Als iemand je zou vragen een andere planeet dan de onze te tekenen, dan zou je waarschijnlijk Saturnus tekenen, en dat komt door zijn ringen. Maar gedurende het grootste deel van de geschiedenis konden mensen de ringen niet zien. Niet de astronomen van het oude India, Egypte, Babylon of de Islamitische wereld. Ptolemaeus en de Grieks-Romeinen niet, die desondanks ontdekten dat Saturnus verder van de aarde stond dan Mercurius of Venus. Niet Nicolaus Copernicus, die aantoonde dat de Aarde slechts een andere planeet was die om de Zon draaide. En zelfs niet Tycho Brahe, de Deense edelman en alchemist, die probeerde de diameter van Saturnus te berekenen (hij zat er ver naast).

Het was Galileo Galilei die als eerste iets zag. Zijn primitieve telescoop gaf hem slechts een iets beter zicht op de hemel dan het blote oog, en in 1610 meende hij twee onontdekte hemellichamen te zien die Saturnus flankeerden, één aan elke kant. “Het is een feit dat de planeet Saturnus niet alleen is,” schreef hij aan een raadsheer van de groothertog van Toscane, “maar uit drie bestaat.” Twee jaar later, toen de ringen in de richting van de zon gekanteld waren en in principe onzichtbaar waren vanaf de aarde, ontdekte Galileo tot zijn verbazing dat de twee mysterieuze metgezellen verdwenen waren. “Wat valt er te zeggen over zo’n vreemde metamorfose?” vroeg hij zich af.

De knapste koppen van de 17e eeuw kwamen met allerlei theorieën op de proppen: Saturnus was ellipsvormig, of omgeven door dampen, of eigenlijk een sferoïde met twee donkere vlekken, of had een corona die met de planeet meedraaide. Toen, in 1659, opperde de Nederlandse astronoom Christiaan Huygens voor het eerst dat Saturnus omringd was door “een dunne, platte ring, die nergens aan raakt, en schuin staat ten opzichte van de ecliptica”. De Italiaans-Franse astronoom Giovanni Cassini ging in 1675 een stap verder toen hij een raadselachtige smalle, donkere opening bijna in het midden van de ring opmerkte. Wat één ring leek te zijn, bleek nog complexer te zijn. Astronomen weten nu dat deze “ring” in werkelijkheid bestaat uit acht hoofdringen en duizenden andere ringkringen en -afdelingen. In sommige van de ringen zwerven volwaardige manen rond.

Er waren opnieuw Cassini en Huygens nodig om de eerste directe metingen aan de ringen te verrichten. Niet de mannen, maar de 4 miljard dollar kostende NASA Cassini-Huygens-missie die in 1997 werd gelanceerd en tot 2017 in een baan om Saturnus en zijn manen draaide. (Deze zomer kondigde de NASA een nieuwe missie aan, Dragonfly genaamd, naar Titan, de grootste maan van Saturnus). Het ruimtevaartuig bevestigde dat de ringen voornamelijk bestaan uit brokken waterijs, in grootte variërend van submicroscopische deeltjes tot rotsblokken van tientallen meters breed. Ze blijven in een baan rond Saturnus om dezelfde reden dat de maan in een baan rond de aarde blijft: Hun snelheid is snel genoeg om nog net de aantrekkingskracht van de planeet tegen te gaan, waardoor ze op afstand blijven. De ijsdeeltjes vallen in een ringvorm omdat ze elk een vergelijkbare omloopbaan volgen. De deeltjes in de binnenste ringen bewegen sneller dan die in de buitenste ringen, omdat ze vechten tegen een sterkere zwaartekracht.

De ringen zijn zo breed dat hun buitenste omtrek groter is dan de afstand van de aarde tot de maan. Maar ze zijn zo dun dat ze tijdens de nachteveningen van Saturnus, als het licht van de zon recht op de ringen valt, vanaf de aarde gezien bijna helemaal verdwijnen. De gemiddelde dikte van de hoofdringen zou niet meer dan 30 voet bedragen. Een recente studie heeft aangetoond dat delen van de B-ringen – de helderste van alle ringen – slechts 2 tot 3 meter dik zijn.

