Kennisopbouw van ringensystemen

De ringen van de planeet Saturnus is een mooi voorbeeld van het opbouwen van wetenschappelijke kennis door de eeuwen heen. Deze kennis bouwde we steeds sneller op. Eén ding had die tijd en deze tijd gemeen. We lopen nog steeds op tegen de belemmering van de beschikbare technologische middelen. Eén verschil is er ook. Tegenwoordig komen we alleen verder in een bepaald wetenschappelijk onderzoek als er een budget vrijgegeven wordt voor het onderzoek. Er is tegenwoordig zoveel te onderzoeken, dat er keuzes gemaakt moeten worden wat wel en niet onderzocht wordt.

Van wereld naar ring

De ringen van Saturnus werden in 1610 ontdekt door Galileo Galilei. Met zijn telescoop kon hij net zien dat er bultjes aan beide kanten van de planeet Saturnus zaten. Hij vond dat er drie werelden waren vlak naast elkaar. Dat is een logische conclusie want nog niemand had gehoord dat er ringen waren om werelden. In 1655 zag Christiaan Huygens voor het eerst dat het een schijf om Saturnus was.

Van ring naar duizenden ringen

Ons beeld van Saturnus en dat van de ringen is tegenwoordig geheel anders. Nu weten we dat dit duizenden ringen zijn bestaande uit stenen kleiner dan enkele meters in diameter. Het is een soort duizendbaanssnelweg met allemaal stenen in de file. Als een steen tegen zijn voor- of achterbuurman stoot nemen beiden dezelfde snelheid aan. Elk rotsblok bevat vooral waterijs met rots materiaal eromheen daar het ijs anders zou sublimeren.

Die verschillende banen in het ringensysteem van Saturnus ontstaan door resonanties tussen de ringdeeltjes zelf enerzijds, en de planeet Saturnus, maar ook de maantjes die om Saturnus draaien anderzijds. De details hiervan zijn onduidelijk. Daarvoor zijn er te veel ringen om de planeet om dit allemaal uit te leggen,

Elke gaswereld heeft ringen

Niet alleen Saturnus, maar alle gaswerelden, (ook wel Joviaanse werelden), hebben ringen. Alle aardachtige, (ook wel Terrestiaanse werelden), kennen dat niet. Joviaanse werelden zijn per definitie van gas en nemen een ellipsoïde vorm aan. Het zijn dus geen perfecte bollen. Door de middelpuntvliedende kracht van de snelle asrotatie is de evenaar hoger dan de gemiddelde bolvorm. De evenaar slingert het gas meer weg dan de polen dat doet. Als gevolg hiervan zijn de polen juist wat ingezakt, of wel elke steen in de buurt van een Joviaanse wereld gaat vanzelf in de buurt van de evenaar om de moederplaneet bewegen, daar hier de zwaartekracht op de ring (en de manen) groter is dan bij de polen. De steen is overwegend wat dichter bij het oppervlak van zo’n Joviaanse wereld dan dat in de buurt van de polen zou zijn. Saturnus heeft de meest prominente ringen. Deze zijn flinterdun. Als de diameter vergeleken wordt met een cd-plaatje, dan zou de dikte een ½ mm zijn.

Eerst de planeet en dan de ring

De succesvolle Cassini-Huygens missie (einde 2017) doet er nog een schepje bovenop. Uit de 635 Gb aan data die deze satelliet naar de Aarde gestuurd heeft, hebben we geleerd dat de ringen later ontstaan zijn dan de planeet zelf. De planeet was er dus eerder. De satelliet heeft 6 nieuwe manen ontdekt. Op de polen zijn hexagonaal gevormde stormen ontdekt. De oorzaak van de vorm is onbekend. We hebben foto’s van methaan en ethaanmeren op de grootste saturnusmaan Titan gezien. Onder het oppervlak van Enceladus is water gevonden dat als geysers in de spleten uit het oppervlak omhoog spuit. Dit is waarschijnlijk de oorzaak van de E-ring. Er zal geen leven zijn onder het oppervlak want dan zou het bronmateriaal voor dat leven ook door die geisers naar buiten gespoten worden. Denk daarbij aan waterstof, zuurstof, Ammonia en stikstof-achtige elementen.

Golvende ringen

De ringen blijken nog ingewikkelder gevormd te zijn dan we al wisten. Er zijn foto’s van spaken gemaakt. Ook zijn er tijdelijke golven gevonden als er een zogenaamd herdersmaantje voorbijkomt. De maan Daphnis is hiervan het mooiste voorbeeld. Het is fantastisch om te zien dat de binnenringen aan de maan voorbijgaan en daardoor tijdelijk golven.

Cassini is scheerlings in de atmosfeer van Saturnus verbrand met een snelheid van 123.000 km/uur. Voor nieuwe kennis is het nu wachten op nieuwe ontdekkingen na de landing (gepland in 2034) van de drone Dragonfly op de maan Titan. Ja dat is 13 jaar wachten, maar in vergelijk met 4 eeuwen geleden bouwen we onze kennis nu zeer veel sneller op. Het begrip geduld tegenwoordig is anders dan in de tijd van Galileo Galilei en Christiaan Huygens.

Ringen om exoplaneten

En wat dacht je van de geplande ontdekking van een ringensysteem bij een van de duizenden exoplanten die er gevonden zijn. Je mag verwachten dat daar ook vele Joviaanse werelden zijn en dus dat deze allen een ringensysteem hebben. De JWST zou dit moeten kunnen meten, want een ring van een exoplaneet verduisterd oom een deel van de achterliggende ster. Ik denk dat we dit over een jaar of 10 bevestigd krijgen.