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Sonnensystem: Stetig gewachsen nach dem Crash

Saturn hat dem Astronomen außer eisigen Ringen auch eine Fülle von Monden zu bieten. Die kleineren davon sollen nicht mehr sein als Bruchstücke aus längst vergangenen Zeiten, in denen sich ihre größeren Vorläufer in gewaltigen Kollisionen gegenseitig zerschmetterten. Das kann aber nicht die ganze Geschichte sein, folgern Wissenschaftler aus neuen Daten der Cassini-Mission.
SaturnLaden...
Die Saturnringe gehören mit Sicherheit zu den schönsten Objekten, die schon ein günstiges Kaufhaus-Teleskop am Nachthimmel sichtbar machen kann. Auf den Spuren von Galileo Galilei, der die Struktur noch für "Henkel" des Planeten hielt, bestaunt der Betrachter damit einen großen Ring, erahnt mit einem Amateur-Fernrohr die Unterteilung in getrennte Einzelringe und übersieht selbst mit großen Profi-Geräten, dass in den Lücken kleine Monde ihre Bahnen ziehen.

Deren Entdeckung blieb den Raumsonden Voyager 1 und 2 vorbehalten, die zu Beginn der 1980er Jahre einen besonders genauen Blick auf den Saturn warfen. Und die Wissenschaftler vor Probleme stellten: Bis zu den Voyager-Aufnahmen hatten diese vermutet, die Ringe bestünden schlicht aus Eiskörnchen. Diese waren von der Entstehung des Planeten übrig geblieben und wurden fortan durch die heftigen Gezeitenkräfte dran gehindert, sich zu größeren Körpern zu vereinen. Nun blickten die Astronomen auf Fotos von eben solchen großen Brocken. Eine neue Theorie musste her.

Fehler in der Theorie

Das populärste Modell postulierte, dass der Ring und die kleinen Monde aus den Zusammenstößen mehrerer gewaltiger kosmischer Eisklumpen – möglicherweise selbst frühe Monde – hervorgegangen sind. Zu feinem Staub zermahlen verteilte sich der Großteil des Materials als Ring um den Planeten. Die mächtigeren Stücke überlebten hingegen als Minimonde. Eine Vorstellung, die manches erklärte, bei näherer Betrachtung aber Lücken ließ wie das zerteilte Ringsystem. Denn die Lebensdauer der Mondbruchstücke wäre so kurz, dass sie gar nicht mehr auf ihren Umlaufbahnen sein dürften.

Den Ärger, den die Voyager-Sonden gebracht haben, kann womöglich die nachfolgende Cassini-Mission wieder eindämmen. Seit Ende Juni 2004 begleitet und vermisst sie Saturn und seine Monde. Aus den Größen, Formen und den Massen der Trabanten, die sich aus ihren Gravitationseffekten herleiten lassen, haben Wissenschaftler um Carolyn Porco vom Cassini Imaging Central Laboratory for Operations eine neue Theorie entwickelt [1]. Danach steckt in den Monden ein harter Kern unter weicher Schale.

Für über ein Dutzend von Kleinmonden mit Durchmessern unter hundert Kilometern bestimmten die Astronomen die entscheidenden physikalischen Eigenschaften. Dabei stellten sie fest, dass einige Monde offenbar sehr porös sind und eine Dichte haben, die nur etwa halb so groß ist wie die von Wassereis. Auf der Erde würden die betreffenden Saturnmonde also auf den Ozeanen schwimmen.

Gezeitenkräfte am Werk

In eine Computersimulation gefüttert ergaben diese Daten ein gemischtes Szenario für die Entstehung von Monden in unmittelbarer Nähe zum Saturn. Kritisch wird es für Monde nämlich vor allem innerhalb der sogenannten Roche-Grenze. In diesem Bereich wirken vom Planeten so unterschiedlich starke Gravitationskräfte auf die Vorder- und Rückseite des Körpers, dass er mit seiner eigenen Schwerkraft nicht gegenhalten kann und zerrissen wird. Allerdings können hinreichend kleine Objekte, bei denen die Unterschiede zwischen vorne und hinten gering sind, der Zerstörung entgehen und durchaus stabil innerhalb der Roche-Grenze existieren.

Genau dieses Spiel der Kräfte könnte nach der Simulation am Saturn entscheidend gewesen sein. Ausgehend von einer Kollision haben jene Trümmerstücke, die weder zu groß noch zu klein waren, weiteres Material, mit dem sie zusammenstießen, allmählich angesammelt. So wuchsen sie heran, bis entweder alles Eis und Staub in ihrer Reichweite aufgesogen war oder der Mond seine maximal erlaubte Ausdehnung erreicht hat, bevor die Gezeitenkräfte ihn dezimierten. Etwa ein Drittel bis die Hälfte der heutigen Größe dürfte nach Schätzungen der Wissenschaftler fester Trümmerkern sein, der Rest das Ergebnis fleißiger Sammelarbeit.

Atlas: Ein Mond mit Laden...
Atlas: Ein Mond mit "Hüftspeck" | Der kleine Saturnmond Atlas am Rande des A-Ringes ist an seinem Äquator deutlich dicker als von Pol zu Pol. Vermutlich handelt es sich bei diesem Wulst um Material aus dem Ring, das der Mond angesammelt hat.
Dass solch ein allmähliches Wachstum nicht unbedingt perfekt kugelförmige Monde hervorbringt, wird besonders an Pan und Atlas deutlich. Ihr Aussehen erinnert vielmehr an zwei aufeinander gestülpte Untertassen. In der Ringebene sind ihre Durchmesser etwa doppelt so groß wie senkrecht zur Ebene. Nach den Berechnungen von Porcos Team könnten diese Wülste entstanden sein, indem ursprünglich runde Monde vor allem an ihrem Äquator Material aus dem bereits flachen Ring aufgenommen haben [2].

Das letzte Wort

Ob mit dieser neuen Theorie und der Simulation am Computer wirklich das letzte Wort über die Ringmonde gesprochen ist, müssen weitere Beobachtungen entscheiden. Untersuchungen der Kraterdichte auf den Saturnmonden könnte beispielsweise verraten, wie häufig Einschläge und Kollisionen sind und so ein ungefähres Alter schätzen lassen. Auch die Zusammensetzung der Monde und des Ringes wären interessant. Besteht kein Unterschied, spricht dies für das Sammel-Modell.

Cassinis Mission läuft mindestens noch bis Mitte 2008. Vielleicht gelingen der Sonde in dieser Zeit noch ein paar entscheidende Aufnahmen. Falls nicht, wird irgendwann bestimmt ein Nachfolger starten. Bis dahin können Laien, Amateure und Profis weiter von der Erde aus den Saturn bewundern – mit dem festen Wissen, dass wir dort oben zumindest keine Henkel zu sehen bekommen.
07.12.2007

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 07.12.2007

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