Ein gigantisches rätselhaftes Ringsystem

Von kalt bis superkalt: Die Temperaturen der Ringe werden in verschiedenen Farben gezeigt

Das Ringsystem des zweitgrößten Planeten unseres Sonnensystems ist gigantisch. Der Durchmesser des von der Erde aus sichtbaren Teils beträgt 280 000 Kilometer, das sind zwei Drittel der Entfernung Erde – Mond. Der sehr schwache E-Ring hat gar einen Durchmesser von 600 000 Kilometer. Seine vertikale Ausdehnung – zumindest der hellen inneren Ringe – liegt hingegen deutlich unter 1000 Meter.

Die Hauptringe wurden in der Reihenfolge ihrer Entdeckung mit den Buchstaben A, B, C, D, E, F und G bezeichnet. Jeder Hauptring besteht aus Hunderten bis Tausenden von Einzelringen.
Cassini hat bereits viele neue Einzelringe entdeckt. In sowie zwischen den Hauptringen könnten sich – neben den bereits bekannten 34 Monden – noch mehrere Monde versteckt halten. Diese Vermutung äußerten Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau, die an drei Instrumenten auf Cassini sowie Huygens beteiligt sind.

Das Ringsystem des zweitgrößten Planeten unseres Sonnensystems ist gigantisch. Der Durchmesser des von der Erde aus sichtbaren Teils beträgt 280 000 Kilometer, das sind zwei Drittel der Entfernung Erde – Mond. Der sehr schwache E-Ring hat gar einen Durchmesser von 600 000 Kilometer. Seine vertikale Ausdehnung – zumindest der hellen inneren Ringe – liegt hingegen deutlich unter 1000 Meter.

Die Hauptringe wurden in der Reihenfolge ihrer Entdeckung mit den Buchstaben A, B, C, D, E, F und G bezeichnet. Jeder Hauptring besteht aus Hunderten bis Tausenden von Einzelringen.
Cassini hat bereits viele neue Einzelringe entdeckt. In sowie zwischen den Hauptringen könnten sich – neben den bereits bekannten 34 Monden – noch mehrere Monde versteckt halten. Diese Vermutung äußerten Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau, die an drei Instrumenten auf Cassini sowie Huygens beteiligt sind.

Schäfer-Monde halten Ringe zusammen

Blick auf die Ringe von Cassini

Saturns Ringe weisen eine komplizierte Dynamik auf. Einige erscheinen, allen Gesetzen der Himmelsmechanik zuwider, zopfartig ineinander verflochten zu sein. Andere wiederum werden von kleinen Monden begleitet, den so genannten Schäferhund-Monden. Durch deren kreisende Umrundung üben sie eine gravitative und damit stabilisierende Wirkung auf Teile der Ringstrukturen aus. Sie halten damit die Partikel des Ringes zusammen, vergleichbar mit einem Schäfer, dessen Herde von seinen Hunden zusammengehalten wird.

Nahaufnahmen überraschen die Forscherwelt

Saturn’s rainbow rings
Details der Saturnringe im UV-Spektralbereich

Die Nahaufnahmen, die Cassini von den Ringen anfertigt, überraschen die Forscherwelt. Die in rosa, braun oder grau erscheinenden sandfarbenen Ringe sind unerwartet klar voneinander getrennt. „Die Bilder zeigen erstmals ganz deutlich, wie messerscharf die Ringsegmente bis zur Auflösungsgrenze an den Kanten abgeschnitten sind. Offenbar werden die kleinen Brocken, aus denen die Ringe bestehen, in eine strenge Ordnung gezwungen“, berichtete Michael Khan, Missionsanalytiker beim Europäischen Satellitenkontrollzentrum ESOC in Darmstadt und ergänzte speziell zu den Ringstrukturen: „Es ist erstaunlich, welche Ordnung dort im Wechselspiel von Magnet- und Gravitationsfeldern über Jahrmillionen geschaffen wurde.“ Die mit nur wenigen Hundert Metern extrem flachen Ringe bestehen aus Milliarden (Eis-)Partikeln unterschiedlichster Größe, vom Staubkorn bis zum Einfamilienhaus, von denen jedes den Saturn wie ein eigener kleiner Mond umkreist, wobei sich am äußeren Rand der Saturnringe mehr Eis befindet, als in den inneren Ringen. In reiner Form erscheinen sie weiß. Die Farbvariationen der Ringe sind auf im Eis enthaltene, noch nicht identifizierte, Materialien zurückzuführen. Dunkle Partikel könnten auch von den Überresten eines Mondes stammen.

