Neue Analysen der Saturnringe zeigen, wie und wann sie hergestellt wurden, woraus sie entstanden sind und ob sie von Dauer sind.
Der Planet Saturn befand sich zwischen der Sonne und dem Cassini-Raumschiff und schützte das Raumschiff vor dem blendenden Licht der Sonne, als Cassini dieses Bild aufnahm. Cassini umkreiste den Saturn von 2004 bis 2017.
Von Vahe Peroomian, Universität von Südkalifornien - Dornsife College of Letters, Arts and Sciences
Viele träumen davon, was sie tun würden, wenn sie eine Zeitmaschine hätten. Einige würden 100 Millionen Jahre in die Vergangenheit reisen, wenn Dinosaurier die Erde durchstreiften. Nicht viele würden jedoch daran denken, ein Teleskop mitzunehmen, und wenn sie dies getan hätten, würden sie Saturn und seine Ringe beobachten.
Ob unser zeitreisender Astronom die Saturnringe beobachten kann, ist umstritten. Haben die Ringe in irgendeiner Form seit den Anfängen des Sonnensystems vor 4,6 Milliarden Jahren existiert oder handelt es sich um eine neuere Ergänzung? Hatten sich die Ringe sogar gebildet, als der Chicxulub-Asteroid die Dinosaurier ausgelöscht hatte?
Ich bin ein Weltraumwissenschaftler mit einer Leidenschaft für das Unterrichten von Physik und Astronomie, und Saturns Ringe haben mich immer fasziniert, als sie die Geschichte erzählen, wie die Augen der Menschheit für die Wunder unseres Sonnensystems und des Kosmos geöffnet wurden.
Unsere Sicht auf Saturn entwickelt sich
Als Galilei 1610 zum ersten Mal Saturn durch sein Teleskop beobachtete, sonnte er sich immer noch im Ruhm, die vier Monde des Jupiter zu entdecken. Aber Saturn verwirrte ihn. Als er den Planeten durch sein Teleskop betrachtete, sah er ihn zuerst als einen Planeten mit zwei sehr großen Monden, dann als einen einsamen Planeten und 1616 erneut durch sein neueres Teleskop als einen Planeten mit Armen oder Griffen.
Vier Jahrzehnte später schlug Giovanni Cassini erstmals vor, Saturn sei ein Ringplanet, und was Galileo gesehen hatte, waren unterschiedliche Ansichten von Saturns Ringen. Aufgrund der 27 Grad Neigung der Saturn-Rotationsachse relativ zur Ebene ihrer Umlaufbahn scheinen sich die Ringe im 29-jährigen Zyklus der Saturn-Umdrehung um die Sonne zur Erde hin und von dieser weg zu neigen, was der Menschheit eine sich ständig ändernde Sicht ermöglicht der Ringe.
Aber woraus bestanden die Ringe? Handelte es sich, wie einige vermuten, um feste Festplatten? Oder bestanden sie aus kleineren Partikeln? Als mehr Struktur in den Ringen sichtbar wurde, mehr Lücken gefunden wurden und als die Bewegung der Ringe um den Saturn beobachtet wurde, stellten die Astronomen fest, dass die Ringe nicht fest waren und möglicherweise aus einer großen Anzahl von Mondchen oder kleinen Ringen bestanden Monde. Gleichzeitig gingen die Schätzungen für die Ringdicke von Sir William Herschels 300 Meilen im Jahr 1789 auf Audouin Dollfus 'viel genauere Schätzung von weniger als zwei Meilen im Jahr 1966 zurück.
Das Verständnis der Astronomen für die Ringe änderte sich dramatisch mit den Pioneer 11- und Twin Voyager-Missionen zum Saturn. Voyagers berühmtes Foto der von der Sonne hinterleuchteten Ringe zeigte zum ersten Mal, dass die riesigen A-, B- und C-Ringe tatsächlich aus Millionen kleinerer Ringe bestanden.
Voyager 2-Falschfarbenbild von Saturns B- und C-Ringen mit vielen Ringen. Bild über die NASA.
Die Cassini-Mission zum Saturn, die mehr als ein Jahrzehnt damit verbracht hatte, den beringten Riesen zu umkreisen, bot den Planetenwissenschaftlern noch spektakulärere und überraschendere Aussichten. Das prächtige Ringsystem des Saturn ist zwischen 10 Metern und einem Kilometer dick. Die kombinierte Masse seiner Partikel, die zu 99,8 Prozent aus Eis besteht und von denen die meisten weniger als einen Meter (ungefähr einen Yard) groß sind, beträgt ungefähr 16 Billiarden Tonnen, weniger als 0,02 Prozent der Masse des Erdmondes und weniger als die Hälfte Masse des Saturnmondes Mimas. Dies hat einige Wissenschaftler dazu veranlasst zu spekulieren, ob die Ringe das Ergebnis eines Auseinanderbrechens eines Saturnmondes oder des Einfangens und Auseinanderbrechens eines streunenden Kometen sind.
