Herdermaantjes

Cassini heeft in dik een halfjaar drie rondjes afgelegd rond Saturnus en mogelijk zes nieuwe maantjes ontdekt.

DE OPWINDING ROND de succesvolle landing (14 januari) van de Europese ruimtesonde Huygens op de Saturnusmaan Titan heeft bijna doen vergeten dat Cassini, het Amerikaanse moedervaartuig, alweer een jaar lang onderzoek verricht aan Saturnus zelf, zijn ringen en zijn manen. Cassini kwam op 1 juli 2004 als eerste ruimtesonde in een baan om de geringde planeet en heeft nu drie van de geplande 74 omlopen voltooid. Een fors deel van het tijdschrift Science van 25 februari is gewijd aan de eerste resultaten van het onderzoek, dat op zijn minst tot juli 2008 moet voortduren.

De meest verrassende ontdekking is wellicht dat de rotatietijd van Saturnus met ruim zes minuten lijkt te zijn toegenomen. De rotatietijd is een van de meest belangrijke parameters van een hemellichaam, een referentie voor allerlei andere grootheden en verschijnselen. Omdat Saturnus geen vast oppervlak heeft, wordt zijn rotatietijd afgeleid uit de variatie van de radiostraling die hij op golflengten van duizend meter uitzendt. Deze straling komt uit het magnetische veld van de planeet, dat verankerd is in het inwendige. Toen de Voyagers in 1980/81 langs Saturnus vlogen, maten zij een rotatietijd van 10 uur en 39 minuten. Cassini vindt nu 10 uur en 46 minuten.

Het is onmogelijk dat de planeet als geheel langzamer is gaan draaien. Misschien draait het inwendige niet als één geheel maar differentieel, zoals het inwendige van de zon en hebben de metingen betrekking op verschillende delen van dit inwendige. Opmerkelijk is echter dat de `vertraagde' aswenteling lijkt samen te vallen met grote veranderingen in de equatoriale straalstroom, die met snelheden rond 400 m/s waait. Deze zouden kunnen wijzen op een grootschalige verandering in de atmosferische circulatie, die op zijn beurt het magnetische veld beïnvloedt. Het is nog een raadsel hoe dit alles zou moeten werken.

Dankzij Cassini is nu de herkomst van een ander soort radiogolven gevonden: van radiosignalen die enkele honderdsten van een seconde duren en optreden in groepen die vaak om de 10 tot 11 uur terugkeren. Ze werden in 1980/81 door de Voyagers ontdekt, maar die konden ze niet met een zichtbaar verschijnsel in verband brengen. Men vermoedde dat het om een soort bliksem ging, maar die zou dan zowel in het ringenstelsel als in de atmosfeer kunnen optreden. Cassini's haarscherpe opnamen van het wolkendek laten zien dat ze samenhangen met stormgebieden. De bliksem is hier een miljoen maal zo sterk als op aarde. Het is echter een raadsel waarom de signalen het sterkst zijn als de bliksem aan de rand van Saturnus optreedt, dus het verst van Cassini is verwijderd.

Cassini heeft ook belangrijke informatie verzameld over de magnetosfeer van Saturnus: het gebied dat beheerst wordt door het magnetische veld maar waarvan de vorm en grootte mede wordt bepaald door de stralingsdruk van de zon. De magnetosfeer blijkt gevuld met een melange van zware ionen, afkomstig van drie bronnen: de reuzenmaan Titan, de kleinere ijsmanen en het ringenstelsel. Al bekend was dat zich buiten het ringenstelsel twee stralingsgordels bevinden, maar Cassini heeft nu een derde ontdekt die zich binnen het ringenstelsel bevindt.

Het ringenstelsel van Saturnus bestaat uit duizenden `losse' ringetjes van verschillende breedten. De scherpe optische ogen van Cassini hebben hier weer allerlei nieuwe details in ontdekt, zoals structuren die `spikes', `wisps', `straw' en `rope' worden genoemd. Al deze structuren zijn het gevolg van de zwakke, maar gecompliceerde krachten – van gravitationele, elektrostatische en magnetische aard – die in het ringmateriaal werken. Net buiten de hoofdring en ook binnen een aantal `scheidingen' (donkere banden) in de ring zijn weer enkele nieuwe ringetjes ontdekt. Die wijzen er op dat zich in deze schijnbare lege gebieden nog piepkleine maantjes verborgen houden die stof- en gruisdeeltjes in smalle stroken bijeen houden. Uit bepaalde golfpatronen in de Cassini-scheiding (de breedste donkere band in de hoofdring) hebben astronomen de massa kunnen afleiden van de twee al bekende maantjes, Atlas en Pan, die deze patronen veroorzaken. Hun geringe massa suggereert dat deze maantjes zijn ontstaan door het samenklonteren van ringmateriaal, iets wat voor meer `herdermaantjes' zou kunnen gelden.

Cassini heeft ontdekt dat zich boven het zonverlichte deel van de ring ionen van atomaire en moleculaire zuurstof bevinden. Deze `ionosfeer', die met de ring meedraait, wijst er op dat de hoofdring van Saturnus gehuld is in een heel ijle atmosfeer van zuurstof.

Overigens blijken er ook deeltjes uit het gebied van de ring te worden weggeschoten. Dat ontdekte Cassini al toen hij op een afstand van 70 miljoen kilometer van Saturnus was verwijderd. Hij signaleerde toen stromen van deeltjes die met snelheden van 100 kilometer per seconde van Saturnus kwamen. Ze bestonden uit silicaat-mineralen en moesten afkomstig zijn van de ring van de planeet. De onderzoekers noemen de deeltjes `verontreinigingen' die tijdens onderlinge botsingen van grotere ringdeeltjes ontstaan. Doordat ze een positieve lading krijgen, worden ze in het elektrische veld van de magnetosfeer van Saturnus versneld en het zonnestelsel in geschoten. Dat lukt echter alleen bij deeltjes met bepaalde massa's en snelheden: de magnetosfeer van Saturnus fungeert in dit opzicht als een soort massaspectrometer.

Cassini heeft bij Saturnus mogelijk zes nieuwe maantjes – van slechts 3 tot 5 kilometer diameter – ontdekt. Drie van hen hebben inmiddels een voorlopige naam, terwijl van drie andere nog moet worden afgewacht of het echte maantjes zijn of tijdelijke opeenhopingen van ringmateriaal. In het eerste geval stijgt het totale aantal satellieten van Saturnus naar 37. Van de drie nieuwkomers draaien Methone en Pallene tussen de banen van twee andere, grotere manen: Mimas en Enceladus. De derde, Polydeuces, draait in dezelfde baan als de grote maan Dione, maar volgt op gemiddeld 60° afstand. Al eerder, in 1980, was een satelliet gevonden (Helene) die 60° vóór Dione uit loopt. Ook Tethys, een andere bekende maan van Saturnus, heeft twee van zulke meelopers. Saturnus is daarmee de enige planeet waarvan de manen zogeheten Trojanen hebben.