Saturnringe  
 


Saturn´s Ringsystem

 
 

Der Ring ist das auffälligste Merkmal des Planeten Saturn und bereits durch ein Fernrohr mit etwa 40-facher Vergrößerung zu erkennen. Die Ringe bestehen im Wesentlichen aus Eis-, aber auch aus Gesteinsbrocken, die den Saturn umkreisen. Die Partikelgröße variiert zwischen der von Staubkörnern und mehreren Metern. Das Ringsystem hat viele größere und kleinere Lücken und ist bei einem Durchmesser von fast 300 000 Kilometern in weiten Bereichen nur zwischen etwa 200 und 3.000 Metern dick und damit, relativ betrachtet, extrem dünn.
Die Ringe werfen einen sichtbaren Schatten auf den Saturn – wie auch umgekehrt der Saturn auf seine Ringe. Der Schattenwurf auf die Saturnoberfläche ist umso ausgeprägter, je mehr das dünne Ringsystem im Laufe eines Saturnjahres (29 Jahre) mit seiner schmalen „Kante“ gegenüber der Sonne geneigt ist.

 
 
Saturn

Aus solch einer Perspektive werden wir Saturn und seine Ringe von der Erde aus niemals sehen. Diese Aufnahme wurde am 6. Oktober 2004 von der Raumsonde Cassini fotografiert.

 
 

Entdeckung

Galileio Galilei hat „Henkel“ am Saturn gesehen als er 1610 sein Fernrohr das erste Mal auf Saturn gerichtet hat.
Der holländische Astronom Christiaan Huygens beschrieb die Ringe 45 Jahre später korrekt: „Der Saturn ist von einem dünnen, flachen Ring umgeben, der ihn nirgends berührt und der zur Ekliptik geneigt ist“.
Giovanni Domenico Cassini vermutete als erster, dass die Ringe aus einzelnen Partikeln bestehen, und entdeckte 1675 die markanteste Lücke im Ringsystem, die nach ihm benannte Cassinische Teilung

 
 

Lage

Die Ringe liegen in Saturns Äquatorebene. Diese ist zur Umlaufbahn um die Sonne um 27 Grad geneigt. Da die Achse bei der Bewegung um die Sonne stabil im Weltraum steht, können wir den Ring mal von Norden und mal von Süden sehen.

 
 
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Südseite des Rings

Kantenstellung

Nordseite des Rings

Kantenstellung
2003 2009 2018 2025
 
   
 

Aufbau und Zusammensetzung

Schon 1665 vermutete Cassini, dass die Ringe aus vielen Brocken von unterschiedlichen Größen aufgebaut sind.
Durch spektroskopische Untersuchungen mit Teleskopen und durch die Messungen von Sonden wie Cassini, weiß man, dass die Ringe zu 90 bis 95% aus Wassereis bestehen. Nur ein kleiner Teil der Materie besteht aus Stein.
Heute ist bekannt, dass es mehr als 100.000 einzelne Ringe mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und Farbtönen gibt, welche durch scharf umrissene Lücken voneinander abgegrenzt sind. Der innerste beginnt bereits etwa 7000 km über der Oberfläche des Saturns und hat einen Durchmesser von 134.000 km, der äußerste hat einen Durchmesser von 960.000 km.
Die Ringe des Saturns sind in der Reihenfolge ihrer Entdeckung benannt und werden von innen nach außen als D-, C-, B-, A-, F-, G- und E-Ring bezeichnet. Auf astronomischen Übersichtsaufnahmen sind gewöhnlich nur der A-, B-Ring und der C-Ring zu sehen.
A- und B-Ring werden durch die Cassini-Teilung getrennt. Sie wurde  von G. D. Cassini 1675 entdeckt. Die Enckesche-Teilung  (500 km breit) im A-Ring wurde 1837 von J. F. Encke entdeckt. Sie ist in Teleskopen ab 25 cm Öffnung zu erkennen.

 
 

Erst durch Raumsonden erkannte man, dass die Ringe wiederum Lücken aufweisen und sich in noch kleinere eng begrenzte Unterringe aufteilen.

 
 

Farbe

Die Farbe des Rings korrespondiert grob mit der Position im Saturnsystem. Der nächstgelegene Saturnmond ist dafür verantwortlich. So färbt der Eisgeysir-Mond Enceladus die inneren Ringe und Monde mit seinem Wassereisnebel weiß.
Weiter außen werden Ringe und Monde mit zunehmendem Abstand vom Saturn kräftiger rot. Der Saturnmond Phoebe etwa scheint Staub zu verteilen, der seine Nachbarmonde nach und nach rötlich pudert.
Der Mond Prometheus und die umliegenden Ringe weisen die gleiche rötliche Schattierung auf. Das legt nahe, dass Prometheus aus Material von Saturns Ringen aufgebaut ist.