Die Dynamik klingelt
In den vier Jahrhunderten seit der Erfindung des Teleskops wurden auch um Jupiter, Uranus und Neptun, die Riesenplaneten unseres Sonnensystems, Ringe entdeckt. Der Grund, warum die Riesenplaneten mit Ringen und Erde geschmückt sind und die anderen felsigen Planeten nicht, wurde erstmals 1849 von Eduard Roche, einem französischen Astronomen, vorgeschlagen.
Ein Mond und sein Planet befinden sich immer in einem Gravitationstanz. Der Erdmond verursacht durch Ziehen an entgegengesetzten Seiten der Erde die Gezeiten des Ozeans. Gezeitenkräfte wirken sich auch auf Planetenmonde aus. Wenn sich ein Mond zu nahe an einen Planeten wagt, können diese Kräfte den Schwerkraft- „Klebstoff“ überwinden, der den Mond zusammenhält und zerreißt. Dadurch wird der Mond zerbrochen und breitet sich entlang seiner ursprünglichen Umlaufbahn zu einem Ring aus.
Die Roche-Grenze, der minimale Sicherheitsabstand für die Umlaufbahn eines Mondes, beträgt ungefähr das 2,5-fache des Planetenradius vom Mittelpunkt des Planeten. Für den riesigen Saturn ist dies eine Entfernung von 87.000 km über den Wolken und entspricht der Position des äußeren F-Rings des Saturn. Für die Erde liegt diese Entfernung weniger als 10.000 km über ihrer Oberfläche. Ein Asteroid oder Komet müsste sich sehr nahe an die Erde wagen, um von Gezeitenkräften zerrissen zu werden und einen Ring um die Erde zu bilden. Unser eigener Mond ist eine sehr sichere Entfernung von 236.000 Meilen (380.000 km).
Das Künstlerkonzept des NASA-Raumschiffs Cassini, das kurz vor dem Abtauchen zwischen Saturn und seinen innersten Ringen steht, ist Teil des großen Finales der Mission. Bild über NASA / JPL-Caltech.
Die Dünnheit der Planetenringe wird durch ihre sich ständig ändernde Natur verursacht. Ein Ringteilchen, dessen Umlaufbahn in Bezug auf den Rest des Rings geneigt ist, kollidiert schließlich mit anderen Ringteilchen. Dabei verliert es Energie und setzt sich in der Ringebene ab. Im Laufe von Millionen von Jahren fallen alle diese fehlerhaften Partikel entweder ab oder geraten in eine Linie, so dass nur das sehr dünne Ringsystem übrig bleibt, das die Menschen heute beobachten.
Während des letzten Jahres seiner Mission tauchte das Cassini-Raumschiff wiederholt durch die Lücke von 7.000 km zwischen den Wolken des Saturn und seinen inneren Ringen. Diese beispiellosen Beobachtungen haben eine Tatsache sehr deutlich gemacht: Die Ringe ändern sich ständig. Einzelne Partikel in den Ringen werden ständig gegeneinander angerempelt. Ringteilchen regnen stetig auf den Saturn herab.
Die Hirtenmonde Pan, Daphnis, Atlas, Pandora und Prometheus mit einem Durchmesser von 8 bis 130 km hüten die Ringteilchen buchstäblich und halten sie in ihren gegenwärtigen Bahnen. Dichtewellen, die durch die Bewegung von Hirtenmonden in den Ringen verursacht werden, drängen und formen die Ringe um. Aus miteinander verschmolzenen Ringpartikeln bilden sich kleine Moonlets. All dies deutet darauf hin, dass die Ringe vergänglich sind. Jede Sekunde regnen bis zu 40 Tonnen Eis von den Ringen auf die Saturnatmosphäre. Das bedeutet, dass die Ringe nur einige zehn bis hundert Millionen Jahre halten können.
Könnte ein zeitreisender Astronom die Ringe vor 100 Millionen Jahren gesehen haben? Ein Indikator für das Alter der Ringe ist ihre Staubigkeit. Gegenstände, die dem Staub ausgesetzt sind, der unser Sonnensystem für längere Zeit durchdringt, werden staubiger und dunkler.
Die Saturnringe sind extrem hell und staubfrei. Dies scheint darauf hinzudeuten, dass sie sich vor 10 bis 100 Millionen Jahren gebildet haben, wenn die Astronomen richtig verstehen, wie Eispartikel Staub sammeln. Eins ist sicher. Die Ringe, die unser zeitreisender Astronaut gesehen hätte, hätten ganz anders ausgesehen als heute.
Vahe Peroomian, außerordentlicher Professor für Physik und Astronomie, Universität von Südkalifornien - Dornsife College of Letters, Arts and Sciences
Dieser Artikel wurde von neu veröffentlicht Die Unterhaltung unter einer Creative Commons-Lizenz. Lesen Sie den Originalartikel.
Fazit: Wie und wann wurden Saturns Ringe hergestellt, woraus und ob sie halten.
