Groß und staubig

Beobachtungen mit dem Spitzer Space Telescope bei Wellenlängen von 24 und 70 Mikrometern zeigten 2009 einen bis dahin unbekannten, dünnen Ring weit außen um den Saturn. Den Spitzer-Aufnahmen zufolge erstreckte er sich 128 bis 207 Saturnradien vom Planeten entfernt und besaß eine vertikale Ausdehnung von vierzig Saturnradien – damit wäre er gut zehn Mal größer als der bis dahin größte Saturnring. Aufgrund seiner Lage sehen die Astronomen den kleinen Saturnmond Phoebe als Ursache für den äußeren Ring an: Jeder Einschlag eines kleineren Körpers auf dem nur 220 Kilometer großen Mond führt vermutlich zum Auswurf von Material, dass sich in dem Ring sammelt.

Im Verlauf seiner Infrarot-Durchmusterung des gesamten Himmels nahm der US-amerikanische Wide-Field Infrared Survey Explorer WISE im Juni 2010 auch Saturn ins Visier. Die WISE-Messungen zeigen, wie Douglas Hamilton von der University of Maryland und seine Kollegen nun berichten, eine noch deutlich größere Ausdehnung des Phoebe-Rings: Demnach reicht er sogar bis zu 270 Saturnradien weit ins All hinaus. Nach innen ist der Ring auf den WISE-Aufnahmen bis zu einem Abstand von hundert Saturnradien deutlich zu erkennen, möglicherweise erstreckt er sich sogar bis auf fünfzig Saturnradien an den Planeten heran.

Woraus aber besteht der Ring? Um eine Antwort auf diese Frage zu finden, haben Hamilton und seine Kollegen in Computersimulationen die Bahnbewegung von Testpartikel unterschiedlicher Größe verfolgt, die von Phoebe ausgeworfen wurden. Daraus konstruierten sie Modelle des Rings, die sie mit den Messungen von WISE vergleichen konnten. Die Ringpartikel unterliegen vor allem zwei Einflüssen. Einerseits dem Strahlungsdruck der Sonne, der zu einer Oszillation der Bahnexzentrizität eines Teilchens führt. Und andererseits dem Poynting-Robertson-Effekt, der durch eine Asymmetrie zwischen Absorption und Re-Emission zu einer langsamen Annäherung des Partikels an den Saturn führt.

Die beste Übereinstimmung mit den Messdaten erzielen Hamilton und seine Kollegen mit einer sehr steilen Verteilung der Teilchengrößen, bei der kleine Partikel also sehr viel häufiger vorkommen als größere. Ein höherer Anteil an größeren Objekten führt entweder zu einem Strahlungsmaximum an der falschen Stelle oder zu einem – nicht beobachteten – abrupten Abbruch des Rings bei 250 Saturnradien. Der Ring ist also, so die Schlussfolgerung, eher staubig als steinig. „Eine solche Verteilung ist im Sonnensystem ungewöhnlich“, stellen die Forscher fest.

Es müsse beim Phoebe-Ring Entstehungsprozesse geben, die bislang nicht ausreichend beachtet worden sind. Infrage kommen dabei beispielsweise Erosionsprozesse an der Oberfläche von Phoebe durch den Sonnenwind oder durch interstellaren Staub. Möglich sei auch, dass weitere kleine, bislang unentdeckte Saturnmonde im Größenbereich von einigen hundert Kilometern zu dem Ring beitragen. Ganz unabhängig von allen Annahmen über die Entstehungsprozesse können Objekte mit einer Größe oberhalb von zwanzig Zentimetern aber maximal zehn Prozent zum äußeren Saturnring beitragen, so die Forscher.

Rainer Kayser

OD