 
 

Lücken

Die Ursache für die Lücken in den Ringen liegt bei den Monden des Saturns. Dabei spielen auch Resonanzphänomene eine Rolle, die auftreten, wenn die Umlaufszeiten im Verhältnis kleiner ganzer Zahlen stehen. Das bedeutet, der Mond zieht bei jedem 3. Umlauf ein bestimmtes Ringteilchen in die gleiche Richtung.
Die Cassinische Teilung wird durch den Mond Mimas verursacht. Einige kleinere Monde, so genannte Hirten- oder auch Schäfermonde, kreisen direkt in den Lücken und an den Rändern des Ringsystems und stabilisieren dessen Struktur.
Neue Messungen und Aufnahmen der Raumsonde Cassini haben ergeben, dass die Ringkanten und damit die Abtrennung der Ringe noch schärfer sind als bisher angenommen. So hatte man vermutet, dass sich in den Lücken ebenfalls einige Eisbrocken befinden, was aber nicht der Fall ist.

 
 

Dicke

Die extrem geringe Dicke des Ringsystems geht auf Stöße der Partikel zurück. Jeder Brocken kreist einzeln um den Mittelpunkt des Saturns und somit sind die Ringe kein starres Gebilde. Daher pendelt jeder Brocken, der sich irgendwann an der Oberkante des Ringsystems befindet, während eines Umlaufs einmal vertikal durch das Ringsystem hindurch und wieder zurück. Durch unelastische Stöße mit anderen Brocken reduziert sich diese vertikale Geschwindigkeitskomponente und damit auch die Dicke des Ringsystems.

 
 

Speichenstruktur

Ein weiteres Phänomen sind radiale, speichenartige Strukturen, die sich von innen nach außen über die Ringe des Saturns erstrecken und hierbei enorme Ausmaße annehmen: bei einer Breite von rund 100 Kilometern können sie bis zu 20.000 Kilometer lang werden. Diese „Speichen“ wurden erstmals von der Sonde Voyager 2 bei ihrer Passage im Jahr 1981 entdeckt, später konnte die Beobachtung u. a. vom Weltraumteleskop Hubble bestätigt werden. Rätselhafterweise verschwanden diese Strukturen aber ab 1998 allmählich und konnten dann erst wieder ab September 2005 auf Aufnahmen der Raumsonde Cassini nachgewiesen werden. Als Ursache für die Streifenbildung wurde zunächst eine kurzlebige Wechselwirkung mit dem Magnetfeld des Saturns vermutet.
US-amerikanische Astronomen fanden 2006 jedoch eine andere Erklärung für das Rätsel um die Speichenstrukturen: Demnach bestehen die Speichen aus winzigen (wenige µm) geladenen Staubpartikeln, deren Flugbahn vom UV-Licht der Sonne so beeinflusst wird, dass die Partikel durch entstehende elektrostatische Kräfte in einen Schwebezustand (Levitation) gebracht und angehoben werden. Je nach Position des Saturns auf seiner Umlaufbahn ändert sich der Winkel zwischen den Saturnringen und der Sonne und somit auch der Einfallswinkel des ultravioletten Lichts. Die dunklen Streifen entstehen in periodischen Abständen immer dann, wenn die Sonne in der Ringebene des Saturns steht und bestehen dann für etwa acht Jahre. Eine streifenlose Phase hält dagegen sechs bis sieben Jahre lang an. Der Grund für die elektrostatische Aufladung der Ringe wird kontrovers diskutiert. Eine Erklärung ist, dass Blitze in der oberen Atmosphäre des Saturns auftreten, welche durch komplexe Vorgänge Elektronenstrahlen erzeugen, die die Ringe treffen.

 
 

Entstehung

Eine Theorie für die Entstehung des Ringsystems muß die Zusammensetzung erklären. Das Zerreißen eines Mondes durch Gezeitenkräfte kann die Menge an Eis im Saturnring nicht erklären.
Neuere Daten der Raumsonde Cassini führten im Dezember 2007 zu einer neuen Altersbestimmung, nach der die Saturnringe bereits vor 4,5 Milliarden Jahren entstanden sind. Damit wären die Ringe etwa gleich alt wie das Sonnensystem und gleichzeitig mit Saturn entstanden.

 
     
 

Der E-Ring.

 
   
 

Aus Spektrum der Wissenschaft 6/2015

 
 

Der ausgedehnte E-Ring wurde 1966 auf lange belichteten Aufnahmen entdeckt. Er beginnt weit außerhalb des F-Rings und reicht bis zum Mond Titan. In ihm liegen die Umlaufbahnen der Monde Enceladus, Tethys, Dione und Rhea. Der Ring besteht nicht aus Eisbrocken, wie die anderen Ringe, sondern aus kleinen Nanopartikel. Ein Teil dieser Partikel stammt aus den Kryovulkanen auf Enceladus.

 
  letztes Update 30.5.2015