Auffällig sei, so NASA-Wissenschaftler, das Vorhandensein großer Mengen Sauerstoff an den Rändern der Ringe. Zudem entdeckte Cassini mysteriöses Material, das laut NASA einer Substanz ähnelt, die auch auf dem Saturnmond Phoebe entdeckt wurde. Es soll sich hierbei um Fremdmaterial handeln, das nicht von unserem Sonnensystem stammt.
Mit Hilfe der Aufnahmen wollen die Wissenschaftler nicht nur die Zusammensetzung der Ringe genau feststellen. Sie hoffen auch, endlich Antworten auf die noch nicht eindeutig geklärte Genese der Ringe zu finden.

Riesige Mengen Sauerstoff

Die an der Cassini/Huygens-Mission beteiligten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Katlenburg-Lindau stellten auf einer Pressekonferenz am 17. Dezember ihre ersten Forschungsergebnisse vor.
Mit dem im fernen UV-Licht messenden Ultraviolet Imaging Spectrograph (UVIS) erfassen sie die im Saturnsystem vorkommenden Elemente. Dabei fiel das ultraviolette Leuchten von atomarem Sauerstoff auf, das sich in einer Ebene um den Saturn bis zu zehn Saturnradien in den Weltraum erstreckt.
Das UVIS Team um Axel Korth fand „eine Häufung atomaren Sauerstoffs im Bereich des E-Ringes bei 3,7 Saturnradien auf der sonnenabgewandten Seite des Planeten. Die Anzahl atomarer Sauerstoff-Atome war extrem hoch. Sie betrug bis zu vier Mal zehn hoch 34 Atome, was etwa 1 Million Tonnen Sauerstoff entspricht. Dieser Sauerstoff bildet sich relativ schnell und entweicht nach einigen Monaten ebenso schnell wieder in den interplanetaren Raum.“

Lösen sich die Ringe auf?

Das Flugmodell des Teilchenanalysators LEMMS

Ein weiteres Gerät vom MPS, das Magnetosphären-Teilchen-Experiment MIMI-LEMMS, untermauert das Ergebnis. MIMI-LEMMS ist ein komplexer Teilchenanalysator, der nicht sichtbare energiereiche Ionen und Elektronen nach Geschwindigkeit, Masse, Einfallsrichtung, Ladung und Energie in der Saturnmagnetosphäre untersucht. Die MPS-Wissenschaftler fanden heraus, dass in der scheinbar leeren Umgebung des Gasplaneten überwiegend geladene Wasser-Ionen – also Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindungen – umherfliegen. Diese Prozesse laufen, wenngleich mit unterschiedlicher Intensität, so doch permanent ab und sind daher von grundlegender Bedeutung.

Energiereiche Partikel, beispielsweise Elektronen, schlagen mit Geschwindigkeiten von bis zu 170 000 km/s – schneller als eine Gewehrkugel – auf die Ringmaterie ein und lösen so den Sauerstoff heraus. Norbert Krupp vom MPS sieht einen elementaren Zusammenhang: „Je mehr Teilchen rausgeschlagen werden, desto schneller verschwinden Teile des Ringsystems. Es gibt Anzeichen dafür, dass die Lebensdauer der Ringe sehr viel kürzer ist als man bislang angenommen hat. Es könnte sein, dass bereits in astronomisch kurzer Zeit, d.h. in einigen Millionen Jahren, einige der Ringsysteme nicht mehr existieren.“

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