Saturn-Mission: Tiefe Blicke auf die Ringe und ihren Herrn

Der Ringplanet in voller Pracht — © NASA, JPL / SSI (Ausschnitt)

Ein gutes Jahr, nachdem die Raumsonde Cassini in die Umlaufbahn um den Planeten Saturn eingeschwenkte, präsentieren Forscher nun eine ganze Reihe ihrer Erkenntnisse rund um den Riesen und seine Ringe.

Wolken der tieferen Atmosphäre | Einiges los in der tieferen Atmosphäre: Indem Wissenschaftler die Wärme-Emission des Planeten als Hintergrundbeleuchtung nutzten, konnten sie Wolken dreißig Kilometer unter der äußeren Atmospäre des Ringplaneten sichtbar machen.

Ein tiefer Blick in die Saturn-Atmosphäre gelang Kevin Baines vom Jet Propulsion Laboratory und seine Kollegen auf pfiffige Weise: Sie nutzten die von Saturn selbst abgestrahlte Wärme als "Lichtquelle", um niedriger liegende Wolkenschichten abzubilden. So entdeckten sie nun dreißig Kilometer unter der normalerweise sichtbaren Hülle der äußeren Atmosphäre des Riesen alle Sorten von Wolken: ringförmig, rund, oval, groß wie klein. Sie bestehen nicht aus Ammoniak wie ihre äußeren Kollegen, sondern aus Wasser oder Ammoniumhydrosulfid und verhalten sich daher anders.

Da Cassini die Wolken über mehrere Tage hinweg verfolgte, konnten die Forscher auch die Windgeschwindigkeiten bestimmen: Offenbar bewegen sich die Gebilde etwa 275 Kilometer pro Stunde schneller vorwärts als die Wolken der äußeren Atmosphäre. Abgesehen von den einzelnen, isolierten Strukturen entdeckten die Forscher auch Wolkengürtel, wie sie in der äußeren Saturn-Atmosphäre häufig auftreten. In der Tiefe sind diese Bänder jedoch erheblich schmaler und zeigen auch Wirbelstrukturen, die an Konvektionszellen auf der Erde erinnern.

Temperaturprofile | Die Infrarotaufnahmen des A-, B- und C-Ringes offenbarten deutliche Temperaturunterschiede. Die Forscher schließen daraus, dass sich die Partikel darin langsamer um sich selbst drehen als bislang vermutet und daher nicht gleichmäßig von der Sonne aufgeheizt werden. "Hohe" Temperaturen von minus 163 Grad Celsius sind in rot, niedrige Temperaturen von minus 208 Grad Celsius sind in blau dargestellt; die anderen Farben stehen für die Werte dazwischen.

Auch die Ringe offenbarten Neues. So erstellten Forscher Temperaturprofile der Partikel in den drei Haupt-Ringen. Dabei enthüllten sie verblüfft, dass die Teilchen in den A- und B-Ringen eine minus 163 Grad Celsius "warme" und eine um mehrere Kelvin kältere Seite aufweisen. Sie müssen sich demnach deutlich langsamer um sich selbst drehen als bislang vermutet. Wissenschaftler hatten bisher angenommen, dass die Eispartikel in den dichten Ringen ständig miteinander kollidieren, sich dadurch laufend schnell um die eigene Achse drehen, damit von allen Seiten gleichmäßig von der Sonne bestrahlt und erwärmt werden und so eine einheitliche Temperatur aufweisen. Nun aber scheint es, dass die Teilchen pro Umlauf von 6 bis 14 Stunden vielleicht mehrmals, womöglich aber sogar nur einmal um sich selbst rotieren. Die Partikel erinnerten außerdem weniger an kleine Eisklumpen, sondern mehr an luftige Schneebälle, erklärte Linda Spilker vom Jet Propulsion Laboratory.

