Esta imagem mostra os cinturões de radiação de prótons de Saturno. A radiação na área entre o planeta e o anel D pode ser vista ampliada na inserção e foi observada pela primeira vez na última fase da missão da Cassini. É criado pela incidência de radiação cósmica galáctica nos anéis do planeta. Os prótons gerados desta forma interagem posteriormente com a atmosfera de Saturno, seu fino D-ring e seus cachos. Crédito:MPS / JHUAPL
Aproximadamente um ano atrás, um mergulho espetacular em Saturno encerrou a missão Cassini da NASA - e com ela um único, Expedição de pesquisa de 13 anos ao sistema saturniano. Nos últimos cinco meses da missão, a sonda entrou em território desconhecido novamente:vinte e duas vezes, mergulhou na região quase inexplorada entre o planeta Saturno e seu anel mais interno, o anel D. Na sexta, 5 de outubro de 2018, o jornal Ciência está lançando seis artigos que descrevem os primeiros resultados desta fase da missão.
Em um desses jornais, uma equipe de pesquisa liderada pelo Instituto Max Planck para Pesquisa do Sistema Solar na Alemanha e o Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins nos Estados Unidos relata sobre os cinturões de radiação de prótons exclusivos formados nas proximidades do planeta. Devido à presença do denso A, B, e anéis C, esta área está quase completamente desacoplada do cinturão de radiação principal e do resto da magnetosfera, que se estendem mais para fora.
Quando a sonda espacial Cassini entrou em sua primeira órbita ao redor de Saturno e seus anéis em 1º de julho, 2004, o conjunto de detector de partículas do Magnetospheric Imaging Instrument (MIMI), incluindo Sistema de Medição Magnetosférica de Baixa Energia (LEMMS), desenvolvido e construído sob a liderança do MPS, teve um breve vislumbre da região entre o planeta e o anel D mais interno. As medições indicaram que uma população de partículas carregadas pode estar presente, mas sua composição e propriedades exatas permaneceram obscuras. Nos anos seguintes, MIMI-LEMMS investigou as partículas que são aprisionadas pelo forte campo magnético de Saturno fora de seus anéis, formando seu cinturão de radiação principal que consiste em prótons e elétrons de alta energia. O cinturão de radiação de prótons se estende por mais de 285, 000 quilômetros no espaço e é fortemente influenciado pelas numerosas luas de Saturno, que a segmentam em cinco setores. "Apenas 13 anos depois, pouco antes do final da missão, tivemos a oportunidade de acompanhar nossas primeiras medições em Saturno e ver se um setor adicional do cinturão de radiação coexiste com o anel D e a atmosfera superior do planeta, "explica Elias Roussos, cientista do Instituto Max Planck de Sistemas Solares, autor principal do estudo atual.
O teste de paciência de 13 anos agora valeu a pena. Em sua corrente Ciência artigo, os cientistas pintam um quadro abrangente dos prótons ao redor de Saturno nas proximidades. Dois artigos na revista Cartas de pesquisa geofísica elaborar essas descobertas.
Semelhante ao cinturão de prótons principal de Saturno, os prótons que povoam a região próxima ao planeta são gerados pela radiação cósmica galáctica incidente. Quando a radiação cósmica interage com o material na atmosfera de Saturno ou em seus anéis densos, ele dispara uma cadeia de reações gerando prótons de alta energia que são subsequentemente capturados pelo campo magnético do planeta.
O campo magnético de Saturno é mais de 10 vezes mais forte perto do planeta do que nos cinturões de radiação principais. Isso torna o aprisionamento tão eficiente que os prótons podem permanecer por anos na mesma linha de campo magnético. Isso os força a interagir continuamente com o anel D e a atmosfera de Saturno e gradualmente perder sua energia total. Mas com as densidades do tênue anel D desconhecido, não estava claro o quão rápido essa perda de energia se desenvolve e se um cinturão de radiação poderia ser mantido. A modelagem teórica indicou que um cenário viável pode ser o MIMI medindo nada além de ruído.
