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Astronomie+Physik

Saturnmond in Fetzen

Astronomen haben Indizien für eine gewaltige Kollision im Saturn-System gefunden. Die Ringe könnten die Trümmer eines zerborstenen Mondes sein.

Es war ein spannender Moment, als die Raumsonde Cassini im Juli 2004 mit einer Vollbremsung in die Umlaufbahn Saturns einschwenkte und dabei nahe an seinen Ringen vorbeikam. Denn es war der engste Kontakt der Saturnsonde mit den Ringen des Riesenplaneten. „Eine einmalige Gelegenheit für die Bordkamera, die bisher unerforschten feinsten Ringstrukturen zu untersuchen“, erklärt Frank Spahn, der die Cassini-Bilder mit auswertet.

Spahn, Physiker an der Universität Potsdam, beschäftigte besonders eine Frage: Sausen zwischen den kleineren Ringteilchen auch stattliche Riesenbrocken in Wolkenkratzerformat herum? Die Brocken, die den Gasplaneten auf engen Orbits umkreisen, messen zwischen einem Zentimeter und zehn Meter. Das hatten Planetenforscher bei der Auswertung der Daten der Voyager-Sonden herausgefunden, die schon Anfang der Achtzigerjahre Saturn besucht hatten. Auch Saturnmonde von wenigen Kilometern Durchmesser, also immerhin vom Ausmaß kleiner Planetoiden, konnten Raumsonden innerhalb der Ringe nachweisen: etwa den Mond Pan, der in der Encke-Teilung kreist, oder der 2005 von Cassini entdeckte Daphnis. Über mittelgroße Ringkörper der 100-Meter-Klasse, so genannte Moonlets oder Minimonde, wurde bis dahin nur spekuliert.

Als Cassini an diesem Juli-Tag die unbeleuchtete Unterseite der Ringe passierte, gelangen zwei spektakuläre Aufnahmen, die vier S-förmige Muster in dem äußeren der beiden Hauptringe zeigen, dem A-Ring. Sie sind zwei- bis dreifach heller als die umliegende Ringregion und heben sich daher deutlich von ihr ab. Spahn begeistert sich noch heute: „Mir fiel es wie Schuppen von den Augen, als ich die Fotos zu Gesicht bekam.“ Der Potsdamer erkannte genau solche propellerartigen Strukturen, wie er sie vorhergesagt hatte: Falls die 100-Meter-Ringbrocken existieren, das hatten seine Rechnungen ergeben, dann müssen sie die übrigen Ringpartikel in einer mehrere Kilometer großen Umgebungszone stören. Und das sollte über komplizierte Wechselwirkungen zur Ausbildung von Propeller-Strukturen führen.

Die anziehende Schwerkraft und ständige Kollisionen zwischen Ringpartikeln sind die entscheidenden Kräfte, die die Saturnringe formen. Gemeinsam kreisen dort die Minimonde und die kleinen Ringpartikel im gewaltigen Schwerefeld des Riesenplaneten. „Diese gegenseitige Gravitation sorgt für ein Wegdriften der Ringteilchen von den Minimonden, auch wenn man intuitiv das Gegenteil erwartet“, erklärt Spahn. Dabei beginnt sich eine Lücke zu öffnen, die den ganzen Ring aber nur dann durchzieht, wenn der störende Brocken groß genug ist. Denn auf ihren Umlaufbahnen stoßen die Ringteilchen immer wieder zusammen – pro Umlauf zehn bis hundert Mal.

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Die Folge der ständigen Rempelei: Materie aus dichter bevölkerten Ringregionen wird immer wieder in Zonen mit geringerer Dichte gelenkt, also auch in die Lücken. Schließlich umgibt die Minimonde ein stabiles Muster aus Ringteilchen: ein Propeller.

Anders bei größeren Störenfrieden im Ring: Ab einem Durchmesser von etwa einem Kilometer reißt ein Mond eine bleibende Ringlücke entlang seiner gesamten Umlaufbahn auf. Beispiele dafür sind Pan, auf dessen Konto die Enke-Teilung geht, und der jüngst entdeckte Mond Daphnis. Bei Minimonden reicht es dafür nicht – aber sie hinterlassen ihren Propeller als dauerhaften „Fingerabdruck“ im Ring. Die Moonlets selbst sind zwar zu klein für Cassinis Kamera, doch die Propeller-Aufnahmen belegen nun eindeutig die Existenz dieser Brocken.

