Saturn - Ringsystem

von Emil Khalisi

Das Ringsystem des Saturn ist wohl das markanteste Merkmal des Planeten. Bis seine wahre Natur erkannt wurde, verstrichen mehr als zwei Jahrhunderte. Seit James Clerk Maxwell (1855) weiß man, dass der Ring kein festes, zusammengefügtes Gebilde sein kann, sondern eine Ansammlung von vielen kleinen Objekten. Eine andere Theorie, die aber zum selben Ergebnis führt, stellte Edouard Roche im Jahre 1850 auf, als er sich mit Auswirkungen von Gezeitenkräften auf Monde beschäftigte. Demzufolge sind sie Bruchstücke eines einstigen Mondes. Die Gesamtmasse des Rings wird auf etwa 1 Mimas-Masse geschätzt, eventuell auch mehr. Erst die beiden Voyager-Raumsonden und derzeit Cassini enhüllten seine verflochtene Struktur: Sie bestehen in der Tat aus vielen kleinen Teilchen, deren Größe zwischen einigen Hundert Metern und staubgroßen Partikeln variieren. In ihrer Gesamtheit nehmen sie bevorzugte Bahnen ein, die sich zu unzähligen Einzelringen zusammenfügen. Es gibt dichtere "Ringlets" wie auch ausgedehnte Lücken, Leerräume mit kaum Material. Weiterhin existieren Wellen, Scherungen, Verwirbelungen, Speichen (Spokes) und Resonanzen, die durch Monde verursacht werden. Die Vielfalt der Ringphänomene ist immer noch Bestandteil der Forschung. Man versucht, geeignete Modelle aufzustellen, um ihre Entstehung zu verstehen.

Als Giovanni Cassini innerhalb des Ringsystems ein dunkles Band entdeckte, begann man, die optisch dichteren Bereiche mit Buchstaben zu bezeichnen: A- und B-Ring, getrennt durch die sogenannte Cassini-Teilung (1675). Der nächste, der C-Ring, wurde 1850 von William und George Bond sehr dicht am Planeten registriert. Seine vertikale Dicke wird auf 5 Meter (!) geschätzt. Inzwischen unterteilt man sieben Regionen (von A bis G). Sie lassen sich in zwei Typen zusammenfassen: die optisch dichten Ringbereiche (C, B, A und F) und die eher transparenten Ringe (D, E und G). Die bekannten, dichten Ringe beginnen nur 13.000 km über der Wolkenobergrenze (1/1000stel Saturnradien) und erstrecken sich bis 140.000 km (2,3 Saturnradien).

Die unzähligen Einzelringe im A-, B- und C-Bereich sind das Ergebnis von gravitativen Einflüssen von Satelliten, allen voran von Prometheus, Pandora und den beiden koorbitalen Janus/Epimetheus. Sie sind sogenannte "Schäferhundmonde": Durch ihre Gravitationswirkung sammeln sie Teilchen und sorgen für Verdichtungen (Lindblad-Resonanzen). Gleichsam können sie auch Störungen hervorrufen, die die kleinen Massen auf eine andere Bahn ablenken (Kirkwood-Lücken). So kommt es, dass die Ringe in Wirklichkeit eine Ansammlung vielen Tausend scharf von einander abgegrenzten Einzelringen sind.

Obwohl jeder Brocken im Ring auf einer Keplerbahn um den Saturn kreist, gibt es beeindruckende Wechselwirkungen mit den Nachbarobjekten. Der winzige Mond Daphnis (Durchmesser: ca. 7 km) befindet sich inmitten der sogenannten Keeler-Lücke innerhalb des A-Rings. Bei seinem Vorbeizug entstehen vertikale und horizontale Wellen. Ihre Höhe beträgt etwa 1,5 Kilometer; dadurch sind sie 100-mal größer als die mittlere Dicke der A-Ringebene. Die Verdichtungen werfen sogar Schatten auf die Ringscheibe.

Der E-Ring ist ein sehr ausgehnter Staubring, der seine Existenz dem Eismond Enceladus verdankt. Dessen Geysire am Südpol schleudern eine große Menge an mikrometergroßen Partikeln in die Höhe, die dem Schwerefeld des Mondes entkommen. Sie verteilen sich dann entlang des Orbits wie auch in radialer Richtung. Dieser E-Ring weist eine Breite von insgesamt 300.000 km (zw. 3 bis 20 Saturnradien) auf, ist allerdings sehr dünn. Ein Ring von ganz anderer Konsistenz wurde 2009 mit dem Infrarot-Teleskop Spitzer entdeckt. Er befindet sich weit draußen in der Nähe des Mondes Phoebe und erstreckt sich in einer Entfernung zwischen 6 bis 12 Millionen km vom Saturn (im Mittel etwa 25-facher Mondabstand).

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