Cassini mission data suggests that Saturn’s rings are young, possibly only a few hundred million years old, and could disappear in a similar timescale. The rings’ mass, purity, and debris accumulation rates indicate their relatively young age and short lifespan. Two studies show that the rings formed relatively recently and are rapidly losing mass, while a third predicts their disappearance within the next few hundred million years.

While no human could ever have seen Saturn without its rings, in the time of the dinosaurs, the planet may not yet have acquired its iconic accessories – and future Earth dwellers may again know a world without them.

Three recent studies by scientists at NASA’s Ames Research Center in California’s Silicon Valley examine data from NASA’s Cassini mission and provide evidence that Saturn’s rings are both young and ephemeral – in astronomical terms, of course.

The new research looks at the mass of the rings, their “purity,” how quickly incoming debris is added, and how that influences the way the rings change over time. Put those elements together, and one can get a better idea of how long they’ve been around and the time they’ve got left.

Although all four giant planets have ring systems, Saturn’s is by far the most massive and impressive. Scientists are trying to understand why by studying how the rings have formed and how they have evolved over time. Three recent studies by NASA researchers and their partners provide evidence that the rings are a relatively recent addition to Saturn and that they may last only another few hundred million years. Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

The rings are almost entirely pure ice. Less than a few percent of their mass is non-icy “pollution” coming from micrometeoroids, such as asteroid fragments smaller than a grain of sand. These constantly collide with the ring particles and contribute debris to the material circling the planet. The rings’ age has been hard to pin down, because scientists hadn’t yet quantified this bombardment in order to calculate how long it must have been going on.

Now, one of the three new studies^[1] Ini memberikan gambaran yang lebih baik tentang total laju kedatangan material non-glasial, dan dengan demikian, seberapa jauh ia telah “mencemari” cincin sejak pembentukannya. Penelitian ini, yang dipimpin oleh University of Colorado, Boulder, juga menunjukkan bahwa mikrometeorit tidak datang secepat yang dipikirkan para ilmuwan, yang berarti gravitasi Saturnus dapat menarik materi lebih efektif ke dalam cincin. Bukti ini selanjutnya mengatakan bahwa cincin tidak dapat terkena badai es kosmik ini selama lebih dari beberapa ratus juta tahun – sebagian kecil dari Saturnus dan 4,6 miliar tahun tata surya.

Mendukung kesimpulan ini adalah kertas kedua,^[2] Dipimpin oleh Universitas Indiana, yang mengambil sudut berbeda pada pemukulan cincin yang konstan oleh batuan luar angkasa kecil. Penulis penelitian mengidentifikasi dua hal yang sebagian besar diabaikan dalam penelitian. Secara khusus, mereka melihat fisika yang mengatur evolusi cincin jangka panjang dan menemukan bahwa dua komponen penting adalah pengeboman mikrometeorit dan cara puing-puing dari tabrakan tersebut didistribusikan di dalam cincin. Mempertimbangkan faktor-faktor ini menunjukkan bahwa cincin tersebut dapat mencapai massanya saat ini dalam beberapa ratus juta tahun. Hasilnya juga menunjukkan bahwa karena mereka sangat muda, kemungkinan besar mereka terbentuk ketika gaya gravitasi yang tidak stabil di dalam sistem Saturnus menghancurkan beberapa bulan esnya.

“Gagasan bahwa cincin utama Saturnus yang ikonik mungkin merupakan fitur terbaru tata surya kita telah menjadi kontroversi,” kata Jeff Causey, seorang peneliti di Ames dan rekan penulis di salah satu makalah baru-baru ini. “Namun temuan baru kami melengkapi trifecta dari Pengukuran Cassini yang membuat penemuan ini sulit dihindari.” Causey juga menjabat sebagai ilmuwan interdisipliner dalam misi Cassini ke cincin Saturnus.

Saturnus, mungkin, lebih dari 4 miliar tahun sebelum ia mengadopsi bentuknya yang sekarang. Tapi berapa lama Anda bisa mengandalkan cincin cantik yang kita kenal sekarang?

Misi Cassini menemukan bahwa cincin kehilangan massa dengan cepat, karena material jatuh dari wilayah planet yang lebih dalam. Kertas ketiga^[3] Juga, dipimpin oleh Universitas Indiana, untuk pertama kalinya menentukan seberapa cepat materi cincin melayang ke arah ini — dan meteorit kembali berperan. Tabrakan mereka dengan partikel cincin yang ada dan cara puing-puing yang dihasilkan terlempar ke luar bergabung untuk membentuk semacam sabuk konveyor untuk gerakan yang membawa material cincin menuju Saturnus. Dengan menghitung apa arti semua partikel yang mengalir itu untuk akhirnya menghilang ke planet ini, para peneliti telah menemukan beberapa berita sulit untuk Saturnus: Saturnus bisa kehilangan cincinnya dalam beberapa ratus juta tahun ke depan.

“Saya pikir hasil ini memberi tahu kita bahwa pemboman terus-menerus oleh semua puing-puing alien ini tidak hanya mencemari cincin planet, tetapi juga akan melemahkannya dari waktu ke waktu,” kata Paul Estrada, seorang peneliti di Ames dan rekan penulis dari ketiga studi tersebut. “Mungkin[{” attribute=””>Uranus’ and Neptune’s diminutive and dark rings are the result of that process. Saturn’s rings being comparatively hefty and icy, then, is an indication of their youth.”

Young rings but – alas! – relatively short-lived, as well. Instead of mourning their ultimate demise, though, humans can feel grateful to be a species born at a time when Saturn was dressed to the nines, a planetary fashion icon for us to behold and study.

References:

“Micrometeoroid infall onto Saturn’s rings constrains their age to no more than a few hundred million years” by Sascha Kempf, Nicolas Altobelli, Jürgen Schmidt, Jeffrey N. Cuzzi, Paul R. Estrada and Ralf Srama, 12 May 2023, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.adf8537

“Constraints on the initial mass, age and lifetime of Saturn’s rings from viscous evolutions that include pollution and transport due to micrometeoroid bombardment” by Paul R. Estrada and Richard H. Durisen, 9 May 2023, Icarus.
DOI: 10.1016/j.icarus.2022.115296

“Large mass inflow rates in Saturn’s rings due to ballistic transport and mass loading” by Richard H. Durisen and Paul R. Estrada, 9 May 2023, Icarus.
DOI: 10.1016/j.icarus.2022.115221