Schon seit mehr als 300 Jahren sind die eindrucksvollen Ringe des Planeten Saturn bekannt. Aber die im Teleskop sichtbaren prächtigen Ringe sind nur die Spitze des Eisbergs, denn weit außerhalb von ihnen befindet sich der größte, aber auch sehr leuchtschwache Phoebe-Ring. Er erhielt seinen Namen nach dem in ihm umlaufenden Saturnmond Phoebe. Nun untersuchte ihn eine Forschergruppe um Douglas P. Hamilton an der University of Maryland genauer und griff dabei auf die Bilddaten des Infrarotsatelliten WISE zurück, den "Wide-field Infrared Survey Explorer". Dieser hatte in den Jahren 2010 bis 2011 den gesamten Himmel in vier unterschiedlichen infraroten Wellenlängen abgetastet, wobei auch Saturn ins Blickfeld des Teleskops geriet.

Der Phoebe-Ring um Saturn (Aufnahme des Weltraumteleskops WISE)
© Hamilton, D.P. et al.: Small particles dominate Saturn’s Phoebe ring to surprisingly large distances. In: Nature 522, S. 185-187, 2015, fig. 1
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Wie ein leuchtschwacher, rechteckiger Balken erscheint der Phoebe-Ring um Saturn bei einer infraroten Wellenlänge von 22 Mikrometern. Das Bild nahm das Weltraumteleskop WISE auf. Der Ring erstreckt sich beidseits zum hier stark überbelichteten Saturn über einen Abstand von bis zu 270 Saturnradien (ein Saturnradius = 60 330 Kilometer). Er ist bis zu 40 Saturnradien dick. Der Lichtpunkt links von Saturn ist der Trabant Phoebe, der im Ring umläuft und ihm seinen Namen verlieh.

Der Phoebe-Ring wurde schon im Jahr 2009 mit dem Infrarotteleskop Spitzer entdeckt, aber die neuen Untersuchungen enthüllen nun die wahren Dimensionen dieses Ringgiganten. Er erstreckt sich über eine Breite von 540 Saturnradien, das sind 32,6 Millionen Kilometer oder rund 24 Prozent des Abstands Erde–Sonne. Nach innen lässt er sich eindeutig bis zu einem Abstand von 100 Saturnradien nachweisen, also rund sechs Millionen Kilometer. Möglicherweise reicht er aber auch bis auf 50 Saturnradien an den Ringplaneten heran. Darauf lassen die Bilder von WISE schließen, die jedoch in diesem Bereich vom hellen Licht des Saturn überstrahlt werden. Im Gegensatz zu den auffälligen inneren Saturnringen, die maximal etwa 100 Meter dick sind, ist der Phoebe-Ring eine dicke Scheibe mit einer Mächtigkeit von 40 Saturnradien (2,4 Millionen Kilometer), entsprechend dem 6,3-fachen Abstand Erde–Mond. Auf den Bildern von WISE, die bei einer Wellenlänge von 22 Mikrometern entstanden, erscheint der Phoebe-Ring als ein leuchtschwacher Balken mit einem stark überbelichteten Saturn in der Mitte.

Der äußere Saturnmond Phoebe umrundet Saturn auf einer stark elliptischen Bahn im Bereich von 180 bis 250 Saturnradien und gilt als die Quelle der Ringpartikel. Der rund 220 Kilometer große Trabant umrundet seinen Mutterplaneten entgegen dessen Rotationsrichtung einmal in 550 Tagen, also anderthalb Jahren. Nahaufnahmen der Raumsonde Cassini enthüllten ihn als einen sehr dunklen, rundlichen und stark zerkraterten Himmelskörper. Er ist möglicherweise ein eingefangenes Objekt aus dem Kuipergürtel jenseits der Umlaufbahn des äußersten Planeten Neptun.

Phoebe unterliegt einem ständigen Bombardement von interplanetaren Partikeln, die Material aus ihm herausschlagen. Ein großer Teil davon entweicht wegen der schwachen Schwerkraft des Mondes in den umgebenden Weltraum und sammelt sich im Umfeld seiner Umlaufbahn an. Außerdem wurden weitere kleine Saturnmonde entdeckt, deren Bahnen derjenigen von Phoebe ähneln. Sie sind vielleicht Bruchstücke von Phoebe, die bei großen Einschlägen abgesprengt wurden.

Saturns größter Ring
© NASA, JPL / Caltech / Keck Observatory
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Ein riesiges Gebilde ist der 2009 entdeckte äußerste Ring des Saturn, er weist einen Durchmesser von rund 32 Millionen Kilometern auf, das entspricht rund einem Viertel des Abstands Erde–Sonne. Oben ist der Ringplanet mit dem bislang als größter Ring geltenden E-Ring zu sehen; er schrumpft fast zu einem Punkt im Vergleich zu seinem äußeren Verwandten. Der Saturnmond Phoebe (links) und weitere kleine Monde gelten als Quelle der den Ring aufbauenden Staubpartikel. Rechts ist der äußere Mond Iapetus zu sehen, dessen Vorderseite möglicherweise durch Partikel aus dem Staubring schwarz gefärbt wurde.

Durch den Strahlungsdruck der Sonne und den wesentlich schwächeren Poynting-Robertson-Effekt werden die kleinen Teilchen des Phoebe-Rings in Richtung Saturn verschoben. Sie benötigen nach den Modellrechnungen der Forscher um Hamilton etwa 150 000 Jahre, bis sie Saturn erreichen. Aber schon wesentlich früher treffen die Teilchen auf die näher am Ringplaneten befindlichen Trabanten Iapetus, Hyperion und Titan. Bei Iapetus hatten die Ringpartikel ungewöhnliche Folgen: Sie sorgten dafür, dass die in Flugrichtung befindliche Bugseite dieses Mondes pechschwarz erscheint, während die Heckseite strahlend helles Eis präsentiert. Die Oberfläche von Hyperion ist wohl ebenfalls durch die Partikel aus dem Phoebe-Ring abgedunkelt worden. Dagegen sorgt der größte Saturnmond Titan mit seiner vergleichsweise hohen Schwerkraft dafür, dass die Ringpartikel die Titanbahn nicht überschreiten können, da sie auf ihn stürzen. Somit werden die noch weiter innen befindlichen Saturnmonde und die inneren Ringe vor einer Verschmutzung aus dem Phoebe-Ring bewahrt.