Am 15. September 2017 verglühte die Raumsonde Casssini in den tieferen Schichten der Saturnatmosphäre. Mehr als 13 Jahre lang umrundete sie den Ringplaneten auf stets wechselnden Bahnen und konnte dabei den Planeten selbst, sein prächtiges Ringsystem und viele seiner mehr als 60 Monde aus der Nähe inspizieren. Mehr als 450 000 Bilder sandte Cassini zur Erde zurück und mit ihren rund ein Dutzend Messgeräten erkundete die Sonde den Planeten im Detail.

Huygens landet auf Titan

Am 14. Januar 2005 setzte Huygens, die von der Europäischen Raumfahrtbehörde ESA entwickelte und gebaute Tochtersonde von Cassini, sanft auf der Oberfläche des größten Saturnmonds Titan auf. Damit gelang der ESA die erste Landung auf einem Himmelskörper im äußeren Sonnensystem. Titan ist der einzige Mond mit einer dichten Atmosphäre. Sie enthält kompakte Dunstschichten, die im sichtbaren Licht jeglichen Blick auf die Oberfläche verwehren. Somit war die Landung von Huygens ein wahrer Flug ins Unbekannte. Die Sonde war sogar darauf ausgelegt, in einem Meer aus flüssigem Methan schwimmen zu können. Huygens übermittelte während seines Abstiegs Aufnahmen der festen Titanoberfläche und nahm auch nach seiner Landung Bilder auf. Letztere erinnerten an Aufnahmen eines irdischen Trockentals mit abgerundeten Felsbrocken aus feinerem Material; Huygens war offenbar in einem ausgetrockneten Flussbett gelandet. Allerdings mit dem Unterschied, dass die "Steine" aus Wassereis bestehen.

Aktiver Vulkanismus auf Enceladus

Schon bei den Vorbeiflügen der beiden Voyager-Raumsonden Anfang der 1980er Jahre war den Planetenforschern aufgefallen, dass der nur rund 500 Kilometer große Saturnmond Enceladus eine im Wortsinn schneeweiße Oberfläche aufweist. Schon damals vermuteten sie, dass der Mond geologisch aktiv sein könnte und somit seine Oberfläche ständig erneuert. Die Bestätigung kam im Jahr 2005, als Cassini erstmals eine helle Wolke fotografierte, die vom Südpol des Monds ausging. Spätere Detailaufnahmen enthüllten, dass sich die Aktivität auf vier große Verwerfungen in der Eiskruste konzentriert. Sie erhielten den Spitznamen "Tigerstreifen", da sie an die Wetzspuren von Tigerklauen im Holz von Bäumen erinnern. In diesen Tälern brechen an Hunderten von Stellen eng begrenzte Strahlen aus Wasserdampf hervor, die feinste Eispartikel mit sich reißen. Sie bewegen sich so schnell, dass sie das schwache Schwerefeld von Enceladus verlassen und sich im weiten Umfeld seiner Umlaufbahn ansammeln. Dort bilden sie den riesigen, aber äußerst dünnen E-Ring des Saturns.

Methanmeere auf Titan

Untersuchungen aus der Umlaufbahn und von der Landesonde Huygens bei ihrem Abstieg zur Oberfläche zeigten, dass die überwiegend aus Stickstoff bestehende Gashülle des Saturnmonds Titan stark mit Methan übersättigt ist. Da aber die ultraviolette Strahlung der Sonne Methan in kurzer Zeit zersetzt, muss es ständig nachgeliefert werden. Die einfachste Erklärung hierfür waren große Ansammlungen flüssigen Methans auf der Oberfläche. Glücklicherweise ist die Dunstschicht in der Titanatmosphäre bei bestimmten infraroten Wellenlängen transparent und erlaubt einen direkten Blick auf die Oberfläche. Zunächst konnten die Planetenforscher auf der Südhalbkugel des Monds einen Methansee ausmachen, der etwa die Größe des Lake Ontario in Nordamerika aufwies und deshalb nach diesem "Ontario Lacus" genannt wurde. Später fanden sich dann auf der Nordhalbkugel riesige "Gewässer", deren größtes, das Kraken Mare, etwa die Größe des Kaspischen Meers erreicht.

Mit der Cassini-Mission befasst sich auch die ­neueste Folge "Final Countdown am Saturn – Abschied von Cassini" unserer Videoreihe AstroViews.

Der schwarz-weiße Mond Iapetus

Der äußere Mond Iapetus wurde im Jahr 1671 von Jean-Dominique Cassini entdeckt, dem Namenspatron der Cassini-Mission. Schon ihm fiel auf, dass Iapetus auf der einen Seite von Saturn leicht zu sehen war, während er in anderer Stellung kaum sichtbar war. Bereits Cassini vermutete, dass Iapetus eine helle und eine dunkle Hemisphäre aufweist. Dies wurde auf den ersten groben Bildern der beiden Voyager-Raumsonden bestätigt, aber erst Cassini lieferte Aufnahmen, die den bizarren Mond in voller Schönheit zeigen. Tatsächlich ist die Bugseite, also die in "Fahrtrichtung" liegende Hemisphäre des Monds, so dunkel wie Kohle. Dagegen wirft die Heckseite rund 60 Prozent des Sonnenlichts zurück, ist damit etwa so hell wie leicht eingestaubter Schnee. Der Grund für die dunkle Bugseite ist, dass sich auf ihr dunkler Staub von den äußeren kleinen Saturnmonden abgelagert hat. Dieser erwärmt sich durch die Sonneneinstrahlung stärker als die helle Rückseite. Über Milliarden von Jahren sublimierte immer mehr Eis auf der dunklen Seite, wobei sich die dunklen Bestandteile aus dem Eis des Monds ansammelten. So entstand schließlich die pechschwarze Bugseite.