Em sua fase final de missão, a sonda Cassini entrou na região entre Saturno e o anel D ao longo da trajetória laranja. O acúmulo de prótons observado se estende ao longo do anel-D. Enquanto a intensidade do próton é visivelmente reduzida nos anéis D68 e D73, ringlet D72 dificilmente o influencia. Embora a própria Cassini não tenha mergulhado no sistema D-ring, O LEMMS obteve informações sobre sua estrutura à medida que as partículas presas se movem ao longo das linhas do campo magnético (por exemplo, marcadas em azul) e alcançam a espaçonave após interagirem com o material do anel. Crédito:MPS / JHUAPL
Felizmente, isso não aconteceu - pelo menos para os prótons. As medições LEMMS revelaram um acúmulo estável de prótons energéticos que se estendem da atmosfera de Saturno e por todo o anel D. A energia que muitos desses prótons têm é extrema:mais de 10 vezes maior do que o que o LEMMS foi projetado para medir. "Tivemos que desenterrar antigos desenhos mecânicos do instrumento e construir novos modelos para entender como ele seria medido em um ambiente tão extremo, "Roussos acrescenta.
"Para fora do anel D, A de Saturno, Os anéis B e C são significativamente mais densos e empoeirados, formando um efetivo 62, Barreira de 000 quilômetros para o aprisionamento de partículas carregadas, "Roussos continua. Isso significa que a borda externa do anel D estava tão longe quanto este novo cinturão de prótons poderia se estender - e as medições LEMMS confirmaram isso." Isso cria um cinturão de radiação que é completamente isolado do resto da magnetosfera, "diz o cientista do MPS Dr. Norbert Krupp, Pesquisador principal da equipe MIMI-LEMMS e co-autor do estudo em Ciência .
Esta região é única no sistema solar. Ele oferece a possibilidade de examinar um cinturão de radiação em condições semelhantes às de um laboratório, como seus prótons são criados por um processo muito estável, guiada e controlada pelo forte campo magnético de Saturno. No cinturão de radiação principal de Saturno e nos cinturões de radiação da Terra e Júpiter, essas condições são diferentes - e muito mais complicadas. Na Terra, por exemplo, um influxo variável de partículas de alta energia do sol pode ter uma forte influência na estrutura do cinturão de radiação.
Igualmente valiosas são as novas informações que o LEMMS adiciona sobre o sistema de anel D, que é muito fraco para estudar apenas por imagem. Este anel contém um total de três argolinhas estreitas, todos mais brilhantes do que o resto do anel e nomeados como D68, D72 e D73. Enquanto a intensidade dos prótons foi reduzida pelos anéis D68 e D73, O anel D72 deitado entre eles não parece ter efeito. "Mesmo que os cachos D72 e D68 sejam igualmente brilhantes, As medições do LEMMS nos mostram que eles devem realmente ser muito diferentes, "diz Roussos.
As medições MIMI também revelaram um secundário, cinturão de radiação de prótons de baixa energia a uma altitude abaixo de vários milhares de quilômetros. Este cinturão se forma ocasionalmente quando átomos de hidrogênio neutros rápidos criados na magnetosfera de Saturno ficam presos perto do planeta quando impactam sua atmosfera e ficam carregados. "A presença deste cinturão de baixa altitude mostra que algumas informações mínimas pela variável de Saturno, magnetosfera distante pode ser transmitida através dos anéis densos do planeta, "Krupp acrescenta.
Nos 13 anos que o instrumento MIMI / LEMMS passou em Saturno, conduziu uma das investigações mais abrangentes de um cinturão de radiação planetária diferente do da Terra e até ajudou a descobrir anéis desconhecidos. Um resumo dessas e de outras descobertas pode ser encontrado no livro Saturno no Século 21 , que é publicado pela Cambridge University Press este mês. Dr. Norbert Krupp do MPS está entre seus quatro editores.
