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Der himmlische Herr der Ringe#

Vor 400 Jahren sah Galileo Galilei die Saturnringe in seinem Teleskop erstmals verschwinden. Aber noch immer rätseln die Wissenschafter, wie sie entstanden sind.#


Von der Wiener Zeitung (Samstag, 14. April 2012) freundlicherweise zur Verfügung gestellt.

Von

Christian Pinter


Ringsystem des Saturn
Die Sonde Cassini genießt vom Orbit aus den besten Blick auf das Ringsystem des Saturn. Der dunkle Abschnitt rechts der Bildmitte ist die Cassini-Teilung.
© NASA/JPL/Space Science Institute

Wollten wir unser Sonnensystem etwaigen Außerirdischen als Reisedestination schmackhaft machen, würden wir den Saturn sicher als ganz besondere Attraktion anpreisen. Dessen Ringe, so schwärmte der Astronom Max Wilhelm Meyer 1892, "gehören zu den anziehendsten und am meisten bewunderten Objekten des Himmelsbeschauers". Damit hatte der Vater der Urania-Volksbildungshäuser zweifellos recht. Anfangs sorgte Saturn allerdings für große Verwirrung unter den Gelehrten.

Ab dem Sommer 1610 richtete Galileo Galilei das Fernrohr auf diesen Planeten. Während sich Mars oder Jupiter als ferne Kugeln entpuppten, wirkte Saturn "dreigestaltig": An sein Rund schmiegten sich anscheinend zwei weitere, kleinere Kugeln. Monde hätten sich rasch um Saturn weiterbewegt, doch diese Begleiter blieben am Rand des Saturn wie festgenagelt stehen.

"Ich aber, der ich ihn zu verschiedenen Zeiten mit einem ausgezeichneten Instrument tausendmal beobachtet habe", so Galilei im Frühjahr 1612 über Saturn und dessen seltsamen Anblick, "kann Euch versichern, dass an ihm keinerlei Veränderung zu entdecken war."

Auch in Zukunft, prognostizierte der Italiener, sei "entschieden keine abzusehen". Umso sprachloser muss er gewesen sein, als die vermeintlichen Begleiter wenige Wochen danach verschwanden. Vor dem Herbst tauchten sie wieder auf.

"Kunststück der Natur"#

Auch mit kräftigeren Teleskopen erblickten Astronomen dann vier Jahrzehnte lang bestenfalls Anhängsel der Saturnkugel, die wie Ausbuchtungen, Ohren oder Sicheln anmuteten. In den Niederlanden wagte es Christiaan Huygens 1659, diese "erstaunlichen und sonderbaren Formen" auf ganz neue Art zu interpretieren. Saturn sei "von einem dünnen Ring" umgeben, der ihn nirgendwo berühre - ein wahres "Kunststück der Natur". Huygens erkannte: Während Saturn alle 30 Jahre einmal um die Sonne pilgert, schauen wir abwechselnd von oben und von unten auf das Ringgebilde. Dazwischen blicken wir auf dessen überaus schmale Kante. Dann scheint der Ring im Teleskop kurzzeitig zu verschwinden - wie erstmals 1612.

Mit abermals verbesserten Instrumenten teilte Giovanni Cassini den Ring 1675 in zwei Teile. Pariser Forscher verglichen den Glanz des schmalen, äußeren A-Rings mit dem von "stumpfem Silber"; der breitere, innere B-Ring glänze hingegen so kräftig wie poliertes. Mitte des 19. Jahrhunderts reichte man ganz innen noch den dunkelgrauen C-Ring nach.

Saturn im Teleskop
So zeigt sich Saturn im Teleskop des Amateurs.
© Pinter

Damals kannten Astronomen bereits acht Saturnmonde, vom Riesentrabanten Titan bis zum lichtschwachen Zwerg Hyperion. Sie alle kreisten weit außerhalb der sichtbaren Ringe. Dies sei kein Zufall, versicherte der französische Himmelsmechaniker Édouard Roche: Sollte sich ein größerer Trabant wirklich in die Ringdistanz vorwagen, spürte die dem Planeten zugewandte Hemisphäre nämlich deutlich mehr Anziehungskraft als seine abgewandte. Fazit: Der Mond würde in winzige Bruchstücke zerrissen!

