Eine Welt der Ringe und Monde

Saturn mit Ringsystem (NASA)

Saturn ist sicher der schönste der Planeten unseres Sonnensystems. Der Anblick seines markanten Systems freischwebender Ringe dürfte unvergesslich bleiben. Durch die Neigung der Rotationsachse gegen die Bahnebene erscheinen im Laufe von Jahren die Ringe mehr oder minder weit geöffnet bzw. man erblickt einen „ringlosen“ Planeten und bemerkt dessen merkliche Abplattung. Mit größeren Fernrohren lassen sich einige Monde, die Cassiniteilung des Ringes sowie wenig ausgeprägte atmosphärische Strukturen beobachten.

Saturn strahlt 1,8mal mehr Energie ab, als er von der Sonne erhält. Diese Wärmequelle wird wohl durch Absinken von Helium ins Planeteninnere gespeist, denn in der Atmosphäre ist Helium im Vergleich zu Jupiter stärker abgereichert. Ein mögliches hypothetisches Modell zum inneren Aufbau Saturns sieht einen Kern aus schwereren Elementen mit einem Durchmesser von ca. 30100 km vor. Der ihn umgebende Mantel aus flüssigem Wasserstoff in metallischer Phase und Helium wird in seiner Mächtigkeit auf etwa 15700 km geschätzt. Er könnte eine 11500 km dicke, stark mit Helium angereicherte Zone enthalten. Eine Ausdehnung von gut 29500 km entfällt auf die Schicht mit wohl stetigem Übergang zur Atmosphäre. Das Saturnmagnetfeld hat praktisch keine Neigung zur Rotationsachse und ist entgegengesetzt dem der Erde orientiert. Die Flussdichte am Äquator beträgt ca. 66% der irdischen. In Sonnenrichtung liegt die Magnetopause 1 bis 1,5 · 10⁶ km von Saturn entfernt. Die Wolken aus Ammoniak (NH₃), Ammoniumhydrogensulfid (NH₄SH) und Wasser sind lockerer aufgebaut als auf Jupiter. Darüber liegt eine Dunstschicht. Die atmosphärische Bänderung erscheint deshalb blasser, reicht aber im Gegensatz zu Jupiter nahe an die Pole heran. In der Äquatorzone wehen Westwinde mit bis zu 1800 km/h. Ein Muster aus abwechselnden West- und Ostwinden tritt erst in höheren Breiten auf. Wolkenwirbel auf Saturn haben nicht die Ausdehnung und Lebensdauer derer auf Jupiter. Einen jahreszeitlichen Effekt stellt die Herausbildung eines weißen Wolkengebildes zu Beginn des Saturnnordsommers dar.

Wolkenwirbel in der Saturnatmosphäre (Falschfarbenaufnahme) (NASA) Falschfarbenaufnahme eines großen Wolkengebietes, das sich ungefähr alle 30 Jahre herausbildet. (NASA)

Polarlichter an den magnetischen Polen von Saturn (Falschfarbenaufnahme). (NASA) Teile des F-Rings zeigen eine merkwürdige, verformte Struktur, welche durch den Mond Pandora mit verursacht wird. (NASA)