Astronomen hebben zich lang afgevraagd hoe de ringen van Saturnus zijn ontstaan. Sommigen dachten dat ze ontstonden toen de planeet zich zo’n 4,5 miljard jaar geleden voor het eerst samenvoegde. Anderen dachten dat ze gevormd waren door botsende manen, asteroïden, kometen of zelfs de overblijfselen van dwergplaneten, misschien nog maar tien miljoen jaar geleden. Maar er leek weinig serieuze belangstelling te zijn voor de vraag hoe lang ze zouden blijven bestaan. De meeste ringen van Saturnus liggen binnen de zogenaamde Roche-limiet – de afstand waarop een satelliet om een groot object kan draaien zonder dat de getijdekracht van de planeet het wint van de eigen zwaartekracht van het object en het uit elkaar scheurt. (Saturnusringen die buiten de Roche-limiet liggen, blijven bij elkaar door de zwaartekracht van andere satellieten, zoals manen). Als de ringen tot nu toe intact waren gebleven, zo redeneerden de meeste mensen, leek het onwaarschijnlijk dat ze plotseling zouden beginnen uiteen te vallen.

Toen, in de zomer van 2012, zat de 26-jarige promovendus James O’Donoghue in een onopvallend laboratorium aan de Universiteit van Leicester in Engeland. Hij had de opdracht gekregen om naar de aurora’s van Saturnus te kijken – de lichtshows rond de polen. Hij richtte zich in het bijzonder op een vorm van waterstof genaamd H3+, een zeer reactief ion met drie protonen en twee elektronen. H3+ speelt een rol in een breed scala van chemische reacties, van het ontstaan van water en koolstof tot de vorming van sterren. Zoals O’Donoghue het zegt: “Elke keer dat we naar H3+ kijken, helpt het ons om wat coole, gekke natuurkunde te ontdekken.”

O’Donoghue genoot ervan om laat te werken, daar te zitten in zijn spijkerbroek en T-shirt wanneer iedereen naar huis was gegaan voor de nacht. Hij stond af en toe op om nog een kopje thee te zetten, ging dan weer zitten en staarde naar de zwart-wit spectrale beelden op zijn scherm, die er volgens hem uitzagen “als witte ruis.”

Hij had niet gepland om andere regio’s dan de polen te analyseren, aangezien niemand verwachtte dat de H3+ ergens anders op de planeet iets interessants zou doen. Maar voor de lol besloot O’Donoghue om eens goed te kijken op andere breedtegraden, weg van de polen. Tot zijn verbazing zag hij duidelijke banden van H3+ – niet alleen de uniforme gelijkmatigheid die hij had verwacht. “Verbijsterd, en zeker het resultaat nog niet gelovend,” herinnert O’Donoghue zich, “bracht ik de volgende dagen door met proberen te bevestigen dat het bandjespatroon echt was en niet een of andere computer coderingsfout.”

Een paar dagen later, zat O’Donoghue rond middernacht op kantoor toen het tot hem doordrong dat wat hij had gezien echt was. “Het is een onnatuurlijke ervaring om alleen in je doodstille kantoor te zitten en plotseling je hart te voelen tekeergaan op een manier die alleen sprinten zou kunnen verklaren, en dat alles over een vaag uitziende reeks datapunten!” vertelde hij me. “Ik dacht dat het een nieuwe band van noorderlicht kon zijn die nog nooit eerder was gezien of iets totaal nieuws. Dat waren nu de twee opties, en beide waren verbazingwekkend.”

O’Donoghue vroeg zich af of het een soort weerfenomeen kon zijn. Maar dat leek onwaarschijnlijk, zo niet onmogelijk, aangezien de banden zich honderden kilometers boven de wolkentoppen van Saturnus bevonden. “Het weer gaat niet echt zo hoog op die manier,” zei hij. Het meest waarschijnlijke scenario was dat er iets vanuit de ringen de atmosfeer in reisde. En aangezien de ringen voornamelijk uit waterijs bestaan, betekende dit dat er hoogstwaarschijnlijk water op Saturnus neerdwarrelde. De implicatie was opzienbarend: Op een dag, sneller dan verwacht, zouden de ringen verdwenen kunnen zijn.