Bei einer Erddistanz von 1,3 Milliarden Kilometern stießen irdische Teleskope beim Saturn rasch an ihre Grenzen. Daher jagte die NASA zwischen 1979 und 1981 gleich drei Sonden an ihm vorbei. Das Trio entdeckte neue, wenngleich sehr lichtschwache Ringe und löste die altvertrauten in Tausende von schmalen Einzelringen auf. Seit Juli 2004 umkreist der US-Späher Cassini den Planeten: Vom Orbit aus kann er wesentlich feinere Details ins Auge fassen und Langzeitstudien betreiben.

Salopp gesagt, scheinen Saturns Ringe eine kosmische "Langspielplatte" imitieren zu wollen. Die jeweilige Helligkeit der einzelnen Ringrillen spiegelt dabei die Anzahl der dort schwebenden Teilchen wider. Doch wie kommt dieses abwechslungsreiche Spiel heller und dunkler Kreise zustande?

Leerstellen im Ring#

Für die tiefgraue, materiearme Cassini-Lücke ist das Rätsel längst gelöst: Der 400 km große Mond Mimas räumt die 4800 km breite Kluft zwischen dem A-Ring und dem B-Ring aus - obwohl er doch fast 70.000 km Abstand davon hält. Ein Teilchen in dieser Lücke besitzt nämlich die halbe Umlaufszeit des Mimas; die Störungen durch die Anziehungskraft des Mondes schaukeln sich auf, bis die Partikel außer Kurs geraten: vier von fünf hat Mimas bereits fortgezaubert.

Auch die anderen, viel schmaleren "Leerstellen" im Ring entstehen primär durch gravitationelle Störungen. Direkt in der 325 km breiten Encke-Teilung schwebt der Mond Pan (Durchmesser: 28 km). In der kaum 40 km schmalen Keeler-Lücke fand Cassini den acht Kilometer kleinen Trabanten Daphnis. Benachbarte Teilchen, die etwas näher an Saturn kreisen, werden von der Anziehungskraft solcher Monde gebremst. Sie fallen auf noch niedrigere Bahnen. Partikel, die etwas außerhalb der Monde um Saturn ziehen, erfahren hingegen eine Beschleunigung und werden in höhere Orbits gehoben. So treibt alles von den Störern weg, die sich gleichsam "freie Bahn" verschaffen.

Auch in anderen dunklen Ringabschnitten ziehen offenbar Möndchen dahin - so winzig, dass selbst Cassini sie meist nicht ablichten kann. Manche verraten sich aber, weil sie die Bahnen benachbarter Ringteilchen manipulieren und die Materie zusammenschieben. So machte Cassini im A-Ring zahlreiche helle Verdichtungen aus, die an zweiflügelige "Luftschrauben" erinnern. Oft hunderte Kilometer lang, wurden sie inoffiziell nach Flugpionieren wie Charles Lindbergh, Amelia Earhart oder Igor Sikorski getauft. Im Zentrum dieser propellerartigen Strukturen verstecken sich vermutlich unbekannte Kleinstmonde von wenigen hundert Metern Durchmesser.

Größere Störenfriede lösen vor und hinter sich Dichtewellen im Ring aus. Die aus dem Orbit gedrängten Nachbarpartikel "schwingen" nach der Mondpassage teils wieder zurück. Wenn solche Trabanten nicht ganz genau in der Ringebene kreisen, provozieren sie sogar Wellen "in 3D": Diese Verdichtungen ragen über die Flugebene der anderen Teilchen hinaus. So bilden sich kilometergroße "Wellenberge" im sonst bügelglatten Ringsystem.

Damit die Teilchenherden nicht auseinanderdriften, arbeiten mitunter je zwei "Schäfermonde" zusammen. Der innere, schnellere Mond treibt die Partikel nach außen. Der äußere, langsamere, schickt sie wieder zurück. Prometheus und Pandora, beide über 80 km groß, halten so den schmalen F-Ring in Schach.

