Kijk in Saturnus

Om aanwijzingen te krijgen over de ontstaansgeschiedenis van een hemellichaam, onderzoeken onderzoekers vaak de interne structuur. Seismologische analyses op aarde, de maan en nu ook op Mars geven zeer nauwkeurige informatie over de grootte en samenstelling van de kern, mantel en korst van de planeet. Zoals twee onderzoekers nu uitleggen, is het ook mogelijk om op een vergelijkbare manier in de reuzenplaneet Saturnus te kijken. Seismische golven in het ringsysteem van de planeet laten zien dat de kern veel groter is dan eerder werd aangenomen, aldus wetenschappers in het tijdschrift Nature Astronomy.

Tot nu toe hebben onderzoekers het zwaartekrachtsveld van reuzenplaneten zoals Jupiter of Saturnus geanalyseerd om conclusies te trekken over hun interne structuur. Om dit te doen, vergeleken ze het traject van ruimtesondes in de buurt met voorspellingen van theoretische modellen van de interne structuur. “Deze gegevens zijn echter bijzonder gevoelig voor de buitenste lagen van de planeet”, leggen Christopher Mankovitch en Jim Fuller van het California Institute of Technology in de VS uit. Omdat de kern van een planeet maar een klein effect heeft op het zwaartekrachtsveld, zijn massa en druk op deze manier moeilijk te meten.

Maar dankzij zijn uitgebreide ringsysteem biedt Saturnus onderzoekers nog een kans om informatie te krijgen over de interne structuur. Metingen uitgevoerd door de Amerikaanse ruimtesonde Cassini, die van 2004 tot 2017 rond de planeet cirkelde, toonden aan dat seismische golven zich voortplantten in de ringen van de reuzenplaneet. Deze worden op hun beurt veroorzaakt door fluctuaties in het zwaartekrachtsveld. Mankovitch en Fuller hebben nu de meetgegevens van de ruimtesonde opnieuw geëvalueerd, ze gecorreleerd met het zwaartekrachtveld van Saturnus en elke interne structuur geanalyseerd die overeenkomt met de resultaten.

Volgens dit strekt de kern zich uit tot 60% van de straal van de planeet – waardoor deze veel groter is dan eerder werd aangenomen. Astronomen moeten nu ook hun modellen van kernvorming herzien: tot nu toe vermoedden ze dat de kern bestond uit zware elementen omringd door een duidelijk gedefinieerde schil van waterstof en helium. Maar de seismische golven van de ringen van Saturnus kunnen alleen worden verklaard als de kern is gemaakt van een mengsel van zware elementen met waterstof en helium, die ook van binnenuit veranderen.

De verrassende resultaten laten zien dat de overgang van de kern naar de planetaire atmosfeer niet plaatsvindt op duidelijk gedefinieerde grenzen, maar zich eerder verspreidt. Deze nieuwe inzichten in de interne structuur van Saturnus stellen de huidige modellen van planeetvorming op de proef. Maar volgens Mankovic en Fuller kan hieruit waardevolle informatie worden afgeleid over hoe de kern van Saturnus is gevormd uit gas, stof en rotsen in het jonge zonnestelsel.