Het kostte O’Donoghue ongeveer tien dagen om zijn adviseur ervan te overtuigen dat de waarnemingen op iets belangrijks wezen. “Buitengewone beweringen vereisen buitengewoon bewijs,” zei O’Donoghue, terwijl hij het oude wetenschappelijke adagium reciteerde. “En ik was een groentje.” Dus die nacht in het lab in Leicester was slechts het begin. In de volgende zeven jaar zou de wereld te weten komen dat deze jonge onbekende Britse astronoom, die na een wanhopige jeugd in de academische wetenschap was gestruikeld, zojuist een van de grootste planeetontdekkingen in de recente geschiedenis had gedaan.

* *

Ik ontmoette O’Donoghue een paar kilometer buiten Washington, D.C., in NASA’s Goddard Space Flight Center. We reden over de Goddard-campus naar gebouw 34, ook wel bekend als het Exploration Sciences Building, en namen plaats in een kleine collegezaal. Op het whiteboard achter ons stond een kleurrijke tekening van een antropomorfe planeet met een veiligheidsbril op en daarnaast een waarschuwing: “Niet op schaal.” Daarnaast had iemand geschreven: “Wow! Wetenschap!”

O’Donoghue, nu 33, heeft tijd besteed aan het observeren van elke planeet in het zonnestelsel – plus de maan, sterren, sterrenstelsels en supernova’s – maar hij richt zich meestal op de bovenste atmosferen van Jupiter en Saturnus, de twee gasreuzen. Vergeleken met planeten die dichterbij staan, is Saturnus lange tijd ongrijpbaar geweest, zelfs voor wetenschappers. “Saturnus geeft je niet veel aanwijzingen,” zei hij. Wetenschappers weten inmiddels vrij veel over het gerafelde oppervlak en de door kooldioxide gedomineerde atmosfeer van Mars, en over het ijzeroxidestof dat Mars zijn roodachtige kleur geeft. Zelfs Jupiter heeft zijn bijna anatomisch aandoende banden, vlekken en kleuren, die iets laten zien over de krachten en elementen die aan het werk zijn; de lichtgekleurde zones van Jupiter zijn bijvoorbeeld kouder dan de donkere gordels, en zijn Grote Rode Vlek is een storm die tegen de klok in draait. Saturnus daarentegen, zegt O’Donoghue, “is veel kouder, dus die dingen vriezen er letterlijk uit. De bandvormige structuren die je op Jupiter ziet, verdwijnen als het ware op Saturnus. Het is gewoon een goudgele kleur.” Hij pauzeerde. “Het is leuk om ‘gouden’ te zeggen.” Het zou nauwkeuriger zijn om Saturnus een doffe geelbruine kleur te noemen.

Toen O’Donoghue en zijn adviseur, Tom Stallard, een universitair hoofddocent planetaire astronomie in Leicester, het erover eens waren dat ze duidelijke banden van H3+ op zes onverwachte breedtegraden op Saturnus zagen, was de volgende stap om uit te zoeken wat de oorzaak ervan was. De magnetische veldlijnen van Saturnus boden een aanwijzing. Stel je dat experiment voor dat je natuurkundeleraar op de middelbare school voordeed. Ze legde een rechthoekige magneet onder een vel wit papier en goot er ijzersnippers overheen. De snippers vormden twee bloemvormige lijnen die in elkaar overliepen in een afgerond patroon vanaf elk uiteinde, of pool, van de magneet. Net als de meeste planeten gedraagt Saturnus zich als een reusachtige versie van dat experiment. Zijn magnetische veldlijnen stromen van het binnenste van het ene halfrond van de planeet, de ruimte in, en weer rond in het andere halfrond.

