Astronomie

Werden die Saturnmonde zerstört?

Werden die Saturnmonde zerstört?

Ich habe gehört, dass Saturn 62 Monde mit bestätigten Umlaufbahnen hat, von denen 53 Namen haben und von denen nur 13 Durchmesser größer als 50 Kilometer haben. Einige kommen innerhalb von 1 km voneinander.

Wie halten sich diese Monde in der Umlaufbahn des Saturn, ohne sich zu treffen, und werden diese Monde eines Tages miteinander kollidieren und zerstört werden?


Tatsächlich ist die Situation im Ausmaß von Hunderten von Millionen Jahren vorübergehend, mit wiederkehrenden Instabilitäten.

Die Monde treffen nicht kurzfristig aufeinander, sondern die Umlaufbahnen beeinflussen sich gegenseitig und werden von der Sonne und anderen Körpern im Sonnensystem beeinflusst.

Weitere Informationen finden Sie in dieser Präsentation von Matija Cuk.

Vor kurzem wurde auch das Alter der Saturnmonde im Inneren des Titans, von dem man annahm, dass es so alt war wie Saturn, aktiv diskutiert. Ich werde zeigen, wie Computersimulationen der vergangenen Umlaufdynamik der Saturnmonde Tethys, Dione und Rhea uns sagen können, wie lange sie schon existieren. Es scheint, dass die inneren Monde und Ringe des Saturn nur etwa 100 Millionen Jahre alt sind, entspricht der Kreidezeit auf der Erde. Ich werde auch diskutieren, wie die gegenwärtigen Monde wahrscheinlich aus Trümmern entstanden sind, die aus einer größeren Umlaufbahninstabilität resultieren, bei der die vorherige Generation von eisigen Monden zerstört wurde.

Sie fragen: „Werden diese Monde eines Tages miteinander kollidieren und zerstört werden?“ also die antwort ist Ja, zumindest die innere Gruppe. 62 (viele davon) zu haben, ist also nicht das Problem; der äußere Teil ist über Milliarden von Jahren stabil.


Die verschiedenen Monde befinden sich auf Umlaufbahnen, die meist weit mehr als 1 km von anderen Monden entfernt sind. Die Umlaufbahnen sind stabil, so dass die Monde einfach auf derselben Umlaufbahn um Saturn herumlaufen. Die Monde sind so weit voneinander entfernt, dass sie einen vernachlässigbaren Einfluss der Gravitation auf andere Monde haben. So kommen sich die Monde nie nahe und kollidieren nicht. Es gibt Monde wie Daphnis und Atlas, die 1000 km voneinander entfernt sein können, aber sie sind sehr klein. Keine Monde kommen in einem Umkreis von 1 km zueinander.

Davon gibt es einige Ausnahmen: Janus und Epimetheus kreisen in nahezu gleicher Entfernung vom Saturn. Wenn sie so blieben, würden sie innerhalb von etwa 4 Jahren ineinander kollidieren. Wenn jedoch ein Mond den anderen einholt, wird er nach vorne gezogen, wodurch er sich herausbewegt und langsamer wird. Den anderen Mond nach innen und schneller bewegen lassen. Die beiden Monde tauschen im Wesentlichen ihre Umlaufbahnen. Obwohl zwischen den Umlaufbahnen nur etwa 50 km liegen, nähern sich die beiden Monde nie näher als 10000 km, so dass keine Kollisionsgefahr besteht.

Mondkollisionen können stattfinden, eine Theorie über den Ursprung der Ringe ist, dass sie aus einem Mond entstanden sind, der entweder durch eine Kollision oder durch die Schwerkraft des Saturns aufgebrochen ist (dies ist nicht die beliebteste oder neueste Theorie). Kollisionen wurden noch nie beobachtet, und es werden auch keine Vorhersagen für so lange wie wir vorhersagen können.

Denken Sie daran, dass einige der 62 Monde extrem klein sind: einige Dutzend Meter im Durchmesser, und es gibt keine klare Trennung zwischen "kleiner Mond" und "großer Ringmaterialklumpen".


Werden die Saturnmonde zerstört? - Astronomie

Saturnmond Mimas [Kredit: Cassini-Mission]

Jeder kennt die schönen Ringe des Saturn, aber das ist nicht alles, was den Planeten umkreist. Es hat auch einige erstaunliche Monde.

Saturn hat mindestens 82 Monde, aber die meisten von ihnen sind winzig.
Wenn Sie die Masse aller Saturnmonde und -ringe addieren, hat Titan 96% der Gesamtmasse. Arme Rhea, Iapetus, Dione, Tethys, Enceladus und Mimas teilen sich weniger als 4%. Und die anderen 75 plus die Ringe? Übrig bleiben 0,04 %.

Titan könnte ein Planet sein, wenn er die Sonne statt Saturn umkreist.
Titan [TYE-tun] ist größer als der Planet Merkur. Es ist auch der einzige Mond im Sonnensystem mit einer dicken Atmosphäre. Titan und Erde sind die einzigen Körper des Sonnensystems mit Stickstoffatmosphären und Oberflächenflüssigkeit. Titans Seen sind jedoch flüssiges Methan, kein Wasser.

Rhea hat einen Sauerstoff Exosphäre – das ist eine wirklich sehr dünne Atmosphäre.
Es gab einige Aufregung im Jahr 2010, als die NASA bekannt gab, dass Rhea [REE-uh] eine Sauerstoff-Kohlendioxid-Atmosphäre hat. Aber lassen Sie uns hier klar sein. Titan hat eine Atmosphäre. Rhea hat eine Exosphäre, die so dünn ist, dass sie fünf Billionen Mal dünner ist als die Erdatmosphäre.

Eine Hälfte von Iapetus ist zehnmal heller als die andere Hälfte.
Iapetus [ee-AP-eh-tus] sieht seltsam aus. Stellen Sie sich einen Globus vor, der durch eine Linie geteilt wird, die den Nord- und Südpol umkreist. Jede Hälfte ist eine Halbkugel. Der Saturnmond Iapetus hat wie unser Mond immer die gleiche Seite, die dem Planeten zugewandt ist. Das bedeutet, dass auf seiner Umlaufbahn immer eine Hemisphäre führt. Die führende Hemisphäre von Iapetus ist dunkel wie Kohle. Die andere Hemisphäre ist zehnmal heller.

Dione ist von hinten nach vorne.
Die Vorderseite eines Mondes bekommt mehr Krater, weil er während der Mondumlaufbahn in Weltraumfelsen läuft. Aber die Rückseite von Dione [dye-ON-ee], die geschützt werden sollte, ist stärker verkratert als die Vorderseite. Eine Kollision hat es wahrscheinlich umgedreht, aber niemand ist sich sicher, was passiert ist.

Tethys besteht aus Eis.
Saturnmonde enthalten viel Eis. Tethys [TEETH-iss] besteht fast vollständig aus gefrorenem Wasser und mit einer Oberfläche auch fast vollständig aus Eis. Das macht es sehr reflektierend. Wenn er die Erde umkreisen würde und dort wäre, wo unser Mond ist, würden wir einen Körper von der Größe des Mondes sehen, aber viel, viel heller.

Enceladus hat Eisvulkane und einen versteckten Ozean.
Enceladus (en-SELL-uh-dus) ist einer von vier Sonnensystemkörpern, die wir ausbrechen sehen. Es hat viele Vulkane am Südpol. Das sind nicht die Art von Vulkanen, die wir auf der Erde haben, die heiße Lava ausstoßen. Sie heißen Kryovulkane was "kalte Vulkane" bedeutet. Sie stoßen Flüssigkeiten und Dämpfe wie Wasser, Methan oder Ammoniak aus.

