Saturn – Herrscher der Ringe und Spiralen

Internationales Forscherteam lüftet mit NASA-Orbiter Cassini das Geheimnis des saturnschen F-Rings

Lange Zeit galt er als geheimnisvollster Ring des komplexen Saturnringsystems: der F-Ring. Jetzt haben neuen Aufnahme der Cassini-Sonde Licht in das Dunkle des unorthodoxen Gebildes gebracht. Wie ein französisches und amerikanisches Astronomenteam in der aktuellen Ausgabe des US-Wissenschaftsmagazin Science berichten, hat der F-Ring eine völlig andere Struktur als bislang angenommen. Der F-Ring zeigt sich als einarmige Spirale, die sich mindestens dreimal um den Planeten windet.

"Die Saturnringe sind ein Symbol für all die exotischen und erstaunlichen Objekte im Kosmos. Je genauer die Beobachtungen wurden, desto mehr ist deren Zauber noch gestiegen", schwärmte jüngst der US-Astronom Joseph A. Burns von der Cornell-Universität in Ithaca (New York) von Saturn, dem zweitgrößten Planeten des Sonnensystems.

Cassini auf Hochtouren

Dass der Zauber, den Saturn seit jeher versprüht, derzeit ungeahnte Höhen erreicht, steht in direktem Zusammenhang mit dem bislang teuersten und aufwendigsten Unternehmen in der Geschichte der unbemannten Raumfahrt: der NASA-ESA-Mission Cassini-Huygens. Es ist ein von langer Hand vorbereitetes Unternehmen, das bereits im Jahr 1982 auf dem Reißbrett erste Konturen fand. Als die ESA-Sonde Huygens am 14. Januar 2005 auf dem größten und geheimnisvollsten Mond im Saturn-System Titan landete und dabei während einer vierstündigen Operationsphase spektakuläres Datenmaterial zur Erde funkte, arbeiteten die sensiblen Instrumente des Cassini-Orbiters längst auf Hochtouren.

Cassini-Aufnahme des F-Rings vom 15. November 2004. Bildauflösung: 27 Kilometer pro Pixel (Bild: NASA/JPL/Space Science Institute)

Seit Mitte letzten Jahres umkreist der Cassini-Roboter – zirka 1,3 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt – den sechsten Planeten des Sonnensystems. Seitdem bescheren uns die elektronischen Argusaugen der NASA-Sonde Farbaufnahmen von höchster Qualität. Mal fokussieren sie sich auf einen der 46 (bislang entdeckten) Monde, die sich entlang des fein strukturierten saturnschen Ringsystems ziehen. Ein anderes Mal richten sich die Cassini-Sensoren auf das komplexe Ringsystem selbst, das im Schnitt nur einige hundert Meter, an den dünnsten Stellen sogar weniger als 100 Meter dick ist (Durchmesser des gesamten Ringsystems: 350.000 Kilometer).

Obskurster aller Ringe

Das in der Saturn-Äquatorebene eingebettete ästhetische, scheibenartige Natur-Kunstwerk ist höchstens einige hundert Millionen Jahre alt. In ihm treiben Myriaden von schmutzigen Staub- und Eisteilchen, die im Durchmesser millimeter- bis einige Meter umfangreich, vereinzelt sogar hausgroß sind.

Falschfarbenaufnahme des F-Rings aus anderer Perspektive (Bild: NASA/JPL/Space Science Institute)

Derzeit unterscheiden die Forscher sieben große Hauptringe, die in der Reihenfolge ihrer Entdeckung mit den Buchstaben A bis G katalogisiert wurden. Sie sind unterschiedlich breit und dick und setzen sich selbst wiederum aus Hunderten kleiner, konzentrischer Ringe zusammen, die zum größten Teil aus Wassereis bestehen, teils auch Spuren von molekularen Sauerstoffionen enthalten. Als obskurster aller Ringe gilt der so genannte F-Ring, ein schmales, außerhalb der großen berühmten Ringe gelegenes Band. Bereits die Forschungssonden Voyager 1 und Voyager 2 offenbarten vor einem Vierteljahrhundert, dass der F-Ring wie kein anderer sein Aussehen zeitweilig verändert. Oft zeigt er sich auf Bildern riffel-, zacken- oder sogar zopfartig. Noch bis vor kurzem rätselten die Planetenforscher über die Ursache dieses wechselhaften Phänomens.

Einarmige Spirale

Jetzt berichten französische und amerikanische Wissenschaftler um den Astronomen Sebastien Charnoz von der Universität in Paris in der aktuellen Ausgabe der Wissenschaftspublikation Science von einer auf Cassini-Daten beruhenden Entdeckung, die ein wenig mehr Licht in das bislang geheimnisumwitterte Ringsystem des Gasriesen bringt.

Cassini-Aufnahme des Saturnmond Pandora vom 5. September 2005. Distanz: 52.000 Kilometer. Durchmesser des Mondes: 84 Kilometer (Bild: NASA/JPL/Space Science Institute)

Als Charnoz und sein Team den F-Ring des Gasriesen genauer unter die Lupe nahmen und die Cassini-Aufnahmen zu einer Folge kombinierten, die sich über eine volle Umrundung um den Planeten erstreckt, machten sie eine überraschende Entdeckung: Entgegen bisheriger Beobachtungen ist der F-Ring kein klassisch komplexer aus mehreren konzentrischen Kreisen bestehender Hauptring. Nein, bei den dünneren Teilen des Rings handelt es sich nicht um getrennte Strukturen, wie man bislang angenommen hatte. Vielmehr präsentiert sich der F-Ring als einarmige Spirale, die sich mindestens dreimal um den Planeten windet. Anders gesagt: Die einzelnen Teile des F-Rings hängen in Form einer mehrreihigen Spirale zusammen.

Möglicherweise ist die spiralförmige, rotierende Struktur Anfang 2004 entstanden, als ein winziger Begleiter des Saturn beim Durchtritt durch den F-Hauptring Material aus diesem herausschleuderte. Vielleicht zog ein kleiner Mond durch den Ring und verformte infolge seiner Gravitation die Struktur des F-Ringes, woraus sich dann allmählich die rotierende Spirale bildete.

Hubble-Echtfarbenaufnahme von Saturn (Bild: NASA/Hubble)

Die Saturnmonde Prometheus und Pandora beispielsweise kommen als Kandidaten nicht in Frage, da ihre Bahnen nicht tief genug in den Ring hineinreichen. Auch der jüngst entdeckte Mond S/2004 S6 in dieser Region verfügt nicht über genügend Masse, um die beobachtete Verzerrung im F-Ring zu verursachen. Ergo muss der Übeltäter nach Ansicht der Astronomen ein anderer gewesen sein – möglicherweise ein massereicher Asteroid, der zufällig diese Zone im Ringsystem Saturns passierte.

http://www.heise.de/tp/artikel/21/21438/1.html