De magnetische veldlijnen van Saturnus hebben ook een bijzondere eigenaardigheid: ze verschuiven aanzienlijk naar het noorden. De gloeiende banden die O’Donoghue had waargenomen, lagen bijna precies op de plek waar de magnetische veldlijnen van Saturnus door drie van zijn ringen liepen, en ze waren naar het noorden verschoven, wat betekende dat ze met de veldlijnen te maken moesten hebben. Het meest waarschijnlijke scenario was dat zonlicht, evenals plasmawolken afkomstig van kleine meteoroïde inslagen, ijzige stofdeeltjes in de ringen oplaadden, waardoor de magnetische velden ze konden grijpen. Terwijl de deeltjes langs de lijnen kaatsten en draaiden, kwamen sommige zo dicht bij de planeet dat zijn zwaartekracht ze de atmosfeer in trok.

Wat O’Donoghue toen nog niet wist, was dat jaren eerder, in 1984, de astrofysicus Jack Connerney de term “ringenregen” had bedacht. Aan de hand van gegevens die tussen 1979 en 1981 door de ruimtesondes Pioneer en Voyager waren verzameld, beschreef Connerney een waas van deeltjes op specifieke plaatsen, wat suggereerde dat er materiaal van de ringen naar beneden kwam. (H3+ was nog niet waargenomen in de ruimte.)

Zijn idee kreeg in die tijd niet veel aandacht. Maar toen O’Donoghue en Stallard in 2013 hun paper indienden bij het tijdschrift Nature, stuurden de redacteuren het manuscript naar Connerney voor zijn deskundige mening. “Ik kreeg dit paper ter beoordeling van de jonge kerel. Ik wist niet wie hij was,” zei Connerney toen ik hem op Goddard ontmoette. Connerney, die tegen die tijd jaren had gewerkt aan de Juno-missie naar Jupiter en de Maven-missie naar Mars, vertelde O’Donoghue over zijn in wezen vergeten paper.

“We hadden nog nooit gehoord van ‘ring regen’,” zei O’Donoghue, herinnerend aan zijn verbazing. “Het was begraven sinds de jaren ’80.”

Toen O’Donoghue’s paper werd gepubliceerd in Nature, was hij verbaasd over hoe snel zijn leven veranderde. Nieuwsverslaggevers van over de hele wereld bestookten hem met verzoeken om interviews. Prestigieuze astronomie centra maakten hem het hof. Dit was nogal een onstuimige verandering voor een man die nog maar een paar jaar daarvoor in een pakhuis had gewerkt, kratten sjouwend, nog niet zeker hoe hij kon ontsnappen aan de neerwaartse zwaartekracht van zijn eigen sombere opvoeding.

* *

“Ik heb niet een van die normale verhalen waarin ik als kind door een telescoop keek,” vertelde O’Donoghue me. Hij is jaloers op collega’s die wel zo’n verhaal hebben – verhalen die lijken op die van Jodie Foster in de film Contact. Donkere luchten, een heldere maan, een inspirerende vader die hen vertelt om naar de sterren te streven en nooit op te geven.

O’Donoghue’s vader verliet zijn leven toen hij 18 maanden oud was en nam nooit meer contact met hem op. “Niet eens een verjaardagskaart,” vertelde O’Donoghue me. Tot hij bijna 10 was, woonde hij met zijn moeder in Shrewsbury, Engeland, een schilderachtig stadje aan de rivier de Severn waar Charles Darwin werd geboren. In het oosten ligt een grote heuvel die volgens sommigen de inspiratie vormde voor J.R.R. Tolkiens Lonely Mountain – het hol van de draak Smaug. Het was geen sprookje voor de jonge James. De drugsverslaafde vriend van zijn moeder werd gewelddadig, en dus vluchtte ze met haar zoon naar een opvanghuis voor huiselijk geweld in Wales. “Iedereen die ik kende voor de leeftijd van 101/2 of zo werd buitengesloten,” zei hij.

O’Donoghue was verre van een ster leerling, en natuurkunde was zijn slechtste vak. Halverwege de A-levels – de twee jaar van cursussen die nodig zijn om toegelaten te worden tot een Britse universiteit – stopte hij en schreef zich in voor een vakschool. Hij ging in de leer in een fabriek die printplaten bouwde voor liftaandrijvingen. Ter bescherming tegen statische elektriciteit moest hij soms in een metalen kooi werken. “En dat is wat mijn toekomstige carrière zou worden,” zei hij. “Voor altijd in een kooi blijven en printplaten repareren.” Hij vertrok en nam een baan in een magazijn, waar hij containers van 40 voet loste. Hij werkte in de koeling van een melkfabriek en kwam terecht in een klein studio-appartement zonder verwarming en een plafond dat hij zich herinnert als “illegaal dun”.”

