Vielleicht wissen wir endlich, wann die prächtigen Ringe entstanden sind

Die Saturnringe gehören zu den Juwelen des Sonnensystems, aber es scheint, dass ihre Zeit kurz und ihre Existenz vergänglich ist.

Eine neue Studie legt nahe, dass die Ringe zwischen 400 und 100 Millionen Jahre alt sind – ein Bruchteil des Alters des Sonnensystems. Das bedeutet, dass wir einfach Glück haben, in einer Zeit zu leben, in der der Riesenplanet seine prächtigen Ringe hat. Untersuchungen zeigen auch, dass sie in weiteren 100 Millionen Jahren verschwunden sein könnten.

Die Ringe wurden erstmals 1610 vom Astronomen Galileo Galilei beobachtet, der sie aufgrund der Auflösungsgrenzen seines Teleskops zunächst als zwei kleinere Planeten auf jeder Seite der Hauptkugel des Saturn beschrieb, die offenbar in physischem Kontakt mit dieser standen.

Im Jahr 1659 veröffentlichte der niederländische Astronom Christiaan Huygens Systema Saturniumin dem er sie als erster als dünnes, flaches Ringsystem beschrieb, das den Planeten nicht berührte.

Er zeigte auch, wie sich ihr Aussehen von der Erde aus verändert, wenn die beiden Planeten die Sonne umkreisen, und warum sie zu bestimmten Zeiten scheinbar verschwinden. Das liegt daran, dass ihre Sichtgeometrie so ist, dass wir sie auf der Erde regelmäßig von der Kante sehen.

Die Ringe sind für jeden sichtbar, der ein gutes Fernglas oder ein bescheidenes Gartenteleskop besitzt. Die Ringe schimmern weiß vor der blassgelben Kugel des Saturn und bestehen fast ausschließlich aus Milliarden von Wassereispartikeln, die durch die Streuung des Sonnenlichts leuchten.

Inmitten dieses eisigen Materials befinden sich Ablagerungen dunklerer, staubiger Materie. In der Weltraumwissenschaft wird üblicherweise mit „Staub“ gemeint winzige Körner aus felsigem, metallischem oder kohlenstoffreichem Material, das deutlich dunkler als Eis ist. Sie werden zusammenfassend auch als Mikrometeoroide bezeichnet. Diese Körner durchdringen das Sonnensystem.

Gelegentlich kann man sie nachts als Sternschnuppen in die Erdatmosphäre eindringen sehen. Die Gravitationsfelder der Planeten haben die Wirkung, diesen staubigen, planetarischen „Einfall“ zu vergrößern oder zu fokussieren.

Mit der Zeit erhöht dieser Einfall die Masse eines Planeten und verändert seine chemische Zusammensetzung. Saturn ist ein riesiger Gasriesenplanet mit einem Radius von etwa 60.000 km, etwa dem 9,5-fachen der Erde und einer Masse von etwa dem 95-fachen der Erde. Das bedeutet, dass es über einen sehr großen „Gravitationsbrunnen“ (das Gravitationsfeld, das einen Körper im Weltraum umgibt) verfügt, der die Staubkörner sehr effektiv in Richtung Saturn schleust.

Kollisions-Kurs

Die Ringe erstrecken sich von etwa 2.000 km über den Wolkendecken des Saturn bis in etwa 80.000 km Entfernung und nehmen einen großen Bereich des Weltraums ein. Wenn einfallender Staub durchdringt, kann er mit Eispartikeln in den Ringen kollidieren. Mit der Zeit verdunkelt der Staub die Ringe allmählich und erhöht ihre Masse.

Cassini-Huygens war ein Roboter-Raumschiff, das 1997 gestartet wurde. Es erreichte Saturn im Jahr 2004 und begab sich in die Umlaufbahn um den Planeten, wo es bis zum Ende der Mission im Jahr 2017 blieb. Eines der Instrumente an Bord war das Kosmischer Staubanalysator (CDA).