Auch wenn Cassini bisher nur vier Exemplare ins Netz gingen, sind die wohl kaum eine Seltenheit. Denn die Fotos lichten nur einen winzigen Ausschnitt des gewaltigen A-Rings ab. Schätzungsweise einige zehn Millionen Minimonde dürfte es dort geben. Auch die kilometergroßen Monde sehen die Forscher in neuem Licht: „Pan und Daphnis, das zeigt die Entdeckung der mittelgroßen Körper, sind wahrscheinlich die größten Mitglieder in der Population der Ringkörper“, meint Matthew Tiscareno von der amerikanischen Cornell University. Für unwahrscheinlich hält es der Astronom, dass Saturn die beiden quasi auf der Durchreise eingefangen hat.

Der Minimond-Fund, dessen Einzelheiten kürzlich ein Autorenteam um Tiscareno in der Wissenschaftszeitschrift „nature“ schilderte, kann auch die Geschichte des spektakulären Planetenrings erhellen. Schon die beiden Hauptringe, also der A- und B-Ring, haben gewaltige Ausmaße: Zusammen kommen sie auf einen Durchmesser von 270 000 Kilometern. Das entspricht etwa 70 Prozent der Distanz zwischen Erde und Mond. Gemessen daran sind sie hauchdünn, nur 10 bis 100 Meter. Und: Sie bestehen hauptsächlich aus Wassereis.

Zu ihrer Entstehung diskutieren Frank Spahn und sein Potsdamer Kollege Jürgen Schmidt zwei konkurrierende Theorien:

• Einerseits könnten sie Reste aus der Urzeit des Sonnensystems sein, als sich Saturn zum Planeten verdichtete. Wegen der starken Saturn-Gezeiten und häufiger Kollisionen der Planetenbausteine miteinander konnten sie nicht zu einem Mond zusammenbacken.

• Oder aber die Ringe sind das Ergebnis eines gewaltigen Zusammenpralls viel jüngeren Datums. Ein Komet oder ein Planetoid aus anderen Regionen des Sonnensystems zerstörte dabei einen Mond, der einst nahe bei Saturn kreiste. Der Crash ließ hochhausgroße Trümmer zurück.

Bis heute sind die Saturnringe ein Ort beständigen Wandels, wo Wachstum und Zerbersten von Ringkörpern auf der Tagesordnung stehen. Bei langsamen Kollisionen können Ringpartikel zu größeren verschmelzen – Planetologen sprechen von Akkretion. Diese Ansammlung von Materie hat jedoch Grenzen hinsichtlich Zeit und Effektivität: Die Minimonde können kaum auf diesem Weg entstanden sein, ist Tiscareno überzeugt und wertet das Ganze als starkes Indiz für eine katastrophale Ringgeburt. Dafür sprechen auch die Cassini-Aufnahmen.

Unklar ist, wie sich die kosmische Karambolage ereignet haben soll – und wann. Astronomen fragen sich auch, wie der einstige Trabant wohl ausgesehen hat, bevor sein letztes Stündlein schlug. Einen Hinweis darauf gibt die Gesamtmasse der Saturnringe: Die ganze Ringmaterie zusammen genommen ergibt einen Körper etwa so groß wie der heutige Saturnmond Mimas. Der misst zwar fast 400 Kilometer, trotzdem ist er im Okular irdischer Teleskope nur ein unscheinbarer Lichtfleck nahe der Ringkante. Als Ring ist der zerborstene Unglücksmond also viel imposanter, als er es als zweitklassiger Mond je hätte sein können. ■

THORSTEN DAMBECK ist promovierter Physiker und freier Wissenschaftsautor in Berlin. In bdw berichtet er regelmäßig über neue Entdeckungen im Sonnensystem.

Thorsten Dambeck

Ohne Titel

• Die Propeller-Strukturen im Ringsystem des Saturn sprechen für die Existenz bislang unbekannter Minimonde. • Die Ringmaterie besitzt insgesamt nicht mehr Masse als der 400 Kilometer große Saturnmond Mimas.

• Größere Monde erzeugen dauerhafte Lücken in den Ringen, Minimonde prägen Propellerstrukturen hinein.

COMMUNITY Lesen

Der Ringplanet und die Cassini-Huygens-Sonde:

Dirk H. Lorenzen

Mission: Saturn

Franckh-Kosmos, Stuttgart 2005, € 19,95

Übersicht über die Cassini-Mission:

Harro Zimmer

SATURN

Primus Verlag, Darmstadt 2006, € 29,90

Internet

NASA-Seiten der Cassini-Mission:

saturn.jpl.nasa.gov/home/index.cfm

Viele Fotos von Saturn, seinen Ringen und Monden:

ciclops.org

Webseite der Cassini-Huygens-Mission auf deutsch:

www.dlr.de/saturn/

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