Mimas ist der kleinste bekannte runde Körper im Sonnensystem.
Die Schwerkraft wirkt auf die Materie. Die Menge an Materie in einem Körper ist seine Masse. Wenn es genug Masse hat, zieht es die Schwerkraft in eine Kugel (Kugel). Die größeren Saturnmonde sind abgerundet, die kleinen jedoch nicht. Mimas (MY-Masse) ist der kleinste natürliche Körper, den wir kennen, der rund ist. Little Mimas wurde ebenfalls stark angegriffen und ist stark mit Kratern übersät. Obwohl sein Durchmesser nur 400 km (250 Meilen) beträgt, hat er einen Einschlagskrater von 140 (87 Meilen) Durchmesser.

Einige der Saturnringe haben Hirtenmonde.
Hirten hüten Schafe und Hirtenmonde hüten Ringe! Einige kleine Monde haben Umlaufbahnen auf einer Seite eines Rings und ihre Anziehungskraft hilft, die Ringformen und die Lücken zwischen ihnen aufrechtzuerhalten.

Christiaan Huygens entdeckte 1655 den größten Saturnmond Titan.
Die Sonde Huygens der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) landete am 14. Januar 2005 auf Titan. Sie war der erste Lander, der im äußeren Sonnensystem landete.

Jean Dominique Cassini entdeckte zwischen 1671 und 1684 vier der Saturnmonde.
Die NASA-Raumsonde Cassini ging am 1. Juli 2004 in die Umlaufbahn um Saturn, um Saturn und seine Ringe und Monde zu untersuchen. Neben der eigenen Erforschung des Saturn und seines Systems trug die Sonde auch die Huygens-Sonde zum Saturn.

Bis zum 19. Jahrhundert hatte keiner der Saturnmonde einen Namen.
Von der Zeit an, als Huygens Titan fand, dauerte es fast zweihundert Jahre, um die Monde zu benennen. Der englische Astronom John Herschel schlug 1847 Namen für die Monde vor. Bis dahin hatten sie nur römische Ziffern, also war Titan Saturn I. In der griechischen Mythologie war Saturn Cronus, der Herrscher der älteren Götter, der Riesen, die Titanen genannt wurden. Herschel nannte den größten Mond Titan. Er gab den anderen Monden die Namen der Titanen. Seitdem sind den Astronomen die Titanen und griechischen Mythen ausgegangen, so dass sie jetzt andere Mythologien für die neuen Entdeckungen verwenden.

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Nehmen Sie Saturn ins Visier

Der prächtige Ringplanet Saturn, das Juwel in der Krone des Sonnensystems, tritt in der Nacht vom 20. auf den 21. Juli in Opposition. Ungefähr zu dieser Zeit bietet das beringte Wunder seine besten Beobachtungsbedingungen für 2020, da es die ganze Nacht über beobachtbar ist. Saturn tritt etwa alle 378 Tage in Opposition, also tritt die Opposition jedes Jahr etwa zwei Wochen später auf.

Saturn, das beringte Wunder, aufgenommen am 19. April 2020. Die Ringe sind noch gut geöffnet und um einen Winkel von 21,6 Grad zu uns geneigt. Der Nordpol des Planeten ist zu sehen. Bild: Damian Peach/Chilescope-Team.

Wenn man sie befragt, bewerten die meisten Astronomen Saturn als den verführerischsten aller Planeten durch das Okular, da es in unserem Sonnensystem einzigartig ist, ein wunderbares System von Ringen zu beherbergen, die selbst durch ein kleines Teleskop leicht zu sehen sind. Mars, der rote Planet, mag der verlockendste Planet sein, der Beobachter geduldig warten lässt, bevor er seine Geheimnisse preisgibt, und Jupiter der regelmäßig lohnendste Planet, aber wenn Sie sehen, wie Saturn durch ein leistungsstarkes Okular von a Teleskop mit mittlerer bis großer Apertur, Sie werden schwören, dass nichts an den Nervenkitzel heranreicht.

Das Ringelwunder leuchtet mit einer Helligkeit von +0,1 heller als alle derzeit am Himmel sichtbaren Sterne außer Arcturus, Vega und Capella. Es wird jedoch von der Brillanz von Jupiter überschattet, seinem anderen Gasriesenplaneten, der nur sieben Grad westlich liegt. Sie können die 18,5 Bogensekunden große Scheibe des Saturn (oder mit den Ringen fast 42 Bogensekunden) möglicherweise durch ein montiertes, großes bildstabilisiertes Fernglas, aber ein kleines Teleskop (

80 mm) bei 50-facher Vergrößerung sollte die Arbeit schnell erledigen. Wenn Sie die Saturnscheibe auflösen können, sollten Sie feststellen, dass sie keine perfekte Kugel ist, sondern wie Jupiter eine deutlich abgeflachte oder abgeflachte.

Wie Jupiter zeigt Saturn dunkle Gürtel und hellere Zonen. Er liegt jedoch doppelt so weit von der Sonne entfernt wie sein anderer Gasriese, sodass er viel weniger Energie erhält, um seine Atmosphäre zu beleben, was zu einem viel subtileren Effekt führt. Die verblüffend guten Amateurbilder von heute zeigen ihr wahres Ausmaß, aber während Saturn in einer so enttäuschenden Höhe liegt, wird wahrscheinlich nur ein äquatorialer Gürtel und eine dunkle Polarhaube visuell zu sehen sein.

Wann muss man danach suchen

In der Nacht vom 20. auf den 21. Juli geht Saturn gegen 21 Uhr MESZ von London aus auf, gerade als die Sonne untergeht. Gegen 23 Uhr MESZ (Mitternacht MESZ von Edinburgh) weicht das anhaltende Leuchten der Sonne am nordnordwestlichen bis nordwestlichen Himmel, manifestiert in der scheinbar endlosen, anhaltenden Dämmerung, einer praktikablen Dunkelheit (das Ende der astronomischen Dämmerung). Zu dieser Zeit liegt Saturn fast 12 Grad über dem südöstlichen Horizont, zwischen den Sternen des weitesten Westens des Schütze, dem spektakulären südlichen Sternbild. Zusammen mit Jupiter ist das unverwechselbare Paar mit bloßem Auge leicht zu erkennen, wenn Sie über einen ununterbrochenen südlichen Horizont schauen.

Saturn befindet sich in der Nacht vom 20. auf den 21. Juli in Opposition, wenn er in der Nähe von Jupiter, tief unter den Sternen des Schützen, gesehen wird. Alle AN-Grafiken von Greg Smye-Rumsby.

Saturn durchquert den südlichen Meridian (der seinen Höhepunkt erreicht oder seinen höchsten Punkt über dem lokalen Horizont erreicht) kurz nach 1 Uhr MESZ, nachdem er auf eine Höhe von knapp 18 Grad (14 Grad, von Edinburgh um 1.20 Uhr MESZ) geklettert ist. Während es für Beobachter in mittleren nördlichen Breiten (einschließlich Großbritanniens) so niedrig am Nachthimmel platziert ist, ist es am besten, es innerhalb einer Stunde oder so nach dem Höhepunkt zu beobachten. Sie werden keine so gute Sicht haben wie wenn der Planet viel höher am Himmel steht, aber in Momenten mit gleichmäßigerem Sehen werden Sie vielleicht überrascht sein, was Sie sehen oder sich vorstellen können.

