Zwei Saturnmonde tanzen aus der Reihe

Der äußerste Ring des Saturn und die Monde Prometheus und Pandora geben der Wissenschaft immer neue Rätsel auf

Prometheus und Pandora sind nicht nur Gestalten aus der griechischen Mythologie, sondern zwei der insgesamt 30 Monde (Vgl. Neue Himmelskörper in unserem Sonnensystem) des Saturn. Sie befinden sich auf dem äußersten, dem siebten Ring (auch: F-Ring) des riesigen Gasplaneten. Prometheus zieht an der Innenseite des F-Rings seine Bahnen, Pandora an der Außenseite. Wie ein Schäfer seine Herde, so hält das Mondpaar den Ring in seiner Position, weshalb sie auch Hirten- oder Schäfermonde genannt werden.

Bilder: NASA

Die Position eines Himmelskörpers lässt sich für jeden beliebigen Zeitpunkt berechnen. Doch Prometheus und Pandora, die Hüter des siebten Saturn-Rings, tanzen da aus der Reihe. Beide Saturn-Monde wurden 1980 von der Voyager 1-Mission entdeckt und auch während der Voyager 2-Mission fotografiert. Mit den Aufnahmen, die im Zuge der beiden Missionen im Abstand von neun Monaten entstanden, glaubte man, ihre Laufbahnen verlässlich herzuleiten - 14 Jahre lang. Denn dann stellte sich heraus, dass Prometheus und Pandora den Gesetzen der Himmelsmechanik zum Trotz zwischen 1981 und 1995 ihre Geschwindigkeit veränderten.

Im Frühjahr 1995 beobachtete ein Forscherteam des Lowell Observatory in Flagstaff/Arizona den Saturn und seine vielen Monde mit dem Hubble-Teleskop. Dabei stellten man fest, dass sich zwar Pandora genau auf der für sie berechneten Position befand, Prometheus jedoch 19 Grad hinter der vorhergesagten Position "hinterherhinkte". Das ist mehr, als durch Beobachtungsfehler erklärbar wäre. Der kleine Mond hatte sein Tempo offensichtlich verlangsamt, was nur bedeuten konnte, dass er ein Stück von Saturn weggedriftet war. Doch was war die Ursache?

Die Möglichkeit, dass Prometheus von einem kleinen Asteroiden oder Kometen getroffen worden war, erschien extrem unwahrscheinlich. Er konnte aber auch durch einen Begleitmond mit gleicher Umlaufbahn gestört worden sein. Carl Murray vom Queen Mary College der Universität London schlug eine andere Erklärung vor: Prometheus könnte mit einem von Saturn Ring interagiert haben. Der Hirtenmond bewegt sich normalerweise auf der Innenseite des F-Rings, in einer Entfernung von mehreren hundert Kilometern, so dass ihm dessen Schwerkraft nicht stören kann. Doch womöglich treffe er in regelmäßigen Abständen (19 Jahre) mit dem F-Ring zusammen.

1997 wurden Aufnahmen von Prometheus, die das Wellesley College in Massachusetts mit dem Hubble-Teleskop gemacht hatte, ausgewertet. Doch statt das Rätsel um Prometheus lösen zu können, entdeckte man, dass auch Pandora auf Abwegen war. Man stellte fest, dass Pandora alle 633 Tage schneller wurde und dabei leicht von ihrer durchschnittlichen Position abwich, dann aber wieder langsamer wurde und in ihre berechnete Bahn zurückglitt. Ein möglicher Erklärungsversuch: Pandoras Umlaufzeit beträgt zwei Drittel der Zeit, die Mimas, ein anderer, deutlich größerer Saturnmond, braucht. Wenn Pandora drei Umlaufbahnen gedreht hat, hat Mimas Saturn zweimal umrundet, so dass beide sich auf ihrer Flugbahn immer wieder an der selben Stelle begegnen und es zu einer so genannten Resonanz kommen könnte. Doch damit ergab sich eine neues Problem. Bei einer regelmäßigen Resonanz zwischen Pandora und Mimas müsste die dadurch bedingte Abweichung in Pandoras durchschnittliche Laufbahn miteinberechnet sein und dann hätte Pandora 1995 nicht dort gewesen sein können, wo sie fotografiert wurde.

Eine einzige Ursache, die das Verhalten beider Monde erklärt, scheint es nicht zu geben und genau das macht die Forscher so nachdenklich. Im vergangenen September lieferte das Hubble-Teleskop ein weiteres Mal verblüffende Bilder von den eigenwilligen Hirtenmonden: Prometheus und Pandora hatten ihre Bahn offensichtlich erneut verändert: Prometheus hatte seinen durchschnittlichen Abstand zu Saturn um einige hundert Meter vergrößert, während Pandora ihren Orbit um fast die gleiche Distanz verkleinert hatte.

Den Schimmer einer Erklärung bieten jetzt wie New Scientist berichtet, Computersimulationen, die in Boulder/Colorado gemacht wurden. In einem Modell mit Pandora-ähnlichen Orbits lassen sich gelegentlich plötzliche Veränderungen des Umlaufradius beobachten. Man vermutet, dass dies mit orbitalen Resonanzen mit weiteren Monden neben Mimas zusammenhängt. Doch für Prometheus greifen solche Erklärungen nicht und manche Forscher verzweifeln schier, weil in den beobachteten Fällen die Gesetze von Schwerkraft und Mechanik offenbar ihre Gültigkeit verloren haben. Schon der britische Physiker James Maxwell hatte 1857 über die Saturn-Ringe und ihre Rätsel gestaunt und prophezeit:

Simulation: F-Ring von Pandoras Oberfläche aus

We must either explain its motion on the principles of mechanics, or admit that, in the Saturnian realms, there can be motion regulated by laws we are unable to explain.Maxwell

Des Rätsels Lösung wird wohl noch eine Weile auf sich warten lassen. Doch Mitte 2004 wird die Cassini-Mission die Umlaufbahn von Saturn erreichen und vier Jahre lang Bilder schicken. Dann soll auch der F-Ring genauer in Augenschein genommen und die Positionen von Prometheus und Pandora genauer bestimmt werden. (Katja Seefeldt)

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