Saturn - Aufbau

von Emil Khalisi

Über das Innere des Saturn weiß man relativ wenig. Vieles stammt aus Modellrechnungen, die ein mögliches Druck- und Dichteprofil ergeben. Der innerste Bereich ist vermutlich ein Gesteinskern mit einer Masse zwischen 9- und 20-facher Erdmasse. Dieser Kern macht mehr als 20% der Gesamtmasse aus; bei Jupiter beträgt der Anteil des Kerns nur 6%, allerdings ist dessen Wolkenschicht sehr viel mächtiger und enthält dazu noch viel mehr schwerere Elemente. Die über dem Saturnkern liegenden Stoffe sind fast ausschließlich leichte Gase. Sie senken die mittlere Dichte des Planeten soweit herab, dass diese 0,69 g/cm3 beträgt.

Im Inneren steht der Wasserstoff unter so hohen Drücken, dass er einen metallischen Aggregatzustand annimmt. Er ist dann supraleitend. Zusammen mit der Rotation des Planeten erzeugt der metallische Wasserstoff ein Magnetfeld nach dem Dynamo-Prinzip. In den höheren Bereichen, wenn der Druck abgenommen hat, geht der metallische Wasserstoff ohne scharfe Grenze in den gasförmigen Zustand über. Dies ist etwa bei der Hälfte des Saturnradius der Fall. Die obere Hälfte besteht aus 96% Wasserstoff und 3% Helium, das restliche Prozent machen schwere Elemente aus. Dies erklärt die geringe Dichte des Saturn. Bei Jupiter finden sich im Vergleich hierzu immerhin noch 5 Prozent schwere Elemente, und der Anteil an Helium, das bekanntlich viermal schwerer als Wasserstoff ist, beträgt rund 25%. Die Elementhäufigkeiten sind beim Saturn nicht genau bekannt.

Saturn strahlt etwa 2,5-fach mehr Wärme ab, als er von der Sonne bekommt. Die Ursache ist sein langsames, langfristiges Schrumpfen, ein Relikt aus seiner Entstehungszeit. Dabei wird Gravitationsenergie in Wärmeenergie umgewandelt, die an der Wolkenobergrenze ins All abgestrahlt wird.

Wie es sich für einen Gasriesen gehört, rotiert der Saturn differenziell, d.h. in Äquatornähe dreht er sich schneller (10h 14m) als in den Polregionen (10h 39m). Die Wolkenoberfläche ist farblich weniger deutlich ausgeprägt als bei Jupiter, doch es gibt genauso Windzonen und Wirbelstürme. Die Windgeschwindigkeiten betragen 1800 km/h und sind sogar höher und unter Umständen langlebiger als bei Jupiter. Eine kleine Besonderheit ist der "Große Weiße Fleck", ein Wirbel, der anscheinend während eines Saturnjahres (30 Jahre) einmal auftaucht und wieder verschwindet. Berichten zufolge wurde er 1876, 1903, 1933 und 1960 gesichtet. 1990 konnte auch das Hubble Space Telescope ihn ausmachen.

Zu den mysteriösesten Begebenheiten zählt das sogenannte Hexagon am Nordpol des Planeten. Bereits 1980 und 1981 von den beiden Voyager-Sonden entdeckt, tauchte es im Jahre 2006 auf den Aufnahmen der Raumsonde Cassini wieder auf (Abb. links). Es rotiert zusammen mit den Polarwinden und erstreckt sich anscheinend mehr als 100 Kilometer unter die Wolkenschicht in die Tiefe. Als Erklärung wurde die Überlagerung von mehreren Scherwellen vorgeschlagen, doch seine tatsächliche Entstehung wie auch seine Stabilität ist bislang nicht verstanden.

Das Magnetfeld des Saturn ist deutlich schwächer als bei Jupiter -- etwa 1/20 so stark. Bemerkenswert ist, dass die Dipolachse fast mit der Rotationsachse des Planeten übereinstimmt. Im Detail ist die Struktur der Magnetfelds äußerst komplex, da geladene Teilchen im Ring es verzerren und das Sonnenwindplasma mit dem magnetischen Geflecht wechselwirkt. Auf der sonnenzugewandten Seite bildet sich eine magnetische Stoßfront (Bowshock) aus, die die Sonnenwindteilchen über die Pole lenkt. Dieser Bowshock reicht etwa 20 Saturnradien RS ins All hinaus, also etwa bis zum Titanorbit. Wegen der Dynamik kann die Magnetosphäre gelegentlich bis 12 RS komprimiert werden. Wie bei der Erde und Jupiter bildet sich auf der entgegengesetzten Seite ein magnetosphärischer Schweif aus, der weit ins All hinausreicht.

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