Eis, wohin man schaut#

Die Partikel in den hellen Hauptringen streuen vier bis fünf Zehntel des einfallenden Sonnenlichts ins All zurück. Da jedes leuchtende Teilchen von der Optik - egal ob Auge oder Kamera - vergrößert dargestellt wird, überlappen die einzelnen Abbildungen einander. So entsteht der Eindruck heller, zusammenhängender Bänder, obwohl zwischen den Partikeln oder Partikelklumpen jeweils Abstände gähnen. Die meisten Ringbewohner besitzen Formate, die zwischen denen von Murmeln und Einfamilienhäusern liegen. Ihre Kollegen in den lichtschwachen Ringen E, F und G entsprechen in ihrer Dimension nur Staubpartikeln.

Wie die Sonde Cassini zeigte, ist das mit Abstand bevorzugte Baumaterial meist Wassereis. Verunreinigungen mit Eisen, Silikaten und Kohlenstoffverbindungen sorgen wohl für die Farbvariationen. Könnte man alle Ringteilchen einfangen, ließe sich daraus eine Eiskugel von über 400 km Durchmesser formen.

Vielleicht kam ein solcher Eistrabant Saturn einst zu nahe und wurde so zum unfreiwilligen Baustofflieferanten für die Hauptringe. Allerdings bestehen Saturns größere Monde nicht nur aus Eis, sondern oft auch aus Gestein - und steinerne Partikel fehlen im Ringsystem weitgehend. Das schwächt diese Hypothese. Nach einer neueren Theorie "schälten" Saturns Anziehungskräfte nur die Eishülle eines allzu unvorsichtigen Trabanten ab. Der solidere Gesteinskern überstand den Höllenflug unbeschadet und entsorgte sich selbst - mit einem Todessturz in den Planeten.

Wasserdampf und Eis#

Umstritten ist auch das Alter der Hauptringe. Sie könnten seit mehr als vier Milliarden Jahren existieren, oder erst seit 100 Jahrmillionen. Vielleicht klärt Cassini diese Frage noch: Je mehr die Eisteilchen nämlich nach und nach mit meteoritischem Material verunreinigt worden sind, desto älter müssten sie sein.

Für den feinen E-Ring zeichnet jedenfalls der 500 km große Mond Enceladus verantwortlich. Aus seinen geysirartigen Fontänen schießt Wasserdampf ins All, der bei minus 190 Grad C rasch wieder erstarrt. Die mikroskopisch kleinen Eispartikel "schneien" auf die Trabanten Mimas, Tethys, Dione und Rhea herab.

2009 entdeckte man noch einen achten, extrem weiten Ring. Dessen Materie stammt offenbar vom Mond Phoebe, der in "falscher" Richtung um den Planeten hetzt. Das Antlitz dieses "Geisterfahrers" wird vermehrt von Meteoriten getroffen. Die herausgeschlagenen Teilchen driften dann langsam in Richtung Saturn.

Obwohl allein die Hauptringe bis zu 137.000 km weit in den Raum greifen, sind sie doch nur wenige Dutzend Meter dünn. Diese "ungemein geringe Dicke", so einst Max Wilhelm Meyer, erhöhe "die Wunderbarkeit der Erscheinung" in ganz besonderem Maße.

Davon kann man sich selbst überzeugen, denn Saturn glänzt gerade als ruhiger, gelblicher Lichtpunkt in der Jungfrau. Das kleine Fernrohr zeigt ihn länglich, wie ihn Galilei sah. Bei höherer Vergrößerung erblickt man klar den Ring und wandelt so auf Christiaan Huygens’ Spuren. In größeren Amateurteleskopen lässt sich die Ringteilung Giovanni Cassinis erspähen. Außerdem bemerkt man den Ringschatten auf der Saturnkugel, und den Planetenschatten auf dem Ringgebilde. Auch die Wiener Volkssternwarten nehmen Saturn ins Visier.

Christian Pinter, geboren 1959, ist Fachjournalist für astronomische Themen. Im Wiener Verlag Kremayr & Scheriau erschien sein Buch "Helden des Himmels. Geschichten vom Kosmos und seinen Entdeckern".

Wiener Zeitung, 14. April 2012