Die zweiten Ringe des Saturns

Sein majestätisches Aussehen verdankt er ihnen: Die Ringe sind das Markenzeichen von Saturn. Nun haben Astronomen herausgefunden, dass die den Planeten umschwebenden Ringe sich in dessen Atmosphäre spiegeln. Grund dafür seien elektrisch geladene Wasserpartikel aus dem Ringsystem. Sie wanderten beständig aus den Saturnringen gen Planet, um dort mit dem oberen Teil der Atmosphäre, der sogenannten Ionosphäre, zu reagieren. Dieser Effekt zeichnet sich in charakteristischer Weise in der Infrarotstrahlung dieser Schicht ab: Es entstehen dunkle Bänder im Muster der Saturnringe. Die Ergebnisse präsentieren die Forscher jetzt in der Fachzeitschrift „Nature“.

Die Ergebnisse der Forscher um James O’Donoghue von der University of Leicester beruhen auf Infrarotaufnahmen des Keck-Teleskops auf Hawaii. Eigentlich müsste die Ionosphäre des Saturns auf diesen Bildern gleichmäßig leuchten. Dieser Teil der Hochatmosphäre eines Planeten wird nämlich durch die energiereichen Teilchen des Sonnenwinds stark ionisiert, was Infrarotstrahlung freisetzt. Doch im Gegensatz zu der Ionosphäre der Erde oder beispielsweise des Jupiter gibt es bei Saturn Bereiche starker und weniger intensiver Strahlung, berichten die Forscher.

Bereits im Jahr 1980 hatten Aufnahmen der Raumsonde Voyager, die Saturn passierte, Hinweise auf die Bandstrukturen geliefert. Schon damals gab es die Vermutung, dass sie auf eine Wechselwirkung zwischen den Ringen und der Ionosphäre des Saturns zurückzuführen sind. Bis zu den aktuellen Aufnahmen des Keck-Teleskops konnte die Existenz der Bänder aber nicht erneut bestätigt werden.

Diese künstlerische Darstellung zeigt den Niederschlag der Partikel aus den Ringen auf Saturn. © NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute/University of Leicester.

Entlang der magnetischen Feldlinien

O’Donoghue und seinen Kollegen ist dies nun gelungen und sie liefern auch gleich die Erklärung des Phänomens: Es regnet auf die Atmosphäre. Denn die Saturnringe bestehen fast ausschließlich aus Wassereis, und vor allem die kleinen Eispartikel können sich durch den Einfluss der Sonne und auch durch Zusammenstöße untereinander elektrische Ladungen einfangen. Dadurch beginnt das Magnetfeld des Saturns an ihnen zu zerren – sie sind der sogenannten Lorenzkraft ausgesetzt, erklären die Wissenschaftler.

So wandern sie dann entlang der magnetischen Feldlinien wie an einer Perlenkette langsam auf den Planeten zu und treffen auf die Atmosphäre, wo sie die Ionisation beeinflussen. Sie verringern dort die Elektronendichte und reduzieren damit im Endeffekt die Strahlung – so entstehen die dunklen Bänder auf den Infrarotaufnahmen des Keck-Teleskops. Sie entsprechen dem Lückenmuster der Ringe, da die Magnetfeldlinien die Partikel bogenförmig auf den Saturn projizieren.

Die Erkenntnisse geben nun auch neue Hinweise auf die Entwicklungsgeschichte der Saturnringe. Bisher ist nämlich unklar, ob das Ringsystem ein uraltes Relikt aus der Entstehungszeit Saturns ist oder ob sein charakteristischer Heiligenschein ein vergleichsweise junges Phänomen darstellt. Die aktuellen Ergebnisse lassen nun ein hohes Alter eher unwahrscheinlich erscheinen, denn es handelt sich bei dem Prozess ja um eine Art Erosion, die den Ring auflöst. Wie stark der Effekt ist, müssen zukünftige Untersuchungen allerdings erst noch aufklären, betonen die Forscher. (Nature, 2013; doi:10.1038/nature12049)

(Nature, 12.04.2013 – MVI)