Hyperion, der "schwammige" Saturnmond

An eine pockennarbige Kartoffel erinnert der Saturnmond Hyperion, dessen Orbit zwischen den Bahnen von Titan und Iapetus liegt. Er ist bis zu 360 Kilometer lang und von Abertausenden von Einschlagkratern übersät. Sie verleihen dem Mond das Aussehen eines grobporigen Schwamms. Zudem ist seine mittlere Dichte nur etwa halb so hoch wie diejenige von Wassereis. Hyperion ist also auch im Inneren sehr porös. Die äußerst unregelmäßige Form von Hyperion ist ein Indiz dafür, dass dieser Mond der Überrest eines einstmals sehr viel größeren Himmelskörpers sein könnte, der bei einer heftigen Kollision zum großen Teil zerstört wurde. Dazu passt auch, dass Hyperion chaotisch auf seiner Umlaufbahn taumelt. Bei der Planung von Aufnahmen konnten somit die Forscher nie voraussagen, welche Seite von Hyperion Cassini wohl fotografieren würde.

Sechseck am Nordpol

Als eine einzigartige Struktur im Sonnensystem gilt das polare Hexagon auf der Nordhalbkugel von Saturn. Es ist exakt auf die Rotationsachse von Saturn zentriert und erstreckt sich über etwa die zweifache Breite der Erde. Es handelt sich offenbar um eine sehr langlebige Struktur, die bereits Anfang der 1980er Jahre mit den Voyager-Raumsonden entdeckt wurde. Die Planetenforscher vermuten, dass das polare Sechseck eine stehende Welle in der Saturnatmosphäre ist, die tief in das Innere des Gasriesen hineinreicht. Ihre Entstehung bleibt bislang völlig unklar. Am Südpol fehlt zudem ein Gegenstück.

Megasturm auf Saturn

Im Jahr 2010 bildete sich auf der Nordhalbkugel von Saturn plötzlich ein riesiger heller Fleck von etwa Erdgröße. Er signalisierte den Beginn eines gigantischen Sturms, der sich immer mehr entlang der mittleren Breiten des Planeten ausweitete, bis er schließlich Saturn umspannte. Die Bilder von Cassini enthüllten eine sehr dynamische und komplexe Struktur, zudem fingen die Radioantennen der Sonde charakteristische Strahlung von heftigen Blitzen auf. Solche hellen Flecken wurden auch schon von der Erde aus beobachtet, sie treten normalerweise in Abständen von 20 bis 30 Jahren auf. Zuletzt wurde ein solcher Sturm im Jahr 1990 gesichtet.

Monde mit Bauchbinden

Pan, Atlas und Daphnis sind die Namen von drei kleinen Saturnmonden, die den Gasriesen innerhalb des Ringsystems umrunden. Gegen Ende ihrer Mission gelangen Cassini Detailaufnahmen der drei Trabanten, die ihre bizarre Gestalt enthüllten: Pan wird am Äquator von einer breiten Bauchbinde umgürtet, die dem Mond das Aussehen eines belegten Brötchens oder eines britischen Melonenhuts verleihen. Atlas dagegen erinnert an eine fliegende Untertasse oder an ein etwas zerknautschtes Sofakissen. Die Kleinste im Bunde, die nur etwa acht Kilometer große Daphnis, wirkt wie ein beschädigter Eishockeypuck. Die seltsamen Formen lassen sich darauf zurückführen, dass sich die Monde exakt in der Ringebene aufhalten. Aus den Ringen fällt stetig Material auf die Monde herab und sammelt sich bevorzugt am Äquator an. Über einen langen Zeitraum bilden sich so die Bauchbinden aus.

Gebirge in den Saturnringen

Eine der überraschendsten Entdeckungen war die Sichtung von hohen Gebirgen in den Saturnringen, welche durch die Schwerkraft kleiner, eingebetteter Monde entstehen. Besonders auffällig war hier der kleine Mond Daphnis, der in der Keeler-Lücke im A-Ring den Planeten umläuft. Bilder, die während der letzten Tagundnachtgleiche im Jahr 2009 entstanden, zeigen, wie die Schwerkraft des kleinen Monds die Ringpartikel auf ihren Bahnen stört. Daphnis verursacht dabei Wellen, die bis zu vier Kilometer über die Ebene der Ringe herausragen. Die Forscher sichteten auch kleinere Versionen dieses Effekts, denen sie den Namen "Propeller" gaben. Hier sorgen Monde mit wenigen hundert Metern Durchmesser dafür, dass sich längliche Strukturen in den Ringen bilden, die an Zweiblattpropeller aus der Frühzeit der Luftfahrt erinnern.

Die Saturnringe sind dünner als ein Blatt Papier

Überrascht wurden die Planetenforscher davon, wie dünn die Saturnringe im Vergleich zu ihrer Breite sind. Im Mittel sind die Ringe nur zwischen 10 und 100 Meter dick, erstrecken sich aber über eine Breite von rund 76 000 Kilometern. Nur wenn, wie oben beschrieben, kleine Monde die Ringpartikel auf ihren Bahnen stören, können die Ringe in eng begrenzten Bereichen auch einmal drei bis vier Kilometer mächtig werden.