05.06.2008

Saturn: Kollisionen im F-Ring

Die rätselhafte Struktur des schmalen F-Rings des Planeten Saturn wird entscheidend durch kilometergroße Mini-Monde, so genannte Moonlets, bestimmt.



Die rätselhafte Struktur des schmalen F-Rings des Planeten Saturn wird entscheidend durch kilometergroße Mini-Monde, so genannte Moonlets, bestimmt. Zu diesem Schluss kommt ein britisch-französisches Forscherteam auf Basis der Auswertung von Aufnahmen, die mit Instrumenten der amerikanischen Sonde Cassini gewonnen wurden. Die Bilder zeigen Hinweise auf Kollisionen und auf in den Kern des F-Rings eingebettete Moonlets, berichten die Planetenforscher in der aktuellen Ausgabe von „Nature“.

„Der F-Ring ist vermutlich die einzige Region des Sonnensystems, in der es nahezu täglich zu größeren Zusammenstößen kommt“, schreiben Carl Murray von der University of London und seine Kollegen. „Wir finden direkte Beweise für solche Kollisionen, sowie für Moonlets mit Größen um zehn Kilometer, die in den hellen Kern des Rings eingebettet sind.“

Das Ringsystem des Planeten Saturn besteht aus einer ganzen Reihe von Komponenten, die in der Reihenfolge ihrer Entdeckung mit großen Buchstaben bezeichnet werden. Am bekanntesten sind die hellen Ringe A und B, die bereits in einem kleinen Fernrohr ab etwa 40-facher Vergrößerung zu erkennen sind.

Der F-Ring liegt 3400 Kilometer außerhalb des A-Rings und wurde erst 1979 auf Bildern der amerikanischen Sonde Pioneer 11 entdeckt. Spätere Aufnahmen der Voyager-Sonde zeigten, dass der F-Ring aus mehreren Komponenten besteht, die zopfartig miteinander verflochten sind. In dem Ring zeigen sich immer wieder Verdichtungen und Strukturen, die sich auf der Skala von Stunden bis Jahren verändern. Computersimulationen zeigen, dass der schmale F-Ring zumindest teilweise durch die Schwerkraft der „Schäfermonde“ Prometheus und Pandora zusammengehalten wird.

Abb.: Falschfarbenbild einer Struktur im F-Ring des Planeten Saturn. (Quelle: NASA/JPL/Space Science Institute)

Die Voyager-Daten hatten außerdem Hinweise darauf geliefert, dass der F-Ring von einem 2000 Kilometer breiten Gürtel aus Moonlets umgeben ist. Bei der Beobachtung von Sternbedeckungen durch den F-Ring mit den Instrumenten von Cassini konnten weiterhin insgesamt 13 Objekte mit Größen im Bereich von 9 bis 27 Kilometern im 40 Kilometer breiten Kernbereich des F-Rings nachgewiesen werden.

„Alle diese Hinweise lassen vermuten, dass die Region des F-Rings eine einzigartig dynamische Umgebung ist, in der gravitative Störungen und Kollisionen das Aussehen des F-Rings auf mehreren Zeitskalen dramatisch verändern“, schreiben Murray und Kollegen. „Doch die tatsächlichen Mechanismen und die an den Veränderungen beteiligten Objekte waren bislang unbekannt.“

Mit ihrer Analyse von Aufnahmen des F-Rings, die Cassini zwischen Dezember 2006 und Mai 2007 gewonnen hat, konnten die Forscher das jetzt ändern. So stießen Murray und sein Team auf eine Störung im F-Ring, die ihrer Ansicht nach durch die Kollision eines regelmäßig durch den Ring hindurch fliegenden Moonlets mit kleineren Brocken im Ring entstanden ist. Weiterhin fanden sie eine Vielzahl von fächerförmigen Strukturen, die sich mit dem Schwerkrafteinfluss von innerhalb des F-Rings kreisenden Moonlets erklären lassen. „Unsere numerischen Modelle zeigen, dass die Bewegung eines Moonlets entlang des Rings eine fächerförmige Struktur erzeugt“, schreiben die Forscher. Diese Strukturen tauchen zyklisch auf der Zeitskala der Umlaufbewegung auf und verschwinden wieder.

Auf die Fragen, wie der F-Ring überhaupt entstanden ist und wie er über eine längere Zeit stabil bleiben kann, wissen aber auch Murray und sein Team noch keine befriedigende Antwort. Weitere Beobachtungen mit hoher Auflösung, sowie detaillierte numerische Modellierungen unter Berücksichtigung von Kollisionen seien notwendig, um Fortschritte bei der Beantwortung dieser Fragen zu machen.

Rainer Kayser

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