De maan bekogelt zichzelf en zijn buren – de manen Mimas en Tethys – met waterijsdeeltjes, zo suggereert nieuw onderzoek.

Wetenschappers trekken die conclusie nadat ze zich bogen over radarbeelden (zie kader) die ruimtesonde Cassini tussen 2004 en 2017 van de binnenste manen van Saturnus heeft gemaakt. Tot hun verbazing bleken deze manen radiogolven veel beter te reflecteren dan gedacht.

Ruimtesonde Cassini bestudeerde Saturnus, zijn ringen en manen gedurende dertien jaar. De sonde was daartoe met tal van instrumenten uitgerust, waaronder een radarsysteem. Dit systeem was specifiek ontworpen om een beeld te krijgen van het oppervlak van de maan Titan, dat door een dikke atmosfeer aan het zicht onttrokken wordt. Het radarsysteem vuurde radiogolven op Titan af, die dwars door deze atmosfeer reizen en op het oppervlak weerkaatst worden, waarna ze weer door het radarsysteem worden opgevangen. Door te berekenen hoeveel tijd er is verstreken tussen het moment waarop de radiogolven het systeem verlieten en weer door het systeem werden opgevangen, konden onderzoekers conclusies trekken over hoe het oppervlak van Titan eruit ziet: zo zullen radiogolven die de bodem van een diepe vallei aantikken, bijvoorbeeld langer onderweg zijn dan radiogolven die op een hoge berg stuiten. Maar het radarsysteem is dus ook ingezet om de andere manen van Saturnus te bestuderen en onthult nu dus dat de binnenste manen een zeer hoge ‘radarhelderheid’ hebben. “De radar stuurt radiogolven naar het oppervlak en meet de kwantiteit van deze golven (oftewel de energie) die vanaf het oppervlak weer in de richting van het radarsysteem terugkomt,” legt onderzoeker Alice Le Gall aan Scientias.nl uit. “Wanneer deze kwantiteit hoog is, noemen we het oppervlak ‘radarhelder’.”

De radarhelderheid van de binnenste manen van Saturnus is volgens de onderzoekers deels te herleiden naar Enceladus: een maan die onder zijn dikke ijskorst een wereldwijde oceaan herbergt en bovendien over geisers beschikt die water uit die oceaan door scheuren in de ijskorst de ruimte in slingeren (zie afbeelding hieronder). De superschone waterijsdeeltjes die daarbij vrijkomen, vallen voor een deel weer op Enceladus. Maar een ander deel nestelt zich in de vorm van sneeuw op Mimas en Tethys. “De superheldere radarsignalen die we geobserveerd hebben, vereisen een sneeuwdek dat zeker enkele tientallen centimeters dik is,” zo stelt onderzoeker Alice Le Gall.


Een schematische afbeelding van de oceaan die schuilgaat onder de ijskorst van Enceladus en geisers die water uit die oceaan de ruimte in slingeren. Afbeelding: NASA / JPL-Caltech / Southwest Research Institute.

Boven een penitent. Onder een sun cup. In beide gevallen worden radiogolven weerkaatst in de richting waarin ze ook binnen zijn gekomen.

Penitenten
Maar sneeuwkanon Enceladus kan de geobserveerde ‘radarhelderheid’ niet volledig verklaren. Er moet nog iets gaande zijn op of net onder het oppervlak van de binnenste manen van Saturnus dat deze in staat stelt de radiogolven zo goed te reflecteren. Wat precies? Dat kunnen onderzoekers nu nog niet zeggen. Eén mogelijkheid is dat de sneeuw gekenmerkt wordt door zogenoemde ‘sun cups’: komvormige depressies in de sneeuw. Of misschien zelfs penitenten: ijzige pieken die we eerder op aarde, maar ook op Pluto hebben gespot. “Zij (de ‘sun cups’ en penitenten, red.) zouden zeer efficiënte retro-reflectoren zijn, dat wil zeggen dat ze radiogolven op efficiënte wijze terugsturen in de richting van waar ze gekomen zijn,” vertelt Le Gall aan Scientias.nl. Ze illustreert het met het schetsje hiernaast. Penitenten en sun cups zouden – in combinatie met sneeuw afkomstig van Enceladus – dus de radarhelderheid van de binnenste manen kunnen verklaren. Grote vraag is echter nog of sun cups en penitenten überhaupt op het oppervlak van de manen kunnen ontstaan. Beide verschijnselen zijn namelijk het resultaat van sublimatie (verdamping) van ijs en dat vereist behoorlijk wat zonne-energie. Onduidelijk is nog of de binnenste manen de vereiste hoeveelheid zonne-energie ontvangen.

Implicaties
Het is een fascinerend onderzoek. “Het feit dat de geisers van Enceladus de E-ring van Saturnus ‘voeden’ en dat materiaal van daaruit weer op de binnenste manen van Saturnus valt, is niet nieuw,” legt Le Gall uit. “Het verklaart waarom het oppervlak van de binnenste manen van Saturnus in optisch licht zo helder is. Maar het feit dat we dit effect ook zien met de radar, betekent dat de laag sneeuwdeeltjes die uit de E-ring valt niet dun is. De laag is op Mimas, Enceladus en Tethys waarschijnlijk zeker enkele tientallen centimeters dik. En dat is nieuw.”

Saturnus, zijn ringen en enkele van zijn manen. De baan van Enceladus zit tussen die van Mimas en Tethys in. Afbeelding: via Europlanet Society.

Het is ook waardevolle informatie. “Het is heel nuttig voor de voorbereiding van toekomstige missies naar ijzige manen, zeker als die missies onder meer uit een lander bestaan.” Dankzij het onderzoek van Le Galle weten we nu dat een dergelijke lander op Tethys of Mimas behoorlijk diep in de sneeuw dreigt weg te zakken.


Heel concrete plannen voor een nieuwe missie naar Saturnus en zijn manen – de Cassini-missie kwam in 2017 ten einde – zijn er momenteel niet. Maar het is te hopen dat daar verandering in gaat komen. Al is het alleen maar om vast te kunnen stellen waarom het oppervlak van Tethys, Mimas en Enceladus zo ‘radarhelder’ is. “Om daar met zekerheid iets over te kunnen zeggen, moeten we wel teruggaan.”