Der A-Ring ist zudem wohl weniger dicht als lang vermutet. Wie Larry Esposito von der Universität von Colorado in Boulder und seine Kollegen berichten, konnten sie in UV-Aufnahmen regelrechte Klumpen in dem Ring nachweisen. Die werden von der Gravitationskraft des Planeten ständig wieder zerrissen und neu zusammengeballt. Die Forscher konnten die bis zu lieferwagengroßen Klumpen entdecken, während der Ring vor Sternen vorbeizog und so von hinten durchleuchtet wurde.

Lang gesuchte Monde? | Klumpige Strukturen im F-Ring könnten die lang gesuchten Monde sein, die für einige Eigenheiten des Ringes zuständig wären. Zwei der Klumpen scheint Cassini schon mehrfach gesehen zu haben. Vielleicht handelt es sich aber auch um temporäre Zusammenballungen, die sich wieder auflösen. Um dies zu klären, müssen die Forscher versuchen, ein Objekt mehrmals sicher nachweisen zu können und eine Bahn ermitteln.
Das Bild oben links ist etwa 2000 Kilometer groß und wurde am 21. Juni 2005 aufgenommen. Oben rechts könnte es sich um dasselbe Objekt handeln (Aufnahme vom 29. Juni 2005). Unten links das Bild eines weiteren Objekts, das Cassini vielleicht mehrmals gesehen hat, aufgenommen am 2. August 2005. Unten rechts eine Aufnahme vom 13. April, die ein nicht wieder bestätigtes Objekt zeigt.

Ebenfalls ungewöhnliche Strukturen offenbarte der F-Ring: Auch in ihm stießen Wissenschaftler auf klumpige Strukturen. Ob es sich hierbei ebenfalls um ständig wechselnde Zusammenballungen handelt, die auch im F-Ring häufiger auftreten, oder vielleicht um kleine Monde, konnten die Forscher noch nicht klären. Zwei Objekte scheint Cassini jedoch bereits mehrmals gesehen zu haben, eines davon könnte sogar nicht einmal Bestandteil des Rings sein, sondern dessen Bahn nur kreuzen.

Spirale im F-Ring | Am inneren Rand des F-Rings stießen Forscher auf eine spiralförmige Struktur, die den Planeten umgibt. Wissenschaftler vermuten, dass er durch Materie entsteht, die Monde bei ihrer Passage durch den Ring herausschleudern.

Doch der F-Ring hatte noch mehr zu bieten: Die "Locken" in seinem inneren Rand bilden offenbar eine Spiralstruktur, die den Planeten umringt. Sebastien Charnoz von der Universität Paris spekuliert, dass der Spiralarm aus Teilchen entsteht, die Monde beim Passieren des F-Rings hinausschleudern. Insgesamt könnte der Ring daher sehr instabil sein.

Ein Bogen im G-Ring | Die Bildersequenz aus einer Entfernung von 1,7 Millionen Kilometern zeigt den schwachen Materie-Bogen im G-Ring. Die Einzelbilder wurden am 24. Mai 2005 im Abstand von 45 Minuten aufgenommen. Auf dem ersten Bild liegt der etwas heller leuchtende Bogen an der unteren "Kante" des Rings, in der Mitte direkt in der "Spitze" und im rechten Bild etwas oberhalb davon.

Einen weiteren, sehr schwachen Materie-Bogen haben Forscher auch im dünnen G-Ring entdeckt, der 170 000 Kilometer vom Planeten entfernt liegt. Das unterbrochene, heller leuchtende Ringsegment könnte ebenfalls auf einen verborgenen Mond zurückgehen oder aber Folge eines Meteoroiden sein. Zu guter Letzt stellten Wissenschaftler noch erstaunt fest, dass sich Teile des innersten Rings seit des Besuchs der Voyager-Sonde vor 25 Jahren verdunkelt und um 200 Kilometer nach innen bewegt haben. Womöglich ist daher auch der D-Ring bei weitem nicht so stabil wie vermutet. Die wenigen Partikel dort sind wie im G-Ring etwa staubkorngroß.

Am 7. September steht Cassini seine nächste Fotosession bevor: Die Raumsonde nähert sich wieder einmal Saturnmond Titan, diesmal auf etwa tausend Kilometer.