Sonnensystem: Entstehung junger Saturnmonde simuliert

Der Schatten des Mondes Pan auf dem A-Ring von Saturn — © NASA, JPL / SSI (Ausschnitt)

Riesenplaneten und ihre Monde sollten gemeinsam vor rund 4,5 Milliarden Jahren entstanden sein. Einige kleine Trabanten von Saturn sind jedoch weniger als zehn Millionen Jahre alt. Womöglich haben sich die Monde am Rand der Saturnringe gebildet – aus Eispartikeln, Geröll und Staub. Erst jetzt reichte die Rechenleistung aus, um ein solches Szenario erfolgreich im Computer nachzustellen.

Sébastien Charnoz von der Université Paris Diderot und seine Kollegen nutzten eine Kombination aus einem numerischen hydrodynamischen Modell, mit dem sie die Evolution der Saturnringe rekonstruierten, und einem analytischen Modell. Mit Letzterem verfolgten sie die Monde von ihrem Geburtsort bis hin zur jetzigen Umlaufbahn, wobei sie den Einfluss der anderen Ringe und von Saturn berücksichtigten. Insgesamt beobachteten sie das virtuelle Geschehen über einen Zeitraum von einer Milliarde Jahren.

Kleine Saturnmonde am Rand des Rings | Die kleinen Saturnmonde (hier weiß) kreisen am äußeren Rand, teils etwas innerhalb, teils knapp außerhalb der beiden Hauptringe des Gasriesen, also dem A- und B-Ring. Der A-Ring selbst ist die Heimat der Minimöndchen Pan und Daphnis. Forscher glauben nun besser erklären zu können, wie die verschiedenen Saturnbegleiter auf ihre recht unterschiedlichen Bahnen gelangen konnten. Die größeren Monde Mimas, Tethys und Enceladus (schwarz) sind nicht maßstabgetreu eingezeichnet.

Die mit dem hybriden Simulationsansatz erzeugten Monde kommen den Originalen auf Aufnahmen der Raumsonde Cassini sehr nahe – sowohl von ihrer Position innerhalb des Saturnrings als auch von ihrer Dichte. Zur Bildung der kleinen Monde könnte die Ausbreitung der Saturnringe über die so genannte Roche-Grenze geführt haben, spekulieren die Forscher um Charnoz. Außerhalb dieser Umlaufbahn dominieren die Gravitationskräfte eines Himmelkörpers über die Gezeitenkräfte und er ist stabil; innerhalb würde er dagegen auseinandergerissen.

Im Computermodell lag die Grenzregion rund 140 000 Kilometer von Saturn entfernt. Erreichte Ringmaterial diese Zone, konnte es sich zu kleinen Brocken anhäufen und nach außen wandern, wobei es immer wieder zu Zusammenstößen und Vereinigungen kam. Auf diese Weise wuchsen die Monde allmählich an. Damit könnten die Saturnringe die letzten Orte im Sonnensystem gewesen sein, in denen solche Akkretionsprozesse stattfanden, schreiben die Autoren.

Nahe der Roche-Grenze lief dieser Prozess allerdings nicht sonderlich effizient ab, so dass immer wieder Staub entwich, berichtet die Gruppe um Charnoz. Dieser könnte als Quelle für den F-Ring dienen, der sich ebenfalls in dieser Region des Saturnsystems befindet und dessen Ursprung bis heute umstritten ist.
Maike Pollmann

Charnoz S. et al.: The recent formation of Saturn’s moonlets from viscous spreading of the main rings. In: Nature 465, S. 752-754, 2010.