Saturnus heeft een vage kern, verspreid over meer dan de helft van de planeetdiameter

Een van de ringen van Saturnus heeft eigenschappen van zijn kern onthuld, diep verborgen onder de gouden atmosfeer van de planeet.

Die kern is niet de klomp rots en ijs die veel wetenschappers hadden voorzien, vindt de nieuwe studie. In plaats daarvan is de kern diffuus, doordrongen van enorme hoeveelheden waterstof en helium en zo verspreid het meet 70.000 kilometer, of ongeveer 60 procent van de diameter van de planeet, rapporteren onderzoekers op 28 april op arXiv.org.

De nieuwe informatie zou planetaire wetenschappers moeten helpen om niet alleen beter te begrijpen hoe gigantische planeten zich in ons zonnestelsel hebben gevormd, maar ook de aard van dergelijke werelden in een baan om andere sterren.

Om de structuur van de kern van Saturnus vast te stellen, onderzochten astronoom Christopher Mankovich en astrofysicus Jim Fuller, beiden bij Caltech, de ringen van de reuzenplaneet. Net zoals aardbevingen seismologen helpen het binnenste van de aarde te onderzoeken, kunnen oscillaties in Saturnus de interne samenstelling ervan onthullen. Deze oscillaties veranderen de zwaartekracht van Saturnus en veroorzaken golven in de ringen – vooral de C-ring, die van de drie hoofdringen het dichtst bij de planeet is (SN: 22/01/19).

Door een golf in die ring te analyseren, samen met gegevens over het zwaartekrachtveld van Saturnus van het inmiddels ter ziele gegane Cassini-ruimtevaartuig (SN: 15-9-17), Ontdekten Mankovich en Fuller dat de kern ongeveer 17 aardemassa’s van rots en ijs heeft. Maar er zit zoveel waterstof en helium tussen, de kern omvat in totaal 55 aardmassa’s – meer dan de helft van het totaal van Saturnus, wat overeenkomt met de massa van 95 aardes. Dit “ringseismologie” -werk zal in de toekomst verschijnen Natuur astronomie.

“Het is een nieuwe manier om naar gasreuzenplaneten in het zonnestelsel te kijken”, zegt Ravit Helled, een planetaire wetenschapper aan de Universiteit van Zürich die niet bij het werk betrokken was. “Deze kennis is belangrijk omdat het reflecteert op ons begrip van gigantische exoplaneten”, en geeft aan dat gigantische planeten in andere zonnestelsels waarschijnlijk complexere structuren hebben dan veel onderzoekers hadden gedacht.

De ontdekking illustreert ook hoe Saturnus werd gevormd, zegt Nadine Nettelmann, een planetaire wetenschapper bij het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum in Berlijn.

Oudere theorieën stelden dat een gasreus zoals Saturnus ontstaat wanneer rots en ijs in een baan om de zon samenklonteren. Dunne gasvormige omhulsels laten extra vaste materialen naar het midden zinken en vormen een compacte kern. Pas later, volgens deze theorie, trekt de kern veel waterstof en helium aan – de ingrediënten waaruit het grootste deel van de planeet bestaat. Hoewel deze elementen gassen op aarde zijn, perst de grote zwaartekracht van Saturnus de meeste ervan in een vloeistof.

Maar nieuwere theorieën zeggen in plaats daarvan dat er veel gas in de kern van rots en ijs werd opgenomen toen het 4,6 miljard jaar geleden vorm kreeg. Naarmate de planeet meer massa kreeg, nam het gasaandeel toe. De structuur die Mankovich en Fuller afleiden voor de kern van Saturnus bewaart deze formatiegeschiedenis, zegt Nettelmann, omdat het centrum van de planeet, dat het oudste deel van Saturnus vertegenwoordigt, het grootste aandeel rots en ijs heeft. De fractie van gesteente en ijs neemt geleidelijk af in plaats van abrupt van het midden van de kern naar de rand, wat de ontwikkeling van de kern in de loop van de tijd weerspiegelt.

“Ik vind de conclusies erg belangrijk en erg opwindend en de redenering erg overtuigend”, zegt Nettelmann. Toch waarschuwt ze dat extra golven in de ringen ter bevestiging moeten worden geanalyseerd.

Het type oscillatie dat Mankovich en Fuller in Saturnus detecteren, impliceert ook dat de kern stabiel is in plaats van te borrelen als een pot met water op een hete kachel, wat een manier is waarop een planeet warmte van zijn hete binnenste naar buiten kan transporteren. De stabiliteit van de kern kan helpen bij het verklaren van een al lang bestaande puzzel: waarom Saturnus meer energie afgeeft dan van de zon.

Nadat de planeet gevormd was, was hij warm met de warmte van zijn geboorte, maar daarna koelde hij af. De stabiliteit van de kern had echter een deel van deze afkoeling kunnen bedekken, wat de planeet hielp om de warmte vast te houden die hij tot op de dag van vandaag nog steeds uitstraalt. Als de kern daarentegen warmte had getransporteerd via het op- en afzwellen van materiaal, zou de planeet sneller zijn afgekoeld en niet langer zoveel warmte afgeven.