Am Ende des Monats ist Saturn gegen 22:00 Uhr MESZ zu sehen und erreicht gegen 12.20 Uhr MESZ seinen Höhepunkt.

Sehen Sie die majestätischen Ringe des Saturn

Die überwältigende Beobachtungsattraktion des Saturn ist sein atemberaubendes Ringsystem. Von der Erde aus sind drei verschiedene große Ringe zu sehen, die den Äquator des Saturn umgeben. Der äußere Ring, Ring A, wird von seinem äußeren Rand zu etwa 20 Prozent durch die schwer fassbare 325 Kilometer breite Encke-Lücke oder Teilung geteilt. Der mittlere Ring, Ring B, ist der breiteste (Breite 25.500 km) und hellste Ring und wird von Ring A durch die berühmte 3.000 Kilometer breite Cassini-Division getrennt. Im Inneren von Ring B befindet sich der dunkle und sehr schwache Ring C oder Crêpe-Ring. Die Ringe bestehen überwiegend aus Wasser-Eis mit einem gewissen Gesteinsanteil, wobei die einzelnen Partikel von Mikrometer- bis Metergröße reichen.

So erkennen Sie die Merkmale der atemberaubenden Ringe von Saturn.

Ein riesiges Teleskop ist nicht erforderlich, um die Ringe zu sehen, denn ein kleines bis mittelgroßes Teleskop – etwa in der 70-150-mm-Klasse – hat genug Kraft, um feine Ansichten zu ermöglichen, und macht dieses magische Anblick für jeden zugänglich. Bei der diesjährigen Opposition sollte das Auflösungsvermögen eines 150-mm-Teleskops (sechs Zoll) ausreichen, um die Cassini-Division zu sehen, aber ein 250-mm-Zielfernrohr (zehn Zoll) kann erforderlich sein, um die Encke-Lücke zu erschließen. Ring C ist in den besten Zeiten ein notorisch schwieriges visuelles Ziel. Achten Sie auch auf das faszinierende Auftreten des „Oppositionseffekts“, auch bekannt als Seeliger-Effekt, einer dramatischen Aufhellung der Ringe für einige Tage auf beiden Seiten der Opposition.

Der sich ändernde Winkel des Rings

Die Ringe bieten Jahr für Jahr einen wechselnden Aspekt. In Intervallen von 13,75 und 15,75 Jahren durchläuft die Erde abwechselnd die Ebene der Ringe, und wenn die Ringe von der Erde aus sichtbar sind, werden sie sehr nahe oder genau an der Kante unserer Sichtlinie präsentiert. Das letzte Mal, dass eine sogenannte Ringebenenkreuzung stattgefunden hat, war 2009 und die Ringe waren vor nicht allzu langer Zeit, im Jahr 2017, das letzte Mal vollständig geöffnet (um etwa 26 bis 27 Grad zu uns geneigt).

Der Aspekt der Saturnringe ist nicht in Stein gemeißelt. Jahr für Jahr ist es einfach, ihrer Neigung zu folgen, wenn sie sich öffnen und schließen. Im Jahr 2020 sind die Ringe und der Nordpol des Planeten um 21,6 Grad zu uns geneigt (siehe Bild oben). Bis 2022 werden sich die Ringe auf dem Weg zu einer Edge-On-Präsentation durch die Ringebenenkreuzung von 2025 deutlich geschlossen haben. Danach beginnen sich die Ringe zu öffnen, wobei jetzt der Südpol des Planeten zu sehen ist. Bis 2028 wird die Ringneigung ein ähnliches Ausmaß haben wie jetzt.

Seitdem schließen sich die Ringe. Derzeit sind sie zusammen mit dem Nordpol des Planeten um ziemlich gesunde 21,6 Grad zu uns geneigt. Die nächste Überquerung der Ringebene findet im März 2025 statt, aber Saturn liegt dann zu nahe an der Sonne, um sichtbar zu sein.

Beobachten Sie die Mondfamilie des Saturn

Sieben von Saturns beeindruckendem Gefolge von 62 Monden können mit Amateurinstrumenten beobachtet werden, wenn der Planet am besten am Nachthimmel steht. Titan, sein Riesenmond, der zweitgrößte Satellit im Sonnensystem, leuchtet mit einer Helligkeit von +8,4 und ist während seiner 15,94-tägigen Umlaufbahn um Saturn durch ein kleines Teleskop in dieser Opposition sichtbar. In Opposition liegt es nahe oder an seiner größten östlichen Ausdehnung.

Sieben der Saturnmonde sind normalerweise für Teleskope in Amateurgröße zugänglich. Hier sind ihre Positionen in der Nacht der Opposition. Wie viele kannst du erkennen?

Iapetus, der drittgrößte Mond des Saturn, ist ein sehr merkwürdiges Objekt, das zwei sehr unterschiedliche Hemisphären zeigt. Die vordere Seite ist dunkel, während die folgende Seite hell ist, was dazu führt, dass sie über zwei Größenordnungen heller erscheint (Magnitude +10,5-12,7), wenn ihre hellere Seite uns zugewandt ist (wenn sie in der größten westlichen Ausdehnung vom Saturn liegt und nicht in der größten östlichen Ausdehnung) ). In dieser Opposition liegt Iapetus auf der östlichen Seite seiner Umlaufbahn.

Rhea leuchtet mit einer Helligkeit von +9,7 und umkreist seinen Elternteil in 4,5 Tagen, während Dione mit einer Helligkeit von 10,4 etwas schwächer ist und mit einer Umlaufzeit von 2,7 Tagen näher am Saturn liegt. Tethys liegt mit einer Periode von 1,88 Tagen noch näher und konkurriert mit Dione in der Helligkeit. Siehe die Grafik hier für die Positionen der großen Saturnmonde in der Oppositionsnacht.


Saturn’s Rings Gebildet von Large Moon’s Zerstörung

Die Bildung der Saturnringe ist eine der klassischen, wenn nicht gar ewigen Fragen der Astronomie. Aber ein Forscher hat eine provokative neue Theorie aufgestellt, um diese Frage zu beantworten. Robin Canup vom Southwest Research Institute hat Beweise dafür gefunden, dass die Ringe von einem großen Mond in Titangröße stammten, der zerstört wurde, als er sich in einen jungen Saturn verwandelte.

Im Laufe der Jahre haben sich verschiedene Theorien darüber entwickelt, wie sich die Ringe um den Saturn herum gebildet haben. Die beiden führenden Theorien beziehen sich auf einen kleinen Mond, der durch Meteoriteneinschläge zerschmettert wurde, oder die Gezeitenstörung eines Kometen, der Saturn zu nahe kommt.

Aber die Hauptringe des Saturn bestehen zu etwa 90 Masse-% aus Wassereis, und da der Beschuss der Ringe durch Mikrometeoroiden ihren Gesteinsgehalt im Laufe der Zeit erhöht, sagte Canup, dass die aktuelle Zusammensetzung der Ringe impliziert, dass sie bei ihrer Entstehung im Wesentlichen reines Eis waren.

Die Störung eines kleinen Mondes würde jedoch im Allgemeinen zu einem gemischten Fels-Eis-Ring führen, während Gezeitenstörungen von Kometen bei Jupiter, Uranus und Neptun viel häufiger auftreten würden als bei Saturn.

Neue Einblicke in die Natur der Saturnringe werden in diesem Panoramamosaik aus 15 Bildern enthüllt, die während der Tagundnachtgleiche des Planeten im August 2009 aufgenommen wurden. Bildnachweis: NASA/JPL/SSI

Darüber hinaus würde keine dieser Theorien die inneren Monde des Saturn erklären, deren Dichte so niedrig ist, dass sie ebenfalls aus fast reinem Eis bestehen müssen.