Anhand von Daten des CDA verglichen die Autoren in der neuen Arbeit die aktuellen Staubzahlen im Weltraum um Saturn mit der geschätzten Masse an dunklem Staubmaterial in den Ringen. Sie fanden heraus, dass die Ringe nicht älter als 400 Millionen Jahre sind und möglicherweise sogar 100 Millionen Jahre alt sind. Dies mag wie eine lange Zeitskala erscheinen, aber sie beträgt weniger als ein Zehntel des 4,5 Milliarden Jahre alten Sonnensystems.

Dies bedeutet auch, dass die Ringe nicht gleichzeitig mit Saturn oder den anderen Planeten entstanden sind. Sie sind kosmologisch gesehen eine neue Ergänzung des Sonnensystems. Über 90 % der Zeit, in der Saturn existierte, waren sie nicht vorhanden.

Todesstern

Dies führt zu einem weiteren Rätsel: Wie entstanden die Ringe ursprünglich, wenn man bedenkt, dass alle großen Planeten und Monde des Sonnensystems viel früher entstanden sind? Die Gesamtmasse der Ringe beträgt schätzungsweise etwa halb so viel wie die eines der kleineren Eismonde des Saturn, von denen viele enorme Einschlagmerkmale auf ihren Oberflächen aufweisen.

Einer ganz besonders: der kleine Mond Mimasder den Spitznamen „Todesstern“ trägt, hat auf seiner Oberfläche einen 130 km breiten Einschlagskrater namens Herschel.

Dies ist keineswegs der größte Krater im Sonnensystem. Allerdings hat Mimas nur einen Durchmesser von etwa 400 km, so dass dieser Einschlag nicht viel mehr Energie benötigt hätte, um den Mond auszulöschen. Mimas besteht wie die Ringe aus Wassereis, daher ist es möglich, dass die Ringe durch einen solchen katastrophalen Einschlag entstanden sind.

Ringregen

Wie auch immer sie entstanden sind, die Zukunft der Saturnringe ist kaum zweifelhaft. Der Aufprall der Staubkörner auf die Eispartikel erfolgt mit sehr hohen Geschwindigkeiten, was dazu führt, dass winzige Eis- und Staubfragmente von ihren ursprünglichen Partikeln abgesplittert werden.

Durch das ultraviolette Licht der Sonne werden diese Fragmente elektrisch aufgeladen photoelektrischer Effekt. Wie die Erde verfügt auch der Saturn über ein Magnetfeld, und sobald er aufgeladen ist, werden diese winzigen Eisfragmente aus dem Ringsystem freigesetzt und vom Magnetfeld des Planeten eingefangen.

Zusammen mit der Schwerkraft des Riesenplaneten werden sie dann in die Saturnatmosphäre geschleust. Dieser „Ringregen“ wurde erstmals aus der Ferne von den Raumsonden Voyager 1 und Voyager 2 während ihrer kurzen Vorbeiflüge am Saturn in den frühen 1980er Jahren beobachtet.

In einer neueren Papier aus dem Jahr 2018 Wissenschaftler verwendeten Staubzählungen, ebenfalls vom CDA, während Cassini zwischen den Ringen und den Wolkendecken des Saturns flog, um herauszufinden, wie viel Eis und Staub im Laufe der Zeit aus den Ringen verloren geht. Diese Studie zeigte, dass jede halbe Stunde etwa ein olympisches Schwimmbecken an Masse aus den Ringen in die Saturnatmosphäre verloren geht.

Anhand dieser Strömungsgeschwindigkeit wurde geschätzt, dass die Ringe angesichts ihrer derzeitigen Masse wahrscheinlich bereits in 100 Millionen Jahren verschwunden sein werden. Diese wunderschönen Ringe haben eine turbulente Geschichte, und wenn sie nicht irgendwie wieder aufgefüllt werden, werden sie von Saturn verschlungen.

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