Computersimulaties wijzen uit hoe de ringen van Saturnus zijn ontstaan en waarom ze heel anders zijn dan die van Uranus.

De ringen van Saturnus zijn al uitgebreid bestudeerd. Daarvoor maakten onderzoekers gebruik van telescopen op aarde, maar ook van ruimtesondes zoals de Voyagers en Cassini. Maar onduidelijk bleef hoe de ringen van de gasreus zijn ontstaan. Tot nu. Met behulp van computersimulaties laten onderzoekers zien hoe de ringen van Saturnus het levenslicht zagen.

Late Heavy Bombardment
De onderzoekers richtten zich op een periode die bekend staat als het Late Heavy Bombardment (LHB). Daarvoor moeten we zo’n vier miljard jaar terug in de tijd, terug naar het moment waarop de gasreuzen van baan veranderden. Aangenomen wordt dat op dat moment aan de randen van ons zonnestelsel duizenden Kuipergordelobjecten bestonden die ongeveer net zo groot waren als Pluto.

WIST JE DAT…

…recent onderzoek suggereert dat tussen de ringen van Uranus twee maantjes verstopt zitten?

Ontmoeting
Eerst gingen de onderzoekers na hoe groot de kans was dat deze objecten dicht genoeg langs de gasreuzen heen bewogen om door de grote planeten uiteen te worden gerukt. Resultaten tonen aan dat Saturnus, Uranus en Neptunus meerdere malen verschillende van deze grote Kuipergordelobjecten ontmoetten.

Fragmenten
Vervolgens gebruikten de onderzoekers computersimulaties om na te gaan wat er tijdens zo’n ontmoeting tussen een gasreus en groot Kuipergordelobject gebeurde. Het onderzoek liet zien dat de Kuipergordelobjecten veelal vernietigd werden en fragmenten – die ongeveer 0,1 tot 10 procent van de oorspronkelijke massa van het Kuipergordelobject uitmaakten – zich in een baan rond de gasreus nestelden. Aangezien de gasreuzen meerdere Kuipergordelobjecten ontmoetten, kan de gecombineerde massa van de fragmenten die deze objecten na deze fatale ontmoeting achterlieten, de huidige massa van de ringen van Saturnus en Uranus verklaren. Deze ringen ontstonden dus doordat grote Kuipergordelobjecten te dicht bij de gasreuzen in de buurt kwamen en uit elkaar werden getrokken.

Een schematische weergave van het ontstaan van de ringen rond Saturnus. Afbeelding: Kobe University.

Een schematische weergave van het ontstaan van de ringen rond Saturnus. Afbeelding: Kobe University.

Botsingen
De onderzoekers gingen ook na hoe het de fragmenten – nadat ze eenmaal in een baan rond de gasreuzen waren beland – op lange termijn verging. Uit die simulaties bleek dat fragmenten die oorspronkelijk een omvang hadden van enkele kilometers veelal herhaaldelijk in botsing kwamen met andere fragmenten en gaandeweg steeds kleiner werden. Het kan verklaren waarom we vandaag de dag ringen zien die uit fijne deeltjes bestaan.

WIST JE DAT…

…onderzoekers recent een exoplaneet met een gigantisch ringenstelsel hebben ontdekt?

De verschillen
Maar nu was er nog één mysterie: want als de ringen van Saturnus en Uranus zo ontstonden, waarom is de samenstelling van de ringen van deze gasreuzen dan zo verschillend? Zo blijken de ringen van Saturnus voor meer dan 95 procent uit ijzige deeltjes te bestaan, terwijl de ringen van Uranus – en Neptunus – veel donkerder zijn en voor een groter deel uit rotsachtige deeltjes lijken te bestaan. Ook dat denken de onderzoekers te kunnen verklaren. Uranus – maar ook Neptunus – hebben in vergelijking met Saturnus een grotere dichtheid. Dat betekent dat objecten rakelings langs Uranus en Neptunus kunnen scheren om vervolgens uit elkaar te worden getrokken. Maar wanneer dezelfde objecten op dezelfde afstand langs Saturnus scheren, gebeurt er iets anders: ze botsen met de planeet zelf. Kuipergordels met gelaagde structuren – dat wil zeggen een rotsachtige kern met een ijzige mantel – die rakelings langs Uranus en Neptunus scheren worden compleet vernietigd. Dat betekent dat zowel hun rotsachtige kern als de ijzige mantel in gefragmenteerde vorm in een baan rond de gasreuzen gaan cirkelen. Maar wanneer vergelijkbare objecten Saturnus ontmoeten, belandt alleen hun ijzige mantel in gefragmenteerde vorm in een baan rond de gasreus.

De onderzoekers vermoeden dat gasreuzen rond andere sterren op vergelijkbare wijze aan hun ringen komen. Of dat echt zo is, zal uit nadere bestudering van die exoplaneten moeten blijken.