Canups neue alternative Theorie besagt, dass ein titangroßer Mond mit einem felsigen Kern und einem eisigen Mantel zu Beginn der Geschichte des Sonnensystems in den Saturn eintauchte. Gezeitenkräfte rissen einen Teil des eisigen Mantels ab und verteilten ihn in die Ringe. Aber der felsige Kern bestand aus haltbarerem Material, das zusammenhielt, bis es auf die Oberfläche des Saturns traf. "Das Endergebnis ist ein reiner Eisring", sagte Canup in einem Artikel in Nature.

Im Laufe der Zeit breitet sich der Ring aus und seine Masse nimmt ab, und es entstehen Eismonde. Aufgrund von Veränderungen im sich entwickelnden Saturn-System drehten sich diese “gespawnten” Monde dann eher nach außen als nach innen. Auf diese Weise entstehen Eisringe und eisverstärkte innere Monde als ursprüngliches Nebenprodukt desselben Prozesses, der das reguläre Satellitensystem des Saturn hervorbringt, was den gesamten Prozess einfacher macht, als wenn es mehrere Ereignisse gäbe.

Canup untersucht Formationsereignisse mit detaillierten Computersimulationen, einschließlich der Untersuchung der Entstehung unseres eigenen Mondes.

Sie präsentierte ihre Ergebnisse auf dem Treffen der American Astronomical Society’s Division for Planetary Science diese Woche in Pasadena, Kalifornien, und ihre Präsentation wurde in einem Artikel in Nature ausführlich beschrieben.


Moonlets erschaffen und zerstört in einem Ring von Saturn

Cassini entdeckte ebenso viele regelmäßige, schwache Klumpen in Saturns schmalem F-Ring (dem äußersten, dünnen Ring), wie die hier abgebildeten, wie die Voyager. Aber es sah kaum einen der langen, hellen Klumpen, die in Voyager-Bildern üblich waren. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/SSI

Es gibt ein anhaltendes Drama im Saturn-Ringsystem, das dazu führt, dass kleine Monde auf Zeitskalen geboren und dann zerstört werden, die in der Geschichte des Sonnensystems nur einen Augenzwinkern darstellen. Die Wissenschaftler des SETI-Instituts, Robert French und Mark Showalter, haben Fotos der NASA-Raumsonde Cassini untersucht und sie mit 30 Jahre alten Bildern der Voyager-Mission verglichen. Sie stellen fest, dass es einen deutlichen Unterschied im Aussehen eines der Ringe gibt, selbst über dieses kosmologisch kurze Intervall, ein Unterschied, der durch die kurze Strebe und den Bund kleiner Monde erklärt werden kann.

„Der F-Ring ist ein schmales, klumpiges Merkmal, das vollständig aus Wassereis besteht und direkt außerhalb der breiten, leuchtenden Ringe A, B und C liegt“, bemerkt French. "Es hat helle Flecken. Aber es hat sein Aussehen seit der Zeit der Voyager grundlegend verändert. Heute gibt es weniger der sehr hellen Klumpen."

Die hellen Flecken kommen und gehen im Laufe von Stunden oder Tagen, ein Rätsel, das die beiden Astronomen des SETI-Instituts gelöst zu haben glauben.

„Wir glauben, dass die leuchtendsten Knoten entstehen, wenn winzige Monde, nicht größer als ein großer Berg, mit dem dichtesten Teil des Rings kollidieren“, sagt French. "Diese Monde sind klein genug, um zu verschmelzen und dann in kurzer Zeit auseinanderzubrechen."

Der F-Ring befindet sich an einer besonderen Stelle im Ringsystem, in einer Entfernung, die als Roche-Grenze bekannt ist und nach dem französischen Astronomen Edouard Roche benannt wurde, der zuerst darauf hinwies, dass wenn ein Mond zu nahe an einem Planeten kreist, der Unterschied in der Gravitation auf seinem nahe und ferne Seite kann es auseinanderreißen. Dies geschieht in einer von der Masse des Planeten abhängigen Entfernung und befindet sich im Fall von Saturn zufällig am Ort des F-Rings. Folglich wird hier Material zwischen Yin und Yang eingeklemmt, um kleine Monde zu bilden und auseinanderzuziehen. Die fraglichen Monde sind normalerweise nicht größer als 5 km und können daher schnell zusammenkommen.

Diese chaotische Region wird durch Prometheus, einem Mond mit einer Größe von etwa 100 km, der genau innerhalb des F-Rings kreist, für zusätzliche Aufregung gesorgt. Alle 17 Jahre richtet sich Prometheus auf den F-Ring in einer Weise aus, die seinen gravitativen Einfluss auf die Partikel des Rings betont und die Bildung der Mini-Monde oder Mondchen auslöst.

"Diese neugeborenen Moonlets werden wiederholt durch den F-Ring krachen, wie Autoscooter, und produzieren helle Klumpen, wenn sie durch Materialspuren rasen", sagt Showalter. "Aber das ist selbstzerstörerisches Verhalten, und die Monde - gerade an der Roche-Grenze - sind kaum stabil und zersplittern schnell."

Dieses Szenario kann die schnelle Variation der Anzahl heller Klumpen im F-Ring erklären, aber ist es wahr? Wenn der periodische Einfluss von Prometheus das Zu- und Abnehmen der Klumpen verursacht, sollte ihre Prävalenz in den nächsten Jahren zunehmen, eine Vorhersage, die die Astronomen mit Cassini-Daten überprüfen werden.

Neben dem Drama der Monde, die weniger als ein Menschenleben lang kommen und gehen, geben Studien des Ringsystems Einblicke in den Aufbau von Sonnensystemen im Allgemeinen.

"Die Art der Prozesse, die um den Saturn herum ablaufen, sind denen sehr ähnlich, die hier vor 4,6 Milliarden Jahren stattfanden, als die Erde und die anderen großen Planeten entstanden", bemerkt French. "Es ist ein wichtiger Prozess zu verstehen."

Diese Forschung wurde in der Online-Ausgabe der Zeitschrift veröffentlicht published Ikarus am 15. Juli 2014.


Saturns Ringe könnten zerfetzte Monde sein

Dieses Bild der Saturnringe wurde am 12. August 2017 von der NASA-Raumsonde Cassini aufgenommen. Cassinis Daten zeigen nun, dass die Ringe relativ jung sind – höchstens einige hundert Millionen Jahre alt.

JPL-Caltech/NASA, Institut für Weltraumwissenschaften

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24. Januar 2018 um 6:45 Uhr

NEW ORLEANS, LA. — Die ikonischen Ringe des Saturn sind eine neue Ergänzung. Zu diesem Schluss kommen Astronomen nun, nachdem sie die letzten Daten analysiert haben, die letztes Jahr von der Raumsonde Cassini gesammelt wurden. Das Schiff flog letztes Jahr zwischen dem Planeten und seinen Ringen, bevor es im vergangenen September in der Atmosphäre des Gasriesen in den Tod stürzte. Die Ringe sind wahrscheinlich jung, nur wenige hundert Millionen Jahre alt. Und sie wirken auch weit weniger massiv als bisher angenommen.

Solche Funde deuten darauf hin, dass die Ringe wahrscheinlich die Überreste von mindestens einem inzwischen verstorbenen Mond sind. Frühere Schätzungen hatten darauf hingewiesen, dass diese Ringe möglicherweise uralte Überbleibsel von dem Material waren, das den Planeten gebildet hatte.

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Wissenschaftler teilten ihre neuen Einschätzungen am 12. und 13. Dezember hier auf der Herbsttagung der American Geophysical Union mit.

Jahrzehntelang rätselten Wissenschaftler über Alter und Herkunft der Saturnringe. Der Planet entstand vor etwa 4 Milliarden Jahren. Hätten sich seine Ringe zu dieser Zeit gebildet, hätte ein ständiges Bombardement von Trümmern aus dem weiter entfernten Sonnensystem die eisigen Bänder dunkler erscheinen lassen, als sie sind. Wissenschaftler hielten die Ringe jedoch für zu schwer, um sich in jüngerer Zeit gebildet zu haben. Das liegt daran, dass weniger Material verfügbar gewesen wäre als in der Jugend des Sonnensystems (aus dem Saturn diese Ringe zusammenziehen konnte).

Cassinis letzte Umlaufbahnen könnten das Problem gelöst haben. Im Vorfeld des Missionsendes flog Cassini 22 Mal zwischen Saturn und seinen Ringen hin und her. Diese waghalsigen Bewegungen ermöglichten es Astronomen, den Unterschied im Gravitationsschleppen der Sonde von Saturn allein und von den Ringen und dem Planeten zusammen zu messen.

Diese Messungen ergaben, dass der B-Ring – der 80 Prozent der Gesamtmasse der Ringe ausmacht – etwa 15 Milliarden Kilogramm (33 Milliarden Pfund) beträgt. Das ist das 0,4-fache der Masse von Saturns innerstem Mond Mimas (My-mus), berichtete Luciano Iess bei dem Treffen. Iess ist Planetenwissenschaftler in Italien an der Universität Sapienza in Rom.

Das ist leicht genug, um jung zu sein, stimmt Larry Esposito zu. Er hatte schon lange vorgeschlagen, dass die Ringe alt sein müssten. Esposito ist Planetenforscher an der University of Colorado Boulder. An der neuen Arbeit war er nicht beteiligt, aber das Thema war ihm wichtig. 1983 schätzte er die Masse der Ringe – und erhielt eine ähnliche Antwort auf die neue – anhand von Daten der Raumsonde Voyager. „Aber ich dachte immer, das sei eine Unterschätzung“, sagt er über diese früheren Daten. "Ich bin enttäuscht, dass sie nicht massiver sind."

Iess bemerkte, dass Cassini von einer zusätzlichen Gravitationskraft angetrieben wurde, die immer noch nicht erklärt wurde. Das bedeutet, dass der B-Ring tatsächlich so massiv wie zwei Mimases sein könnte. Aber das ist immer noch leichter, als Esposito gehofft hatte.

Staub, der auf die Ringe regnet, unterstützt auch die Jugend der Ringe, berichtete Sascha Kempf am 13. Dezember. Er ist Planetenforscher an der University of Colorado Boulder. Kempf und seine Kollegen verwendeten alle Trümmer, die Cassinis Staubzählinstrument seit der Ankunft der Raumsonde auf dem Saturn im Jahr 2004 entdeckt hatte. Diese zeigten, dass die immer noch hellen Ringe zu viel Staub sammeln, um ihren jugendlichen Glanz für Milliarden von Jahren zu behalten.

„Unsere Daten deuten darauf hin, dass der Ring nur ein Verschmutzungsalter von einigen hundert Millionen Jahren oder so haben kann.“ Kempf resümiert: „Die Ringe sind jung.“

Zusammengenommen sprechen die beiden Ergebnisse „wirklich für junge Ringe“, stimmt Esposito zu. "Das hat mich auf den ersten Platz zurückgeschickt."

Rätsel der Ringe

Wie sich die Ringe bildeten, bleibt ein Rätsel. Espositos beste Vermutung ist, dass ein einzelner Mond etwa die Hälfte der Masse von Mimas vor etwa 200 Millionen Jahren zerrissen wurde. Dieses perfekte Timing ist ungefähr so ​​wahrscheinlich, wie der Jackpot in Las Vegas, Nevada, zu knacken, sagt er. „Wir haben einfach das große Glück, intelligentes Leben auf der Erde entwickelt und während der 200 Millionen Jahre, in denen es Ringe um ihn hat, eine Raumsonde zum Saturn gestartet zu haben“, sagt er.

Paul Estrada vom SETI Institute in Mountain View, Kalifornien, arbeitete mit Kempf an der neuen Analyse. Er glaubt, dass die Ringbildung kein einmaliges Ereignis sein könnte. Stattdessen könnte Saturn Zyklen von Monden und Ringen durchlaufen. Matija Ćuk arbeitet auch am SETI-Institut. 2016 berechneten er und seine Kollegen, dass diese Bewegung das gesamte Mondsystem hätte destabilisieren können, wenn sich ein ehemaliger äußerster Saturnmond ein wenig nach innen bewegt hätte.

Wenn das passierte, hätte es die Monde in Umlaufbahnen zwingen können, wo die Schwerkraft des Saturn sie in den Staub zerfetzt hätte, der jetzt als Ringe umkreist. Diese Ringe könnten sich eines Tages zu Neumonden sammeln. Schließlich würden sie den ganzen Prozess noch einmal durchlaufen. Tatsächlich, so Estrada, „hätte dies viele Male passieren können“.

Machtwörter

Astronomie Der Bereich der Wissenschaft, der sich mit Himmelsobjekten, dem Weltraum und dem physikalischen Universum beschäftigt. Leute, die auf diesem Gebiet arbeiten, werden Astronomen genannt.

Atmosphäre Die Gashülle, die die Erde oder einen anderen Planeten umgibt.

Cassini Eine von der NASA entsandte Raumsonde zur Erforschung des Planeten Saturn Cassini wurde 1997 von der Erde aus gestartet. Es erreichte Saturn Ende 2004. Das Raumschiff umfasste eine Vielzahl von Instrumenten, die dazu gedacht waren, Saturnmonde, Ringe, Magnetfelder und Atmosphäre zu studieren.

Kollege Jemand, der mit einem anderen, einem Kollegen oder Teammitglied zusammenarbeitet.

Konstante Kontinuierlich oder ununterbrochen.

Trümmer Verstreute Fragmente, typischerweise von Müll oder von etwas, das zerstört wurde. Zu Weltraummüll gehören beispielsweise die Trümmer von ausgestorbenen Satelliten und Raumfahrzeugen.

Macht Ein äußerer Einfluss, der die Bewegung eines Körpers verändern, Körper nahe beieinander halten oder Bewegung oder Stress in einem ruhenden Körper erzeugen kann.

Gasriese Ein riesiger Planet, der hauptsächlich aus den Gasen Helium und Wasserstoff besteht. Jupiter und Saturn sind Gasriesen.

Schwere Die Kraft, die alles mit Masse oder Masse zu jedem anderen massereichen Ding anzieht. Je mehr Masse etwas hat, desto größer ist seine Schwerkraft.

Symbol (adj. ikonisch) Etwas, das ein anderes Ding repräsentiert, oft als ideale Version davon.

Masse Eine Zahl, die anzeigt, wie sehr sich ein Objekt der Beschleunigung und Verlangsamung widersetzt &ndash im Grunde ein Maß dafür, aus wie viel Materie dieses Objekt besteht.