Das Ringsystem besteht aus Eisteilchen von bis zu Metergröße sowie Staub und Gas. Seine hellsten Komponenten sind A- und B-Ring. Bereits relativ lichtschwach erscheint der C-Ring. Die Ringe D, E und G sind extrem diffus. Gravitative Einflüsse (Kommensurabilitäten) seitens der Saturnmonde erzeugen in den Ringen A, B und C eine Feinstruktur aus Unterringen, die eigentlich wohl nur radiale Dichteschwankungen darstellen. Die Lücken und Teilungen enthalten ebenfalls geringe Mengen Materie. Im zentralen Drittel des B-Rings tritt das Phänomen der „Speichen“ auf. Das sind radial gerichtete Erscheinungen mit einer Lebensdauer zwischen etwa 20 Minuten und rund 4 Stunden sowie Längen bis zu 10000 km, die sich in der Helligkeit gegenüber dem Restring unterscheiden. Sie bestehen wahrscheinlich aus elektrisch geladenen Staubteilchen im Mikrometerbereich, die sich im Saturnmagnetfeld bewegen. Ihre Aufladung erfolgt womöglich durch gehäuft auftretende Stöße mit Gasteilchen aus den Strahlungsgürteln; infolge von Wechselwirkung mit anderen Ringteilchen tritt bald wieder eine Entladung ein, so dass die Erscheinung wieder verschwindet. Die vertikale Dicke beträgt in den hellsten Bereichen des B-Ringes z. T. weniger als 100 m, während andererseits der E-Ring bis zu 40000 km dick ist. Eine Wolke neutralen Wasserstoffs erstreckt sich von der Innenkante des A-Rings bis zu der des E-Rings.

Die chemische Zusammensetzung der vielen einzelnen Ringe ist nicht homogen (farbverstärkte Aufnahme). (NASA) Ringsystem von innen nach außen: C-Ring, B-Ring mit „Speichen“, Cassiniteilung, A-Ring mit Encketeilung, F-Ring (NASA)

kleine Saturnmonde (von oben nach unten): Daphnis (in der Keelerlücke), Pandora, Telesto, und Epimetheus (NASA)

Die kleinen inneren Saturnmonde sind von irregulärer Gestalt. Pan und Daphnis laufen in je einer Ringlücke und halten diese frei. Der Satellit Atlas verursacht die scharfe Außenkante des A-Ringes. Prometheus und Pandora „bewachen“ den F-Ring. Janus und Epimetheus tauschen gut alle vier Jahre, wenn sie sich einander nähern, ihre Bahnen und verhindern so einen Zusammenstoß. Ein Überholmanöver findet dabei nicht statt. Von Standpunkt des einen Mondes bewegt sich der andere jeweils auf einer hufeisenförmigen Bahn. Mimas ist ein relativ kleiner Mond. Die markanteste Formation auf seiner Oberfläche stellt der verhältnismäßig große Krater Herschel dar. Tektonische Vorgänge überformten die Oberfläche von Enceladus. Diese könnten das Ergebnis einer inneren Erwärmung durch Gezeiteneinwirkung seitens Tethys und Dione sein. Der Mond weist auch heutzutage noch innere Aktivität auf und versorgt dabei den E-Ring mit Material, der in Höhe der Enceladusbahn die geringste Dicke hat. Auf der Krateroberfläche von Tethys befindet sich das Furchensystem Ithaka Chasma, welches einen Großteil des Mondumfanges umspannt. In den Lagrangepunkten L₄ bzw. L₅ der Tethysbahn befinden sich die Monde Telesto und Calypso. Auf Dione prägen helle „Streifen“ deren Oberfläche. Der Mond Helene besetzt den Langrangepunkt L₄ der Dionebahn. Ein 600 · 10⁶ K heißes Plasma hüllt die Orbits von Tethys und Dione ein. Rhea hat eine der kraterreichsten Oberflächen im Sonnensystem. Titan hüllen dichte Wolken aus Kohlenwasserstoffaerosolen ein, die in einer kalten Stickstoffatmosphäre schweben. Ihr Bodendruck beträgt etwa 1,5 · 10⁵ Pa bei Temperaturen von ca. −180 °C. Auf der Oberfläche existieren Hochländer und Tiefebenen, die durch Kryovulkanismus überflutet worden sind. Flussartige Strukturen sowie Seen in der Polarregionen deuten auf zeitweise in flüssiger Form auftretende Kohlenwasserstoffe hin, die in eine Art Niederschlagskreislauf eingebunden zu sein scheinen. Hyperion ist ein unregelmäßig geformter Himmelskörper. Sein Rotationsverhalten ist womöglich chaotisch. Ein möglicherweise aufgesammelter dunkler Belag bedeckt großflächig Teile der Oberfläche von Japetus. Die äußeren Monde könnten eingefangene Planetoiden sein und bewegen sich zum Teil retrograd um Saturn.

