Μία διαφορετική όψη στη χρήση ενός οργάνου: Πώς ένα όργανο μέτρησης πλάσματος υπολόγισε το οπτικό βάθος των δακτυλίων του Κρόνου

Σε μία παλαιότερη ανάρτηση μιλήσαμε για το τα φωτοηλεκτρόνια και το πώς μπορούν να επηρεάσουν τις μετρήσεις ενός οργάνου. Σε αυτό το άρθρο θα εξηγήσουμε πώς μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτήν την, κατά τα άλλα, μη-επιθυμητή πηγή ηλεκτρονίων για να υπολογίσουμε το οπτικό βάθος των κύριων δακτυλίων του Κρόνου.

Πρώτα απ όλα ας ορίσουμε το οπτικό βάθος. Οπτικό βάθος είναι ένα μέγεθος που εκφράζει το πόσο θα μειωθεί η ακτινοβολία καθώς αυτή περνάει μέσα από ένα υλικό – ένα υπέροχο άρθρο για το οπτικό βάθος έχει γραφτεί εδώ. Στη δική μας περίπτωση η ακτινοβολία είναι το ηλιακό φως.

Οι κύριοι δακτύλιοι του Κρόνου δεν είναι ένα συμπαγές αντικείμενο, αλλά αποτελούνται από πολλά σωματίδια, μεγέθους από κόκκους σκόνης μέχρι περίπου 10 μέτρα. Εκτείνονται πάνω από 70,000 χλμ (σαν μέτρο σύγκρισης η ακτίνα του Κρόνου είναι περίπου 59,000 χλμ) μακριά από τον Κρόνο, και έχουν ονομαστεί με τα λατινικά γράμματα D, C, B, και A. Μια υπέροχη φωτογραφία τους φαίνεται στην Εικόνα 1, η οποία τραβήχτηκε από το Cassini, καθώς αυτό ήταν στη σκιά του Κρόνου.Παρά την έκτασή τους, το πάχος τους κυμαίνεται από 10 μέτρα έως 1 χλμ. Αναλογικά, αν υποθέσουμε ότι το πάχος τους είναι όσο το πάχος ενός φύλλου χαρτιού, το φύλλο θα πρέπει να έχει διάμετρο περίπου 1 μέτρο για να αποτυπώσει το σύστημα σε κλίμακα! Η Εικόνα 2 είναι μια φωτογραφία κατά την ισημερία στον Κρόνο όπου δείχνει πόσο – σχεδόν αδιανόητα – λεπτοί είναι οι δακτύλιοι. Παρά το πολύ μικρό τους πάχος, το υλικό τους είναι αρκετό για να επηρεάσει το ηλιακό φως που περνάει από μέσα τους, όπου φαίνεται ξανά στην Εικόνα 1: ταξιδεύοντας κατά μήκος των δακτυλίων αυτοί φαίνονται κατά τόπους πιο λαμπροί, ή πιο σκοτεινοί, ακόμα κι όταν είμαστε στον ίδιο δακτύλιο. Αυτό συμβαίνει λόγω της διαφορετικής σύστασης και κατανομής των σωματιδίων των δακτυλίων.

Η πρώτη φορά που υπολογίστηκε το οπτικό βάθος των δακτυλίων ήταν με την αποστολή Voyager 2, όπου είδαν ότι το οπτικό βάθος του δακτυλίου D είναι το μικρότερο (δηλ. δεν απορροφά σχεδόν καθόλου ακτινοβολία), του C λίγο μεγαλύτερο, ακολουθεί ο A, και τελικά ο B έχει το μεγαλύτερο οπτικό βάθος από όλους (δηλ. απορροφά πολύ μεγάλο μέρος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας). Παρόμοιες μελέτες έγιναν και με το Cassini. Όλες εκείνες οι μελέτες βασίστηκαν σε όργανα-κάμερες, ευαίσθητες στην ανίχνευση αλλαγών της φωτεινότητας αστέρων, καθώς το φως τους περνάει μέσα από τους δακτύλιους. Για τη δική μας χρησιμοποιήσαμε δεδομένα του Langmuir probe σε περιόδους όπου το Cassini ήταν στη σκιά των δακτυλίων, και βασιστήκαμε στη διακύμανση του αριθμού των φωτοηλεκτρονίων, όπου συνδέεται με το ηλιακό φως: περισσότερα φωτοηλεκτρόνια δηλώνουν μεγαλύτερη ένταση ηλιακού φωτός που σημαίνει ότι καθώς το φως πέρασε από εκείνη την περιοχή των δακτυλίων δεν απορροφήθηκε καθόλου, δηλ. η περιοχή έχει μικρό οπτικό βάθος. Από την άλλη, λιγότερα φωτοηλεκτρόνια δηλώνουν μικρότερη ένταση ηλιακού φωτός που σημαίνει ότι η συγκεκριμένη περιοχή των δακτυλίων απορροφά μεγάλο μέρος του ηλιακού φωτός, δηλ. η περιοχή έχει μεγάλο οπτικό βάθος. Οπότε, μετρώντας εμμέσως την ένταση του ηλιακού φωτός καταφέραμε να μετρήσουμε το οπτικό βάθος των δακτυλίων, όπως φαίνεται στην Εικόνα 3. To αποκορύφωμα για αυτή την εργασία ήταν το δελτίο τύπου από την Royal Astronomical Society, καθώς και οι αναφορές σε ιστοτόπους, μεταξύ αυτών και τα space.com, phys.org, The Science Times, και Forbes.