Op zijn 21e verjaardag besloten O’Donoghue en een paar vrienden het te vieren in Aberystwyth, een universiteitsstad aan de westkust van Wales. Het was “freshers week,” het begin van het schooljaar. “Iedereen was zo vriendelijk,” zei hij. “Het was de beste tijd van mijn leven.” De volgende dag ging hij online om uit te zoeken hoe hij zich kon inschrijven aan de Universiteit van Wales, Aberystwyth. Toevallig was een programma in planeet- en ruimtewetenschappen op zoek naar studenten met een onconventionele achtergrond – oudere studenten zoals O’Donoghue.

Op Aberystwyth ontdekte O’Donoghue dat hij van onderzoek hield, dat hij graag door de tien-inch telescopen op de campus keek. Hij kon ze thuis vanaf zijn computer op afstand bedienen, ze op de schaduwzijde van de maan richten en tot laat opblijven om naar meteoorinslagen te zoeken. “Ik werd verliefd op het idee om gewoon een kopje thee te drinken en de hele nacht in een observatorium te zitten.”

Dat deed hij een paar jaar later weer, toen hij werd toegelaten tot het astronomische graduate programma in Leicester. Na zijn promotie ging hij naar de Boston University, waar hij samenwerkte met Luke Moore, van het Center for Space Physics. Moore hielp O’Donoghue uit te vinden hoeveel water de ringen verloren: tussen 952 en 6.327 pond per seconde. Het midden van dat bereik zou genoeg zijn om elk half uur een olympisch zwembad te vullen.

In 2017 verhuisde O’Donoghue naar Maryland om bij Goddard te werken, precies rond de tijd dat het Cassini-ruimtevaartuig de allereerste directe metingen deed van materiaal dat de ringen van Saturnus verlaat. Cassini was uitgerust met een kosmische stofanalysator, die waterijs detecteerde in het gebied tussen de ringen en de atmosfeer van Saturnus. Terwijl het ruimtevaartuig met meer dan 75.000 mijl per uur door de ringen vloog tijdens een epische grote finale – 22 duiken door de 1200 mijl brede kloof tussen de planeet en zijn binnenste ring (D-ring) – detecteerde de kosmische stofanalysator de samenstelling, snelheid, grootte en richting van de deeltjes die in contact kwamen met het instrument. Hsiang-Wen Hsu, een lid van het Cassini kosmisch stof analyseteam, ontdekte dat de hoeveelheid water die de ringen verliet goed overeenkwam met de getallen van O’Donoghue en Moore. De ringen waren inderdaad aan het regenen.

De naaste buren van Saturnus – Jupiter, Uranus en Neptunus – hebben ook ringen, maar die vallen in het niet bij die van Saturnus qua diameter, massa en helderheid. “We begrijpen niet echt waarom Saturnus zo’n massief ringenstelsel heeft en de andere reuzenplaneten niet,” aldus Moore. Onderzoekers vragen zich nu zelfs af of de andere buitenplaneten die nu geen reuzenringen hebben, deze misschien lang geleden wel hadden, maar ze uiteindelijk zijn kwijtgeraakt. Deze geheel nieuwe manier van denken over de evolutie van planeten is slechts één van de spectaculaire implicaties van O’Donoghue’s ontdekking. Een andere is dat de ringen van Saturnus, het meest betoverende element in het zonnestelsel buiten de Aarde, misschien wel tien miljoen jaar oud zijn – miljoenen of zelfs miljarden jaren jonger dan eerder werd aangenomen. Als de vroegste gemeenschappelijke voorouders van apen en mensen door moderne telescopen naar de nachtelijke hemel hadden kunnen kijken, hadden ze misschien geen ringen rond Saturnus gezien.