Mimas (NASA) Enceladus (NASA) Tethys (NASA) Dione (NASA) Rhea (NASA) Japetus (NASA) Titan (NASA) Hyperion (NASA) Titan im IR-Bereich (NASA) Titanoberfläche am Landeplatz von Huygens. Die „Steine“ bestehen überwiegend aus Eis. (ESA/NASA) Phoebe (NASA)

Saturn in Zahlen

Mittlerer Sonnenabstand: 1,427 Mrd. km (9,539 Astronomische Einheiten) Numerische Exzentrizität: 0,056 Bahnneigung gegen Ekliptik: 2,49° Mittlere Bahngeschwindigkeit: 9,64 km/s Siderische Umlaufzeit: 29,46 a Synodische Umlaufzeit: 1,04 a Masse: 5,69 · 1026 kg (95,2 Erdmassen) Äquatordurchmesser: 120536 km (Wolkendecke) (9,4 Erddurchmesser) Geometrische Abplattung: 0,0980 Mittlere Dichte: 0,69 g/cm³ Siderische Rotationsperiode: 10 h 39 min 25 s (Magnetfeldrotation) Neigung Rotationsachse: 26,7° Geometrische Albedo: 0,46 Schwerebeschleunigung: 10,4 m/s² (Wolkendecke) (100 kg „wiegen“ auf dem Saturn 106 kg) Temperatur: ≈ −130 °C (Wolkendecke) Atmosphärendruck: ≈ 5 · 104  Pa (Wolkendecke) Atmosphärenbestandteile: H2, He Scheinbarer Durchmesser: 15 bis 21″ (ohne Ringe) Scheinbare Helligkeit: 1,0 bis 0,1m (ohne Ringe)

Saturnmonde (Auswahl)

Satellit	Entfernung	Umlaufzeit	Durchmesser
Pan	133583 km	0,575 d	33×21 km
Daphnis	136505 km	0,594 d	≈ 7 km
Atlas	137640 km	0,602 d	39×18 km
Prometheus	139350 km	0,613 d	140×100×74 km
Pandora	141700 km	0,629 d	110×86×66 km
Epimetheus	151422 km	0,694 d	140×116×100 km
Janus	151472 km	0,695 d	220×190×160 km
Mimas	185520 km	0,942 d	394 km
Enceladus	238020 km	1,370 d	502 km
Tethys	294660 km	1,888 d	1048 km
Telesto	294660 km	1,888 d	?×24×20 km
Calypso	294660 km	1,888 d	30×26×16 km
Dione	377400 km	2,737 d	1118 km
Helene	377400 km	2,737 d	36×?×30 km
Rhea	527040 km	4,518 d	1528 km
Titan	1221850 km	15,945 d	5150 km
Hyperion	1481000 km	21,277 d	350×240×200 km
Japetus (Iapetus)	3561300 km	79,330 d	1436 km
Phoebe	12952000 km	550,48 d	230×220×210 km
Beobachtungen haben bisher insgesamt mehr als 60 Monde nachgewiesen.

Saturnringe

Ringkomponente	Entfernung	Breite
D	66970 – 74510 km	7540 km
C (Flor-/Kreppring)	74510 – ≈ 92000 km	≈ 17490 km
Maxwell-Lücke	87480 km	253 km
B (Innenring)	≈ 92000 – 117520 km	≈ 25520 km
Huygenslücke	117700 km	430 km
Cassiniteilung	119760 km	4450 km
A (Außenring)	122170 – 136780 km	14610 km
Encketeilung	133570 km	328 km
Keelerlücke	136530 km	≈ 35 km
F	140180 km	50 km
G	170100 km	≈ 1000 km
E	181000 – 483000 km	302000 km

Oben stehende Informationen können hier als PDF-Datei (504 kB) abgerufen werden.

Besucher: