Pierścienie Rei

Wykrywanie

Voyager1 zaobserwował w 1980 roku obszar bez tak wielu energetycznych elektronów uwięzionych w polu magnetycznym Saturna poniżej Rhei. Pomiary te, które nigdy nie zostały wyjaśnione, zostały wykonane w większej odległości niż dane z Cassini.

26 listopada 2005 r. Cassini wykonał jedyne celowe przelotowe okrążenie Rhei w ramach swojej głównej misji. Przeszedł w odległości 500 km od powierzchni Rhei, poniżej pola magnetycznego Saturna i zobaczył powstałe w ten sposób obudzenie plazmy, podobnie jak w przypadku innych księżyców, takich jak Dione i Tethys. W tych przypadkach nastąpiło odcięcie energetycznych elektronów, gdy Cassini przeszedł w cień plazmy księżyców (regiony, w których księżyce same blokowały plazmę magnetosferyczną przed dotarciem do Cassiniego). Jednak w przypadku Rhei, plazma elektronowa zaczęła opadać w ośmiokrotnie większej odległości i zmniejszała się stopniowo, aż do oczekiwanego gwałtownego spadku, gdy Cassini wszedł w cień plazmy Rhei. Zwiększona odległość odpowiada sferze Hill Rhei, odległości 7,7 razy większej od promienia Rhei, wewnątrz której orbity są zdominowane przez grawitację Rhei, a nie Saturna. Gdy Cassini wyszedł z cienia plazmy Rhei, nastąpił odwrotny schemat: Gwałtowny przypływ energetycznych elektronów, a następnie stopniowy wzrost aż do promienia Hill-sphere Rhei.

Odczyty te są podobne do tych z Enceladusa, gdzie woda wydobywająca się z jego południowego bieguna pochłania plazmę elektronową. Jednak w przypadku Rhei, wzór absorpcji jest symetryczny.

Ponadto, Instrument Obrazowania Magnetosfery (MIMI) zauważył, że ten łagodny gradient był przerywany trzema ostrymi spadkami przepływu plazmy po każdej stronie Księżyca, a wzór ten był również prawie symetryczny.

W sierpniu 2007 roku Cassini ponownie przeszedł przez cień plazmy Rhei, ale dalej od niej. Jego odczyty były podobne do tych z Voyagera 1.

Nie ma żadnych obrazów ani bezpośrednich obserwacji materiału, który miałby pochłaniać plazmę, ale prawdopodobni kandydaci byliby trudni do bezpośredniego wykrycia. Dalsze obserwacje planowane są na pierwsze przedłużenie misji Cassini, z przelotem zaplanowanym na 2 marca 2010 roku.

Porównanie odczytów MIMI na Rhei i Tethys, oraz możliwe pierścienie. Budzenie plazmy jest bardziej turbulentne na Rhei niż na Tethys, więc jej cień nie jest tak wyraźny.


100-sekundowa ekspozycja podświetlonej Rhei nie znalazła żadnych dowodów na istnienie pierścieni. Jeśli istnieją, są albo zbyt delikatne, albo nie rozpraszają światła na tyle, by można je było wykryć. Ta geometria widzenia jest szczególnie nastawiona na wykrywanie małych cząsteczek pyłu, więc pierścień złożony w całości z większych odłamków jest wciąż możliwy. Jasny, oświetlony Słońcem półksiężyc znajduje się na dole po prawej; gwiezdne oświetlenie po lewej stronie to światło planety.

Interpretacja

Ścieżka przelotu Cassiniego utrudnia interpretację odczytów magnetycznych.

Oczywistymi kandydatami na materię pochłaniającą plazmę magnetosfery są neutralny gaz i pył, ale ilości wymagane do wyjaśnienia zaobserwowanego spadku elektronów są znacznie większe niż pozwalają na to pomiary Cassiniego. Dlatego odkrywcy, kierowani przez Gerainta Jonesa z zespołu Cassini MIMI, twierdzą, że spadek elektronów musi być spowodowany przez cząstki stałe orbitujące wokół Rhei:

Analiza danych elektronowych wskazuje, że przeszkoda ta ma najprawdopodobniej postać dysku o małej głębokości optycznej w pobliżu płaszczyzny równikowej Rhei i że dysk ten zawiera ciała stałe o rozmiarach do ~1 m.

Najprostszym wyjaśnieniem symetrycznych punkcików w przepływie plazmy są "wydłużone łuki lub pierścienie materii" orbitujące wokół Rhei w jej płaszczyźnie równikowej. Te symetryczne spadki wykazują pewne podobieństwo do sposobu, w jaki pierścienie Urana zostały odkryte w 1977 roku.

Możliwe pierścienie Rhean
Pierścień	promień orbitalny (km)
dysk	< 5,900
1	≈ 1,615
2	≈ 1,800
3	≈ 2,020

Jednak nie wszyscy naukowcy są przekonani, że widoczne sygnatury są spowodowane przez system pierścieni. Na zdjęciach nie widać żadnych pierścieni, co stawia bardzo niski limit przynajmniej na maleńkie cząstki wielkości pyłu. Co więcej, pierścień zbudowany z głazów powinien generować pył, który prawdopodobnie byłby widoczny na zdjęciach.

Historia

Symulacje sugerują, że ciała stałe mogą stabilnie orbitować wokół Rhei w pobliżu jej płaszczyzny równikowej w astronomicznych skalach czasowych. Mogą one nie być stabilne wokół Dione i Tethys, ponieważ księżyce te znajdują się znacznie bliżej Saturna, a zatem mają znacznie mniejsze sfery Hilla, lub wokół Tytana z powodu oporów pochodzących od jego gęstej atmosfery.

Pojawiło się wiele sugestii na temat możliwego pochodzenia pierścieni. Uderzenie mogło wynieść materiał na orbitę; mogło się to stać tak niedawno, jak 70 milionów lat temu. Małe ciało mogło zostać rozbite, gdy zostało złapane na orbicie wokół Rhei. W obu przypadkach szczątki ostatecznie osiadłyby na kołowych orbitach równikowych. Biorąc jednak pod uwagę ich długoterminową stabilność orbitalną, możliwe jest, że przetrwały one od czasu uformowania się samej Rhei.

Aby istniały różne pierścienie, coś musi je od siebie oddzielać. Sugeruje się istnienie księżyców lub skupisk materii wewnątrz dysku, podobnych do tych widzianych w pierścieniu A Saturna.