Heeft Mimas, een ijsmaan van Saturnus, een afgeplatte kern of een inwendige oceaan?
Dankzij waarnemingen door de ruimtesonde Cassini, heeft een internationaal team van onderzoekers, waarbij Attilio Rivoldini van de Koninklijke Sterrenwacht van België, de rotatie van Mimas kunnen meten en werden er oscillaties (libraties) gedetecteerd. Deze libraties zijn echter niet volgens de tot nu toe gekende modellen van het inwendige van deze satelliet en de ontdekking doet vermoeden dat Mimas een sterk afgeplatte kern heeft of een oceaan onder zijn ijslaag.
Een artikel hierover is te vinden in Science van 17 oktober 2014.
De rotatie van Mimas werd gemeten op beelden van de ruimtesonde Cassini (ESA-NASA) met behulp van een techniek die stereofotogrammetrie wordt genoemd. Zo kan men een deel van het oppervlak van een object reconstrueren indien het minstens twee keer vanuit verschillende hoeken werd gefotografeerd. De opnames van de kraters op het oppervlak van Mimas door de camera ISS-NAC aan boord van Cassini leverden een netwerk van controlepunten over heel de ijsmaan. Vergelijking van de posities van deze controlepunten tijdens de verschillende passages van de sonde toonde de rotatiebeweging van de maan.
Zoals onze Maan rond de Aarde draait, maar steeds dezelfde kant naar onze planeet heeft gericht, zo is ook Mimas in synchrone rotatie rond Saturnus. Mimas draait dus in dezelfde tijd rond zijn as als in de tijd nodig voor een omloop rond zijn planeet. Deze uniforme beweging kent toch kleine schommelingen, die men libraties noemt. Ze zijn een gevolg van het gravitationele krachtenkoppel dat Saturnus op Mimas uitoefent. De wetenschappers hebben nu gevonden dat Mimas twee soorten libraties kent. Eén van deze twee heeft een amplitude die twee maal zo groot is als je kan verwachten van een roterende satelliet wanneer deze uit vaste stof bestaat en in hydrostatisch evenwicht is. Deze amplitude geeft immers aanduidingen over de massaverdeling in het inwendige en bijgevolg kan men deze waarneming op zijn minst intrigerend noemen.
Na grondige studie werden volgende hypothesen weerhouden: ofwel is er onder de ijsmantel van Mimas een rotsachtige kern die zeer langwerpig is, ofwel is er een oceaan tussen de ijsmantel en de kern van de satelliet.
De onderzoekers gaan ervan uit dat de kern van Mimas in hydrostatisch evenwicht moet zijn – dat wil zeggen dat de zwaartekracht, de middelpuntvliedende kracht en de druk elkaar compenseren in het inwendige – omdat Mimas al lang geleden werd gevormd. Maar de amplitude van de libratie (met de hoge frequentie) geeft aan dat de kern een afplatting van misschien wel 20 tot 60 km heeft vergeleken met een bolvorm. Indien dit zo is, is deze kern waarschijnlijk zo gevormd, ingevroren als het ware, en is de oorspronkelijke vorm behouden. Indien er echter een oceaan onder het oppervlak is, dan komt Mimas bij de club van satellieten met ondergrondse oceaan, waartoe sommige manen van Jupiter en ook de Saturnusmaan Titan al behoren. Voor Mimas is dat wel een verrassing want op het oppervlak zijn geen sporen van recente geologische activiteit gevonden.
Verdere studie van de waarnemingen door Cassini zal nu nodig zijn om de modellen voor de inwendige structuur te verfijnen. Hoe het inwendige van Mimas er ook uitziet, nu weten we dat hij, ondanks zijn ogenschijnlijk oude, met kraters bedekte oppervlak, en zijn kleine afmetingen, toch geen koude en geologisch dode wereld is. Wanneer we meer weten over het inwendige van Mimas, zullen we zijn ontstaan beter begrijpen en ook dat van het Saturnussysteem als geheel.
Het onderzoeksteam is samengesteld uit wetenschappers van het Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides de l’Observatoire de Paris (Observatoire de Paris/CNRS/Université Pierre et Marie Curie/Université Lille 1), de Koninklijke Sterrenwacht van België et de Universiteit van Namen.
Het artikel « ‘Mimas’ surprising interior: Strong constraints from Cassini ISS libration measurements», verscheen in Science op 17 oktober 2014 en heeft als auteurs Tajeddine R., Rambaux, N., Lainey, V., Charnoz, S., Richard, A., Rivoldini, A., Noyelles, B.