Mimas Der kleinste und innerste Mond des Saturn. Seine kraterüberzogene Oberfläche bedeckt einen ovalen Körper mit einem Radius von weniger als 198 Kilometern (123 Meilen). Da Mimas nur wenig mehr 186.000 Kilometer über dem Saturn liegt, umkreist Mimas seinen Planeten einmal alle 22 Stunden und 36 Minuten. Der englische Astronom William Herschel entdeckte Mimas am 17. September 1789. Für bodengestützte Betrachter blieb es kaum mehr als ein Punkt, bis die Raumsonden Voyager I und II 1980 Fotos dieses Mondes zurückschickten.

Orbit Die gekrümmte Bahn eines Himmelsobjekts oder Raumfahrzeugs um einen Stern, Planeten oder Mond. Ein kompletter Umlauf um einen Himmelskörper.

Planet Ein Himmelsobjekt, das einen Stern umkreist, ist groß genug für die Schwerkraft, um es zu einer rundlichen Kugel zu zerquetschen und andere Objekte in seiner Orbitalumgebung aus dem Weg zu räumen.

Rest Etwas, das von einem anderen Stück von etwas übrig geblieben ist, aus einer anderen Zeit oder sogar einigen Merkmalen einer früheren Spezies.

Saturn Der sechste Planet außerhalb der Sonne in unserem Sonnensystem. Als einer der vier Gasriesen braucht dieser Planet 10,7 Stunden, um sich zu drehen (einen Tag zu vollenden) und 29 Erdenjahre, um eine Umlaufbahn um die Sonne zu vollenden. Es hat mindestens 53 bekannte Monde und 9 weitere Kandidaten, die auf Bestätigung warten. Aber was diesen Planeten am meisten auszeichnet, ist die breite und flache Ebene von sieben Ringen, die ihn umkreisen.

SETI Eine Abkürzung für Suche nach außerirdischer Intelligenz, was Leben auf anderen Welten bedeutet.

Sonnensystem Die acht großen Planeten und ihre Monde umkreisen unsere Sonne, zusammen mit kleineren Körpern in Form von Zwergplaneten, Asteroiden, Meteoroiden und Kometen.

Voyager-Raumschiff Zwei NASA-Missionen zur Durchführung von Nahaufnahmen von Jupiter, Saturn, Saturnringen und den größeren Monden der beiden großen planetarischen Gasriesen. Trotz ihres Namens startete die Voyager 2 am 20. August 1977. Voyager 1 startete 16 Tage später. Beide befinden sich am Rande des Sonnensystems und fliegen immer noch ins All.

Zitate

Treffen:​ L. Iess et al. Die dunkle Seite der Schwerkraft des Saturn. Treffen der American Geophysical Union, New Orleans, 12. Dezember 2017.

Treffen: P.Estradaet al. Ballistischer Transport: Gibt es nach dem großen Finale von Cassini einen endgültigen Konsens über die Herkunft und das Alter des Rings? Treffen der American Geophysical Union, New Orleans, 12. Dezember 2017.

Treffen: S. Kempf et al. Das Alter der Saturnringe wird durch den Meteoroidenfluss in das System eingeschränkt. Treffen der American Geophysical Union, New Orleans, 13. Dezember 2017.

Tagebuch: M. uk et al. Dynamischer Beweis für eine späte Bildung von Saturnmonden. Das Astrophysikalische Journal. vol. 820, 24. März 2016. doi: 10.3847/0004-637X/820/2/97.

Tagebuch: L. W. Espositoet al. Die Struktur der Saturnringe: Implikationen der Sternenbedeckung der Voyager. Ikarus. vol. 56, Dezember 1983, p. 439. doi: 10.1016/0019-1035(83)90165-3.

Über Lisa Grossmann

Lisa Grossman ist die Astronomie-Autorin. Sie hat einen Abschluss in Astronomie der Cornell University und ein Diplom in Science Writing der University of California, Santa Cruz. Sie lebt in der Nähe von Boston.

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Astronomie-Bild des Tages Index - Solar System: Saturn's Moons

APOD: 2006 February 15 - Rotating Titan in Infrared Light
Erläuterung: Titan is one of the strangest places in our Solar System. The only moon known with thick clouds, this unusual satellite of Saturn shows evidence of evaporating lakes created by methane rain. The clouds that make Titan featureless in visible light have now been pierced several times in infrared light by the robot Cassini spacecraft currently orbiting Saturn. These images have been compiled into the above time-lapse movie. Like Earth's Moon, Titan always shows the same face toward its central planet. It therefore takes Titan about 16 days to complete one rotation. Titan has numerous areas of light terrain with some large areas of dark terrain visible near the equator. Small areas of brightest terrain might arise from ice-volcanoes and have a high amount of reflective frozen water-ice. Titan's surface was imaged for the first time early last year by the Huygens probe, which survived for three hours on a cold and sandy dark region.

APOD: 2005 March 8 - Crater on Mimas
Erläuterung: Whatever hit Mimas nearly destroyed it. What remains is one of the largest impact craters on one of Saturn's smallest moons. The crater, named Herschel after the 1789 discoverer of Mimas, Sir William Herschel, spans about 130 kilometers and is pictured above in the dramatic light of its terminator. Mimas' low mass produces a surface gravity just strong enough to create a spherical body but weak enough to allow such relatively large surface features. Mimas is made of mostly water ice with a smattering of rock - so it is accurately described as a big dirty snowball. The above image was taken during the 2005 January flyby of the robot spacecraft Cassini now in orbit around Saturn.

APOD: 2005 September 6 - Fresh Tiger Stripes on Saturns Enceladus
Erläuterung: The tiger stripes on Saturn's moon Enceladus might be active. Even today, they may be spewing ice from the moon's icy interior into space, creating a cloud of fine ice particles over the moon's South Pole and creating Saturn's mysterious E-ring. Recent evidence for this has come from the robot Cassini spacecraft now orbiting Saturn. Cassini detected a marked increase in particle collisions during its July flyby only 270 kilometers over a South Polar region of Enceladus. Pictured above, a high resolution image of Enceladus is shown from the close flyby. The unusual surface features dubbed tiger stripes are visible on the left in false-color blue. Why Enceladus is active remains a mystery, as the neighboring moon Mimas, approximately the same size, appears quite dead.

APOD: 2006 May 30 - Ancient Craters on Saturn's Rhea
Erläuterung: Saturn's ragged moon Rhea has one of the oldest surfaces known. Estimated as changing little in the past billion years, Rhea shows craters so old they no longer appear round their edges have become compromised by more recent cratering. Like Earth's Moon, Rhea's rotation is locked on Saturn, and the above image shows part of Rhea's surface that always faces Saturn. Rhea's leading surface is more highly cratered than its trailing surface. Rhea is composed mostly of water-ice but is thought to have a small rocky core. The above image was taken by the robot Cassini spacecraft now orbiting Saturn. Cassini swooped past Rhea two months ago and captured the above image from about 100,000 kilometers away. Rhea spans 1,500 kilometers making it Saturn's second largest moon after Titan. Several surface features on Rhea remain unexplained including large light patches.

APOD: 2006 January 3 - Dark Terrain on Saturns Iapetus
Erläuterung: Why are vast sections of Iapetus as dark as coal? No one knows for sure. Iapetus, the third largest moon of Saturn, was inspected again as the Saturn-orbiting robot Cassini spacecraft swooped past the enigmatic world again late last year. The dark material covers most of the surface visible in the above image, while the small portion near the top that appears almost white is of a color and reflectance more typical of Saturn's other moons. The unknown material covers about half of the 1,500 kilometer wide moon. The material is so dark that it reflects less than five percent of incident sunlight, yet overlays craters indicating that it was spread after the craters were formed. Iapetus has other unexplained features. The bright part of Iapetus is covered with unexplained long thin streaks. The orbit of Iapetus is also unusual, being tilted to the plane of Saturn's orbit by an unusually high fifteen degrees. A strange ridge about 13 kilometers high crosses much of Iapetus near the equator and is visible near the bottom. Oddly, this ridge is almost exactly parallel with Iapetus' equator. The exact shape of Iapetus remains undetermined, but images indicate that it is quite strange -- something like a walnut. Research into the formation and history of mysterious Iapetus is active and ongoing.

