A Szaturnusz gyűrűi a Cassini hosszú expozíciós idejű felvételén (a Nap a Szaturnusz mögött helyezkedik el)

A Szaturnusz gyűrűjét már Galilei is látta, amikor 1610-ben a bolygót figyelte meg, noha kis felbontású távcsöve miatt nem gyűrűnek, hanem az égitest melletti nagyobb holdaknak gondolta azt. II. Cosimo de’ Medici toscanai hercegnek megfigyeléséről így írt: „A Szaturnusz nincs egyedül, hanem három égitest alkotja, melyek egymáshoz képest nem mozognak, helyzetük nem változik…”. 1655-ben Christiaan Huygens holland csillagász már felismerte a gyűrű valódi alakját. A következő évszázadok során a gyűrűben réseket fedeztek fel, mígnem a rések által elválasztott gyűrűrészeket a bolygóhoz közeledve A, B, C és D nevű, különálló gyűrűknek gondolták. Később, a bolygótól távolodva további gyűrűket fedeztek fel. 1859-ben James Clerk Maxwell skót fi zikus (az elektromágnesesség „atyja”) kimutatta, hogy a gyűrűk nem lehetnek szilárdan egybefüggőek, minthogy a keringés és a gravitáció miatt bekövetkező instabilitás darabokra szakítaná azokat. (Korábban úgy gondolták, a gyűrűkön akár sétálni is lehetne, mint a sima felületű utakon.)

A későbbiekben a földi távcsövek segítségével a csillagászok egyre nagyobb felbontású képeket kaphattak a gyűrűkről, a spektroszkópia segítségével megismerhették azok összetételét, ám a legfontosabb kérdések megválaszolásáig még sokat kellett várni. Ezek pedig: mióta létezhetnek, hogyan alakultak ki?

A Szaturnuszt először 1979-ben látogatta meg űrszonda, a Pioneer–11, amit 1980-ban a Voyager–1, 1981-ben pedig a Voyager–2 követett. Megfigyeléseik minden korábbinál részletesebben mutatták meg a gyűrűket, hiszen közvetlen közelről vizsgálhatták azok felépítését, mozgását. Ám bármennyire is részletes képek készültek, a szondák tovább folytatták útjukat, s így nem nyílt lehetőség a Szaturnusz rendszerének huzamosabb idejű tanulmányozására. 1997-ben aztán elindult a Cassini amerikai űrszonda (fedélzetén a Szaturnusz legnagyobb holdjára, a Titanra leszálló európai Huygens egységgel). A szonda 2004. július 1-jén állt pályára az óriásbolygó körül, kutatásai pontosították, illetve felülírták a korábbi elképzeléseket.

A Cassini megfigyeléseinek egyik legérdekesebb eredménye, hogy a gyűrűrendszer egyáltalán nem nevezhető állandónak, az folyamatos változásban van. Egyrészt a holdak anyaga utánpótlást jelent számára, másrészt barázdált alakjukban külső hatásra rendszeresen spirálisan terjedő hullámok keletkeznek.

A Szaturnusz gravitációs tere maga felé vonzza a Naprendszerben keringő parányi üstökösmagokat és más kozmikus törmeléket, s azok ezért gyakran a bolygóhoz közel keringő holdakba csapódhatnak. Egy-egy ilyen becsapódás sebessége olyan nagy lehet, hogy a holdból a becsapódó test tömegének akár 5-10-szerese is kirobbanhat, hogy aztán bolygó körüli pályára álljon. Így a Szaturnusz gyűrűjének utánpótlását saját holdjai biztosítják.

A vízbe dobott kő hullámokat kelt a vízben – a jól ismert jelenség a Szaturnusz gyűrűjében is megfigyelhető. Persze sokkal bonyolultabban. Ha a bolygó legbelső, D gyűrűjét vagy az azután következő C gyűrű belső részét valamilyen külső hatás éri, akkor a gyűrűből a víz felületén kialakulóhoz hasonló hullámok indulnak tova. Ám a gyűrűrendszer – a vízzel ellentétben – maga is kering a Szaturnusz körül, ráadásul a bolygóhoz közelebbi tartományok hamarabb kerülik meg az égitestet, mint a külsőbb gyűrűívek. A kialakuló hullám így a gyűrűrészek keringésének megfelelő spirális formában terjed, amplitúdója legfeljebb néhány kilométeres lehet. A hullámok a gyűrű külső részén feltorlódnak, s a hullámok végül a teljes gyűrűrendszerben egyre csak sűrűsödnek, spirálozó alakot vesznek fel, míg végül lassan lecsengenek.

