カッシーニ探査機データの新たな解析により、土星の環からの粒子が惑星の上と下に数十万キロメートルにわたり広がり、巨大な塵のドーナツを形成していることが明らかになった。科学者らは、微小隕石の衝突が環の物質を気化させ、これらの高さまで押し上げると示唆している。この発見は、環を単なる薄い円盤とする従来の見方を覆すものだ。
土星の象徴的な環は、その平坦で広大な外見で知られているが、以前の理解を超える複雑な構造を秘めている。NASAのカッシーニミッションのデータで、2017年の最後の20周回飛行中に収集されたものが、主円盤をはるかに超える高度に環由来の微小な岩石粒子が到達することを示している。探査機の急峻な軌道は、惑星上空で土星半径の最大3倍から始まり、下方へ掃過するもので、前例のない測定を可能にした。
カッシーニの宇宙塵分析計は、軌道の頂点付近でこれらの粒子の数百個を検出し、その化学組成は主環の低鉄含有粒子のものと一致した。「土星系内のどこでも見られない、非常に特徴的なスペクトルタイプです」と、研究の主任著者であるベルリンの自由大学フランク・ポストベルク氏が説明した。ポストベルク氏は、環平面から10万キロメートル以上離れた場所でこうした粒子を発見したことに驚きを表明した：「環平面近くにはるかに多くの物質がありますが、環平面の上と下でこれほど高い位置に環粒子が見られるのはやはり驚きです。」
主環は外側に数万キロメートルにわたり広がるが、垂直厚はわずか約10メートルで、地球からの印象的な眺めを生む。エンケラドスの氷の噴出に影響されるふくらんだE環などの変異もある。これらの距離に到達するには、土星の重力と磁場を克服するため、粒子は秒速25キロメートルを超える速度を要する。
研究者らは、微小隕石の衝突が環の岩石を気化させ、高速噴出物を生み、それが後に塵に凝縮すると提案している。これは、環が従来考えられていたよりも古い可能性を示す最近の知見とも一致する。研究に関与していないポツダム大学のフランク・スパーン氏は、粒子の小型さと粘着性による柔らかい衝突にもかかわらず遠方の塵が驚きに値すると述べた。
ポストベルク氏は、このメカニズムが天王星のような惑星の氷の環にも普遍的に適用され、太陽系内の他の場所でも同様の塵のハローを生む可能性があると示唆している。この知見は『Planetary Science Journal』に掲載された。