APOD: 2005 October 12 - Cratered Cliffs of Ice on Saturns Tethys
Erläuterung: The surface of Saturn's moon Tethys is riddled with icy cliffs and craters. The most detailed images ever taken of Tethys were captured late last month as the robot Cassini spacecraft swooped past the frozen ice moon. The above image was taken from about 32,000 kilometers distant and shows a jagged landscape of long cliffs covered with craters. At the bottom of many craters appears some sort of unknown light-colored substance, in contrast to the unknown dark substance that appears at the bottom of Saturn's moon Hyperion. Tethys is one of the larger moons of Saturn, spanning about 1,000 kilometers across. The density of Tethys indicates a composition almost entirely of water ice. Tethys is thought to have been predominantly liquid sometime in its distant past, creating some of its long ice-cliffs as it cracked during freezing.

APOD: 2005 October 26 - 4500 Kilometers Above Dione
Erläuterung: What does the surface of Saturn's moon Dione look like? To find out, the robot Cassini spacecraft currently orbiting Saturn flew right past the fourth largest moon of the giant planet earlier this month. Pictured above is an image taken about 4,500 kilometers above Dione's icy surface, spanning about 23 kilometers. Fractures, grooves, and craters in Dione's ice and rock are visible. In many cases, surface features are caused by unknown processes and can only be described. Many of the craters have bright walls but dark floors, indicating that fresher ice is brighter. Nearly parallel grooves run from the upper right to the lower left. Fractures sometimes across the bottom of craters, indicating a relatively recent formation. The lip of a 60-kilometer wide crater runs from the middle left to the upper center of the image, while the crater's center is visible on the lower right. Images like this will continue to be studied to better understand Dione as well as Saturn's complex system of rings and moons.


Moon sweeps by Saturn and Jupiter May 3-5

As the Eta Aquariid meteor shower picks up steam these next several mornings – May 3, 4 and 5, 2021 – watch for the waning moon to sweep past the ringed planet Saturn and then the giant planet Jupiter. On May 3, the moon passes due south of Saturn, to stage a conjunction, only a few hours before the moon reaches its half-illuminated last quarter phase. A little over one day after the moon-Saturn conjunction, the moon will sweep due south of the king planet Jupiter. Meanwhile, as for Neptune, although we show you its location on our chart above, it is not visible to the eye.

Here’s some astronomy jargon for you. Technically speaking, the moon is said to be at dichotomy when it appears half-illuminated to us, yet at quadrature when the moon is 90 degrees from the sun on the sky’s dome. The two events (dichotomy and quadrature) fast happen concurrently, at least as far as the moon is concerned, at the first or last quarter phase. A half-illuminated last quarter moon is synonymous with west quadrature, that is, with the moon being 90 degrees west of the sun. In common usage, many think of dichotomy and quadrature as synonymous. Yet did you know that a quarter moon is always a tiny bit more than 50% illuminated? It is around 50.13% illuminated at the last quarter phase, such a small amount more than 50% that the difference isn’t visually discernible.

The moon reaches its last quarter phase (west quadrature, or 90 degrees west of the sun) on May 3. Not to be outdone, Saturn reaches west quadrature on this date as well. Thus we see the moon near Saturn in the sky. At quadrature, the sun-Earth-Saturn angle equals 90 degrees, with Earth residing at the vertex of this angle. Unlike the moon, Saturn does not appear even close to half-illuminated at quadrature. That’s because Saturn is a superior planet (orbiting outside of Earth’s orbit), and all superior planets always appear full or nearly full, never half-illuminated, as seen from Earth.

For some telescope enthusiasts, Saturn at quadrature (90 degrees west of the sun) is a celebrated event. That’s because Saturn’s shadow appears maximally sideways from Saturn at quadrature, providing the best view of Saturn’s shadow crossing its glorious rings.

Jupiter will reach west quadrature this month, too, on May 21. For some telescope aficionados, Jupiter at quadrature counts as a big thrill because, as with Saturn, that’s when Jupiter’s shadow points most sideways of Jupiter. This is the best time to watch Jupiter’s moons – Io, Europa, Ganymede and Callisto – being eclipsed in Jupiter’s shadow. Learn more about Jupiter’s moons via SkyandTelescope.org.

Not to scale! The illustration shows the moon at dichotomy as seen from Earth, and Earth at quadrature as seen from the moon. The moon resides at the vertex of the right angle. However, when it’s the Earth that resides at the vertex of the right angle, then it’s the moon that’s at quadrature as viewed from the Earth, and the Earth that’s at dichotomy as seen from the moon.

The moon is exactly half-illuminated at dichotomy, yet a tiny bit more than half-illuminated at quadrature (quarter moon). The moon always reaches dichotomy (50% illumination) a short while before its first quarter phase and the moon always reaches its last quarter phase shortly before dichotomy. Depending on the month, the time period between dichotomy and quadrature can vary anywhere from about 15 to 21 minutes.

When the moon is at quadrature (quarter phase) in Earth’s sky, then it’s the Earth that’s at dichotomy in the moon’s sky. The converse is also true: When the Earth is at quadrature (quarter phase) in the moon’s sky, then it’s the moon that’s at dichotomy in Earth’s sky.

Unlike superior planets, the inferior planets – planets orbiting the sun inside of Earth’s orbit – display dichotomy at certain points in their orbits. Yet, the inferior planets (Mercury and Venus) never reach quadrature in Earth’s sky, as superior planets do. Inferior planets never go as far as 90 degrees from the sun. At most, Mercury swings 28 degrees from the sun in Earth’s sky and Venus 47 degrees.

Bird’s-eye view of a superior planet at quadrature as seen from the north side of the solar system. From this perspective, Earth and Mars orbit the sun counterclockwise. When Mars is at quadrature, the sun, Earth and Mars make a right angle in space, with Earth residing at the vertex of this angle. Because Earth is an inferior planet as seen from Mars, Earth is at or near its greatest elongation from the sun.

Bottom line: Watch for the waning moon to swing to the south of the ringed planet Saturn and then south of the king planet Jupiter around May 3, 4 and 5, 2021. The moon and Saturn both reach west quadrature on May 3, whereas Jupiter’s west quadrature will come on May 21, 2021.


