Exkurs in die Geschichte: Der Planet mit der Hutkrempe

Christiaan Huygens
Christiaan Huygens, 1629-1695

Saturn gehört zu jenen fünf „Wandelsternen“, die mit bloßem Auge sichtbar und daher seit Jahrtausenden bekannt sind. Seiner markanten „Hutkrempe“ verdankt er eine Königsstellung innerhalb unseres Planetensystems.

Wen wundert es, dass Saturn im Altertum mit mythologischen Deutungen versehen wurde. Bei den Römern avancierte er zum Gott der Fruchtbarkeit und des Ackerbaus, der dem griechischen Gott und Titanen Kronos entspricht (nicht zu verwechseln mit dem Gott der Zeit, Chronos). Seine später entdeckten Monde wurden analog hierzu nach Figuren der griechischen Mythologie benannt.

Galilei und Huygens: Furcht vor der Kurie

Erst mit der Erfindung des Fernrohrs um 1600 setzte die wissenschaftliche Forschung über die Natur der Himmelskörper ein. Als Galileo Galilei den Planeten 1610 durch sein – noch mangelhaftes – selbst entwickeltes Fernrohr erstmals beobachtete, erinnerte ihn der Saturn an die Gestalt einer Zitrone. Zwei Jahre darauf und mit einem verbesserten Fernrohr versehen, nahm Galilei an den Seiten zwei seltsam wirkende gegenüberliegende „Henkel“ war, die er nicht interpretieren konnte.

Dies blieb dem holländischen Astronomen Christiaan Huygens (1629 bis 1695) vorbehalten, der gegen 1659 einen wundersam freischwebenden Ring sah. Huygens muss von seiner Entdeckung so erschrocken gewesen sein, dass er seine Beobachtungen in Geheimschrift niederlegte. Fürchtete er doch, in den Kerker zu gelangen, oder – wie Giordano Bruno – als Ketzer auf dem Scheiterhaufen zu enden, wenn er das durch Kopernikus und Galilei bereits in Wanken geratene fest gefügte geozentrische Weltbild der Kurie weiter erschüttern würde.

Bereits vier Jahre zuvor, 1655, hatte Huygens den größten Saturnmond, Titan, entdeckt. Nach ihm ist der ESA-Lander benannt, der 350 Jahre nach seiner Fernrohrbeobachtung die erste Sondierung vor Ort vornehmen soll.

Cassini entdeckt das Ringsystem

Giovanni Domenico Cassini, 1625-1712
Giovanni Domenico Cassini, 1625-1712

Ein weiterer zeitgenössischer Beobachter, der französische Astronom italienischer Abstammung Giovanni Domenico Cassini (1625 bis 1712) enthüllte 1676, dass es sich bei dem Saturnring nicht um ein einheitliches, durchgängiges Gebilde, sondern um ein aus zwei Einzelringen A und B bestehendes System handelt, das durch eine große Lücke unterbrochen wird.
Cassini, Direktor der Königlichen Pariser Sternwarte, entdeckte aber nicht nur jene berühmte große Lücke im Saturnring, die als Cassinische Teilung in die Annalen der Geschichte einging, sondern auch vier Saturnmonde: Tethys, Dione, Rhea und Iapetus. Cassini kann daher zu Recht als Entdecker des Saturnsystems bezeichnet werden. Zu Ehren dieses großen Astronomen hat die NASA ihre Raumsonde, die als erster künstlicher Mond das Saturnsystem umrundet, den Namen Cassini verliehen.

Mit den immer besser werdenden Teleskopen wurden weitere Ringe erkannt. Man unterscheidet insgesamt sechs große Ringe, die in der Reihenfolge ihrer Entdeckung mit den Buchstaben A bis F bezeichnet sind. 1837 entdeckte der deutsche Astronom Johann Franz Encke (1791 bis 1865) eine weitere Teilung des Ringsystems. Die innerhalb des A-Rings befindliche kleinere Lücke wird seitdem als Enckesche Teilung bezeichnet.

Die Roche-Grenze: Gezeiten zerreißen Monde

Trotz der Fortschritte blieben Herkunft und Natur der Ringe weiterhin rätselhaft. Die erste Aufarbeitung der Struktur der Saturnringe ist mit zwei bedeutenden Wissenschaftlern des 19. Jahrhunderts verknüpft: dem britischen Mathematiker James Clark Maxwell (1831 bis 1879) sowie dem französischen Mathematiker und Astronomen Edouard Albert Roche (1820 bis 1883).

Roche errechnete 1849 den Mindestabstand, in dem ein Mond seinen Planeten umkreisen kann, ohne durch Gezeitenkräfte zerrissen zu werden. Dieser Grenzwert ging in die Literatur als „Roche-Grenze“ ein. Auf den Grundlagen von Roche aufbauend gelang Maxwell der Nachweis, dass die Saturnringe aus feinen Partikeln bestehen müssen. Größere Materieteile würden sich wegen der Gezeitenwirkungen des Saturns letztendlich in Staub aufspalten, der sich jedoch aufgrund eigener Gravitationswirkungen nicht wieder zu kompakteren Körpern vereinigen könne. Ein grundlegendes Modell war damit aufgestellt.

Zum Erstaunen der Fachwelt ist dieses Modell bis zum heutigen Tag gültig. Nahezu fünfzehn Jahrzehnte später entdeckten Raumsonden bei drei weiteren Planeten unseres Sonnensystems – Jupiter, Uranus und Neptun – ebenfalls Ringsysteme. Gegenüber dem Saturn sind diese zwar wesentlich schwächer ausgebildet, aber sie folgen den von Roche und Maxwell gefundenen Gesetzmäßigkeiten und liegen innerhalb der Roche-Grenze.

Metallspäher entdecken Hunderte von Einzelringen

Zurück zum mit Abstand größten und eindrucksvollsten Ringsystem des Saturn, das zwischen 1979 und 1981 Besuch von drei Raumsonden erhielt. Zunächst passierte Pioneer 11 am 1. September 1979 in 20 800 km Entfernung das Mini-Sonnensystem des Saturns. Ihr folgten Voyager 1 am 12. November 1980 in 38 000 km sowie Voyager 2 am 26. August 1981 in 124 000 km Entfernung.
Die hochauflösenden Bilder der Raumsonden offenbarten eine Vielzahl von Überraschungen: Ein weiterer Hauptring „G“ sowie Hunderte von kleinen Einzelringen innerhalb eines jeden Hauptringes wurden gefunden, so dass das Ringsystem nunmehr aus etwa 1000 konzentrischen Ringen besteht und wie eine Schallplatte aussieht.

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