* *

Op 17 december 2018 publiceerde NASA een persbericht over het nieuwe paper van O’Donoghue en Moore, waarin de gegevens van Cassini waren verwerkt. Met een zwembad aan materiaal dat elke 30 minuten de ringen verlaat, schatten O’Donoghue en Moore dat de ringen in ongeveer 300 miljoen jaar (geven of nemen) verdwenen zouden kunnen zijn. Tot overmaat van ramp ontdekte de Cassini-orbiter ook dat ringmateriaal nog sneller de atmosfeer instroomde bij de evenaar van de planeet – in een meer rechtlijnig patroon, met een snelheid van 22.000 pond of meer per seconde. Dat is de hoogste schatting, maar als dit een constante uitputting is – en het is onduidelijk of dat zo is – geeft de combinatie van de geschatte ringregen met de equatoriale afvoer de ringen een toekomstige levensduur van minder dan 100 miljoen jaar.

Toevallig was de dag waarop de NASA het persbericht publiceerde ook de eerste dag van Saturnalia, een oud feest waarop de Romeinen offers brachten aan de tempel van Saturnus. Een paar dagen later, zei O’Donoghue, zag hij een video op YouTube, al met duizenden views, waarin de ringenregen van Saturnus werd gekoppeld aan buitenaardse wezens, kernwapens, opwarming van de aarde, chemtrails en de Rothschilds. “Het is als, wow! Dit escaleerde snel,” zei O’Donoghue. “Kijk goed naar Saturnus voordat het te laat is,” waarschuwde Time magazine brutaal, “want het verliest zijn ringen.”

O’Donoghue vindt de onthullingen over de ringen ontzagwekkend genoeg zonder zijn toevlucht te nemen tot hyperbool. Hij merkt op dat het bestuderen van andere planeten een geweldige manier is om meer te leren over natuurwetten die we op aarde niet zo gemakkelijk kunnen waarnemen. “Het zijn net laboratoria in de ruimte,’ zei hij. “Als we de extreme interacties begrijpen die elders plaatsvinden, kunnen we onze natuurkunde op deze planeet controleren. Als we ons tot nu toe niet realiseerden dat het meest iconische element in de planetaire astronomie aan het verdwijnen is, wat weten we dan nog meer niet over de planeten? Wat weten we nog meer niet over onze eigen planeet?

Wat meer is, praktische ontdekkingen kunnen voortkomen uit een beter begrip van magnetische velden – misschien nieuwe vooruitgang in de gezondheidszorg beeldvorming die veel verder gaat dan magnetische resonantie beeldvorming, of ontwikkelingen op de schaal van smartphones of zonnepanelen. “Het is gewoon een enorm raster van informatie,” zei O’Donoghue. “Je weet nog niet hoe iets relevant zal worden.”

Still, het is moeilijk om te ontkennen dat mensen gefascineerd zijn door Saturnus om redenen die niets te maken hebben met praktische ontdekkingen. “Ik zal beweren dat de ringen van Saturnus een van de meest fantastische structuren zijn die je in het zonnestelsel kunt zien,” zei Hsiang-Wen Hsu, van het kosmische stofanalyseteam. “Net alsof je een piramide vindt, die ziet er zo groots uit, zo spectaculair. Je wilt weten wie het gebouwd heeft, hoe het gebouwd is en waarom het gebouwd is. Hetzelfde geldt voor de ringen van Saturnus.”

Eerder dit jaar verhuisden O’Donoghue en zijn vrouw, Jordyn, naar Tokio zodat hij kon beginnen aan een fellowship bij het Japan Aerospace Exploration Agency. In zijn vrije tijd maakt hij geanimeerde astronomievideo’s, die al meer dan twee miljoen keer zijn bekeken op YouTube. Ze laten van alles zien, van het kantelen en draaien van planeten tot de werkelijke tijd die een lichtstraal nodig heeft om van de zon naar elke planeet te reizen. Een van zijn animaties duurt vijf en een half uur. Voor O’Donoghue is alleen al het stimuleren van een gevoel van “Wow! Wetenschap!” zinvol. “Ik denk dat mensen altijd ontdekkingsreizigers zijn geweest,” denkt hij. “Zelfs als het alleen maar voor vermaak was, zou het de moeite waard zijn.”