befinner sig alltid i en gravitationsdans. Jordens måne, genom att dra på motsatta sidor av jorden, orsakar havets tidvatten. Tidvattenkrafter påverkar också planetariska månar. Om en måne vågar sig för nära en planet, dessa krafter kan övervinna gravitations-"limmet" som håller ihop månen och slita isär den. Detta gör att månen bryts upp och sprider sig längs sin ursprungliga bana, bildar en ring.

Roche-gränsen, det minsta säkra avståndet för en månens bana, är ungefär 2,5 gånger planetens radie från planetens centrum. För den enorma Saturnus, detta är ett avstånd på 87, 000 kilometer ovanför dess molntoppar och matchar platsen för Saturnus yttre F-ring. För jorden, detta avstånd är mindre än 10, 000 kilometer över dess yta. En asteroid eller komet skulle behöva våga sig mycket nära jorden för att slitas isär av tidvattenkrafter och bilda en ring runt jorden. Vår egen måne är en mycket säker 380, 000 kilometer bort.

Tunnheten hos planetringar orsakas av deras ständigt föränderliga natur. En ringpartikel vars bana lutar i förhållande till resten av ringen kommer så småningom att kollidera med andra ringpartiklar. Genom att göra så, det kommer att förlora energi och bosätta sig i ringens plan. Under miljontals år, alla sådana felande partiklar faller antingen bort eller kommer i linje, lämnar bara det mycket tunna ringsystemet som människor observerar idag.

Under det sista året av sitt uppdrag, rymdfarkosten Cassini dök upprepade gånger genom 7, 000 kilometer mellan Saturnus moln och dess inre ringar. Dessa aldrig tidigare skådade observationer gjorde ett faktum mycket tydligt:​​ringarna förändras ständigt. Enskilda partiklar i ringarna stöts kontinuerligt av varandra. Ringpartiklar regnar stadigt ner på Saturnus.

Herdemånarna Pan, Daphnis, Atlas, Pandora och Prometheus, mäter mellan åtta och 130 kilometer i diameter, bokstavligen härda ringpartiklarna, hålla dem i sina nuvarande banor. Densitetsvågor, orsakad av rörelsen av herdemånar inom ringarna, knuffa och forma om ringarna. Små månar bildas av ringpartiklar som smälter samman. Allt detta tyder på att ringarna är tillfälliga. Varje sekund regnar upp till 40 ton is från ringarna över Saturnus atmosfär. Det betyder att ringarna kan hålla bara flera tiotals till hundratals miljoner år.

Kan en tidsresande astronom ha sett ringarna för 100 miljoner år sedan? En indikator för ringarnas ålder är deras dammighet. Föremål som utsätts för damm som genomsyrar vårt solsystem under långa perioder blir dammigare och mörkare.

Saturnus ringar är extremt ljusa och dammfria, verkar tyda på att de bildades för 10 till 100 miljoner år sedan, om astronomernas förståelse av hur isiga partiklar samlar damm är korrekt. En sak är säker. Ringarna som vår tidsresande astronaut skulle ha sett skulle ha sett väldigt annorlunda ut än de gör idag.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.