28.02.2005

Ein Pfannkuchen um Saturn

Erste Ergebnisse der Raumsonde Cassini zeigen eine unruhige Umgebung des Ringplaneten Saturn.




Erste Ergebnisse der Raumsonde Cassini zeigen eine unruhige Umgebung des Ringplaneten Saturn.

In der Magnetosphäre des Saturns geht es turbulent zu. Elektronen und Ionen schießen darin hin und her, ein mit Plasma und energiereichen Teilchen gefüllter "Pfannkuchen" umgibt den Planeten, und innerhalb des innersten Ringsystems existiert ein bisher unbekannter Strahlungsgürtel. Das sind einige der jetzt veröffentlichten Ergebnisse, die das Instrument MIMI an Bord der amerikanischen Raumsonde Cassini geliefert hat.

Abb. 1: Gemessene Intensitäten von Ionen (oben) und Elektronen (unten) für verschiedene Energien, aufgezeichnet mit dem Instrument MIMI an Bord der Raumsonde Cassini beim Durchflug durch die Saturnmagnetosphäre im Juli 2004. Hohe Zählraten (=Intensitäten) sind rot und weiß eingefärbt, niedrigere grün und blau. (Quelle: Science)

Seit Juli 2004 umkreist Cassini den Saturn. Während des Einschusses in die Umlaufbahn wurden erste Messungen innerhalb der Magnetosphäre des Planeten vorgenommen. An Bord der Sonde befindet sich unter anderem das "Magnetospheric Imaging Instrument" (MIMI), an dem das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau beteiligt ist. MIMI spürt energiereiche geladene und neutrale Teilchen in der Saturnmagnetosphäre auf - in jenem Bereich um den Planeten, der durch dessen Magnetfeld bestimmt wird. Erste Ergebnisse weisen auf eine Vielzahl dynamischer, plasmaphysikalischer Prozesse in der zweitgrößten Magnetosphäre unseres Sonnensystems hin.

Abb. 2: Erstmals gemessene Ladungszustände von energiereichen Ionen in der Saturnmagnetosphäre. Deutlich zu erkennen ist der hohe Anteil von Wasserionen, OH- und Sauerstoffionen, die vermutlich aus dem Ringsystem des Planeten stammen. (Quelle: Science)

MIMI hat verschiedene Regionen innerhalb des Saturnsystems identifiziert. So besitzt der Ringplanet am Äquator eine Plasmaschicht, die mit dem Planeten rotiert und die Form eines "Pfannkuchens" besitzt; dieser ist gefüllt mit Plasma - einem elektrisch leitenden Gemisch aus negativ und positiv geladenen Partikeln - sowie energiereichen Teilchen. Diese Schicht variiert sehr stark in ihrer Dicke und Lage. Außerhalb der Plasmaschicht sind die Zählraten der gemessenen Teilchen sehr viel geringer. Im inneren Bereich der Magnetosphäre befinden sich die Strahlungsgürtel - Erscheinungen, wie wir sie auch von der Erdmagnetosphäre kennen. In dieser Zone hat MIMI die höchsten Intensitäten energiereicher Ionen und Elektronen gemessen.

Abb. 3: Messung (oben) und schematische Darstellung (unten) des neu entdeckten Strahlungsgürtels innerhalb des D-Rings in der Saturnmagnetosphäre. Das Instrument MIMI hat energiereiche Neutralteilchen eingefangen, die in diesem Strahlungsgürtel offenbar durch Ladungsaustauschprozesse entstanden sind. (Quelle: Science)

Außerdem hat das Cassini-Teilchenspektrometer erstmals verschiedene Ladungszustände von Ionen in der Saturnmagnetosphäre messen können. Es zeigen sich neben einfach geladenen Wasserstoffionen H+ vor allem Wasserionen H 2O +, OH +-Ionen, einfach geladene Sauerstoffionen O + und Sauerstoffmoleküle O 2+. Diese stammen vermutlich aus Prozessen, bei denen sie aus den Eis- und Gesteinbrocken der Ringe herausgeschlagen werden und auf diese Weise in die Magnetosphäre gelangen.

Zu den Überraschungen gehört die Entdeckung eines neuen Strahlungsgürtels, der sich innerhalb des innersten Saturnringsystems (D-Ring) erstreckt. Dabei hat MIMI energiereiche Neutralteilchen (ENAs genannt) aufgespürt, die durch Ladungsaustausch in dieser Region entstehen und sich mittels eines neuartigen Detektors nachweisen ließen.

Quelle: MPG \[HOR\]

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