SATURN: THE GAS GIANTS’ OUTER PLANET

The Cassini Mission was created to conduct an in-depth, up-close study of Saturn and its orbit. Cassini was launched in October 15, 1997 and was centred on Saturn. The mission finally arrived to Saturn on June 30, 2004. The instruments on board on Cassini spacecraft sent back valuable information will help scientists to get a better understanding about the mysterious and beautiful rings. The most important part of the mission after the launch was the Saturn orbit insertion. Cassini would make six targeted insertions of the four icy moons, Iapetus, Enceladus, Dione and Rhea. The spacecraft was the largest interplanetary one to date including the probe and the orbiter. Released from Cassini a Huygens (pictured to the right passing through the gap in the rings) probe which was contributed by a European Space Agency carrying eight other projects, this probe landed on Titan. It was used to measure particle temperatures, and it was also used to examine the physical properties, chemical composition and the structure of Titans atmosphere. The astronomers also used it to study clouds, winds and particles in the atmosphere. This was a way for them to explore the physical properties of Titans surface. [11]

Communication between Cassini and Earth happened through an antenna subsystem, and one high-gain antenna which the function of this antenna was to support the communication, but also to conduct some scientific experiments. And two low-gain antennas were used for emergency communication if high-gain was unavailable. Cassini instruments included the Cassini Plasma Spectrometer, which was a direct sensing instrument that measured energy. A Composite Infrared Spectrometer which was a remote sensing instrument that measured infrared waves coming from any objects in order to read their temperatures. A Cosmic Dust Analyzer which measured speed, size and direction of tiny dust grains by Saturn. An Imaging Science Subsystem, which captured images of visible light and infrared and ultraviolet images. Also, an Ion Neutral Mass Spectrometer that analyzed small charged particles. And a Dual Technique Magnetometer was used to measure the strength and direction of magnetic field that surrounds Saturn. [5]

One of the differences between Saturn and Earth is Saturn’s thunderstorm patterns. Scientists found that the energy output from Saturn differs in each hemisphere, with the southern portion radiating about 17% more than the northern. One is cloud cover, which has fluctuated greatly, and the window of this energy change. It does match with the changes in the seasons as well. But when compared to Voyager 1 data from the 80s, the energy change was far greater than then, possibly hinting at a positional variance or even a solar radiance change on Saturn’s cloud cover. [10] Of course, Cassini hasn’t just examined Saturn alone. The many wonderful moons of the gas giant were also examined in earnest and one in particular especially: Titan. As the final orbits came to an end, more data was gathered. Cassini got extremely close to Saturn and on August 13, 2017 it made its closest approach at the time at 1,000 miles above the atmosphere. [2]

Outline of the seven different rings (A-G):

In this section, there will be a brief overview of the rings and their order, including a diagram labelling each of the rings. They are named alphabetically in order of discovery. From innermost to outermost: D, C, B, A, F, G and E. D is way less dense compared to the rest of the rings and appears fainter.

Saturn’s moons:

In this section the moons Enceladus, Titan, Prometheus, Pan and newly discovered by Cassini, Daphnis will be discussed. Saturn has 62 discovered moons, and 53 of them are named. While exploring the surrounding of Saturn, Cassini uncovered two new moons orbiting Saturn, Methane and Polydeuces. One thing that Cassini found was about one of the many moons, Enceladus which was found to provide a large amount of the material for the E-ring because of the jets of liquid water erupting from its frozen exterior, which is thought to have a big reservoir of water beneath its surface that could in theory be a harbour for life. Cassini also discovered a global ocean with indications of hydrothermal activity within Enceladus. [6]

A discovery made about Saturn’s largest moon Titan was that it was found to be an astonishing floating rock in space, due to its methane clouds and methane rain that creates a surface filled with rivers and lakes. On April 22, 2017 Cassini did a final flyby of Titan where it began 22 dives between the planet and the rings, exploring a dangerous zone for the spacecraft, where it was possible for Cassini to be struck and destroyed by passing rocks or particles. Cassini flew between the outer part of the atmosphere and the inner zone of the rings, risking hitting particles or gas molecules, including a giant liquid methane lake. During this flyby interesting data was discovered about Titan’s organic chemistry, which was shown to be similar to the chemistry that was present on Earth before life began. The features of Titan are still not completely understood, but some features, such as the landscape are theorized as large upwellings of nitrogen bubbles. [14]

Saturn’s Rings:

Here we will discuss what was previously known about their origin and what Cassini discovered about them. The rings are made mostly of billions of water ice chunks varying in size and most are around 30 feet thick, but it is unclear exactly how they were created. To get a better understanding of the size and distribution of the rings, Cassini observed the way the light of distant stars changed when passing through the rings. Which lead to the discoveries of propellers, the material that makes up Saturn’s E ring comes from the moon Enceladus, and that the ring particles ring particles closest to Saturn move faster than the ring particles farther away from Saturn. [8]

Another discovery made while observing the equinoxes shown by Cassini was the temperature of the rings using an infrared spectrometer, which helped get a better overall understanding of all aspects of Saturn. The reason for this was because the sunlight that was hitting the rings struck the rings on their edge rather than on their flat surface. In addition, Cassini used the equinoxes to examine the poorly unknown phenomena of Saturn’s “spokes.” The name comes from their finger-like radial features in the rings that spin along with the rings, similar to the spokes in a wheel. With a length of more than 10,000 miles, these unfamiliar phenomena are thought to be composed of small ice particles that lift above the surface of the rings by an electrostatic charge.[16]

The Cassini probe explored many of Saturn’s characteristics from its icy rings to the magnetic field, which is a very ambitious mission. The mission also entails the first descent of a probe to a moon of another planet – the most distant landing ever attempted on another object in the solar system. These discoveries and close-ups of the exquisite characteristics of Saturn are what make this planet the most interesting and amazing of the solar system.[15]

What we gained from this project is that, we now have the knowledge of how these missions work, and what/how Saturn function/made up of. We learned about how certain parts of the spacecraft work together. All in all, we earned a lot about space/planets/space-crafts and how they work and operate in discovering/exploring the space and Saturn.


Saturn's tilt caused by its moons

Artist’s impression of the migration of Titan and the tilt of Saturn. Credit: Coline SAILLENFEST / IMCCE

Two scientists from CNRS and Sorbonne University working at the Institute of Celestial Mechanics and Ephemeris Calculation (Paris Observatory—PSL/CNRS) have just shown that the influence of Saturn's satellites can explain the tilt of the rotation axis of the gas giant. Their work, published on 18 January 2021 in the journal Nature Astronomy, also predicts that the tilt will increase even further over the next few billion years.

Rather like David versus Goliath, it appears that Saturn's tilt may in fact be caused by its moons. This is the conclusion of recent work carried out by scientists from the CNRS, Sorbonne University and the University of Pisa, which shows that the current tilt of Saturn's rotation axis is caused by the migration of its satellites, and especially by that of its largest moon, Titan.

Recent observations have shown that Titan and the other moons are gradually moving away from Saturn much faster than astronomers had previously estimated. By incorporating this increased migration rate into their calculations, the researchers concluded that this process affects the inclination of Saturn's rotation axis: as its satellites move further away, the planet tilts more and more.

The decisive event that tilted Saturn is thought to have occurred relatively recently. For over three billion years after its formation, Saturn's rotation axis remained only slightly tilted. It was only roughly a billion years ago that the gradual motion of its satellites triggered a resonance phenomenon that continues today: Saturn's axis interacted with the path of the planet Neptune and gradually tilted until it reached the inclination of 27° observed today.

These findings call into question previous scenarios. Astronomers were already in agreement about the existence of this resonance. However, they believed that it had occurred very early on, over four billion years ago, due to a change in Neptune's orbit. Since that time, Saturn's axis was thought to have been stable. In fact, Saturn's axis is still tilting, and what we see today is merely a transitional stage in this shift. Over the next few billion years, the inclination of Saturn's axis could more than double.

The research team had already reached similar conclusions about the planet Jupiter, which is expected to undergo comparable tilting due to the migration of its four main moons and to resonance with the orbit of Uranus: over the next five billion years, the inclination of Jupiter's axis could increase from 3° to more than 30°.

Melaine Saillenfest et al. The future large obliquity of Jupiter, Astronomie & Astrophysik (2020). DOI: 10.1051/0004-6361/202038432