A Cassini felvételei megmutatták, hogy a gyűrűrendszer síkja valójában nem sík, hanem hullámzó (ám nem egybefüggő) felület. Ezek a megfigyelések ellentmondani látszanak a Voyager-szondák képein látottaknak. Matthew Hedman (Cornell Egyetem) kutatócsoportja a gyűrűben keletkező hullámjelenségek vizsgálatával elméleti úton igyekezett kiszámítani, mikor történhetett az a kataklizma (külső behatás), ami hatására a gyűrűrendszer „hullámzásba” kezdett. A gyűrűket felépítő sziklák méretének és anyagának ismeretében, valamint a hullámok lecsengésének feltételezett időskálájából kiindulva, s figyelembe véve, hogy a hullámok amplitúdója mára kb. 100 méteresre csökkent, a szakemberek kiszámították, hogy 1984 táján kelthette valami a hullámokat.

Az 1984-es dátum az egyik lehető legrosszabb időpont, hiszen a Voyagerek akkor már messze jártak, a Hubble-űrteleszkóp pályára állítására pedig még éveket kellett várni – azaz nem születhetett a jelenséget megörökítő megfi gyelés. A lehetséges ok talán egy kisbolygó becsapódása lehet. Ha egy ilyen égitest a Szaturnuszba történt becsapódását megelőzően a D gyűrűn vagy a C gyűrű belső részén áthaladt, az valószínűleg képes lehetett a ma már csillapodó hullámok keltésére. A látványos, 1984 körül történt égi esemény valódi bekövetkeztéről azonban ma már nem szerezhetünk bizonyosságot, így az egy valószínű, ám nem bizonyítható elmélet marad. Az viszont kétségtelennek tűnik, hogy valami történt a Voyager–2 és a Cassini látogatása között eltelt időben –a gyűrű hullámzása ugyanis egyértelmű a Cassini felvételei alapján.

A gyűrűrendszerrel kapcsolatos másik új eredmény a Spitzer amerikai infravörös űrteleszkóp megfigyeléseihez köthető. A Cassini, még mielőtt pályára állt volna, nagy felbontású képeket készített a Szaturnusz egyik külső holdjáról, a Phoebéről. A felvételeken egy kráterekkel teli holdat láthatunk. Anne Verbiscer (Virginia Egyetem) és társai azt vizsgálták, hogy a Phoebét ért valamikori becsapódásoknak van-e valamilyen nyoma a Szaturnusz körül, vagyis a kidobódott törmelék megtalálható-e ma is a bolygó körül. Az űrtávcsöves képek alapján a válasz egyértelmű igen. Mára a Szaturnusztól 6 millió kilométertől 12 millió km-es távolságig egy hatalmas gyűrű alakult ki. Ez a felfedezés rendkívüli módon megnöveli a gyűrűrendszer méretét, hiszen míg korábban azt gondolták, az mindössze néhány bolygóátmérőnyi, addig mára kiderült, hogy a holdrendszer nagy része maga is a gyűrűrendszerben kering. A Saturnusznak ma már 61 holdját ismerjük, de még sok tucat keringhet a bolygó körül. Közülük a legérdekesebb a Titan, melyen etán-metán tengerek, folyóvölgyek találhatók. A Cassini jelenleg radarfelvételekkel térképezi fel az átlátszatlan légkörű holdat.

A szonda küldetését 2008-ban két évvel, most február elején pedig újabb hét évvel meghosszabbították, így az űrszonda legalább 2017-ig vizsgálhatja a bolygót.

Kapcsolódó cikkek: Túl átlátszó univerzum? | Húsz rejtélyes kisbolygót fedeztek fel a Föld közelében | Kína az űr meghódítására készül | Bolygócsecsemőt fedeztek fel | Föld típusú exobolygók nyomában