Saturn: Neue Erkenntnisse über den Ringplaneten

Rund 1,4 Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt zieht der zweitgrößte Planet seine Bahn: umgeben von einem 400.000 Kilometer breiten Ring vor allem aus Eis, umkreist von mindestens 47 Monden, von denen einer möglicherweise Leben hervorbringen kann. Ein Sonden-Duo hat erstaunliche Erkenntnisse übermittelt
In diesem Artikel
Raumsonde auf Saturn gelandet
Ein Umlauf in knapp 30 Jahren
Mehr als 100.000 einzelne Ringe

Raumsonde auf Saturn gelandet

Klirrende Kälte von minus 180 Grad Celsius und ein Zwielicht, das einem Tausendstel der irdischen Tageshelligkeit entspricht. Eisbrocken, die in den methangetränkten Boden leicht eingesunken sind. Überschwemmungsgebiete und verästelte Flusstäler, die von flüssigen Kohlenwasserstoffverbindungen wie Methan und vermutlich Ethan, Propan oder Azetylen ausgewaschen worden sind. In der Atmosphäre ein Geruch, der an irdische Ölraffinerien erinnert. Es ist eine Umwelt, wie sie fremder und bizarrer kaum vorstellbar ist.

Erstmals Raumsonde auf Saturn gelandet

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Dieses Farbenfalschbild beruht auf Radiosignalen, welche die Sonde "Cassini" durch die Saturnringe zur Erde gesandt hat. Anhand der Signalveränderungen lässt sich die Größe der Ringpartikel bestimmen

Und doch ist sie real. Sie existiert auf dem einzigen Mond im Sonnensystem, der eine dichte Atmosphäre besitzt - dem Saturntrabanten Titan. Botschaften aus dieser Welt hat die Raumsonde "Huygens" zur Erde gefunkt, die am 14. Januar 2005 an einem Fallschirm durch die Gashülle des Mondes hinab auf dessen Oberfläche geschwebt ist: Erstmals war es der Menschheit damit gelungen, ein Forschungsgerät auf einem Himmelskörper jenseits des Mars zu landen.

Der direkte Kontakt mit Titan ist der bisherige Höhepunkt einer Erkundungsreise, die am 15. Oktober 1997 auf dem Weltraumbahnhof Cape Canaveral begonnen und die Doppelsonde Cassini/Huygens (benannt nach zwei Saturn-Forschern) rund 3,5 Milliarden Kilometer durchs All getrieben hat, um die Geheimnisse des seltsamsten aller Planeten zu enthüllen: des Saturn und seiner Monde. Es war der italienische Mathematiker, Physiker und Philosoph Galileo Galilei, der als Erster auf eine Besonderheit des sonnenfernsten noch mit bloßem Auge sichtbaren Wandelsterns aufmerksam wurde.

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Die Sonde "Cassini" hat am 6. Oktober 2004 aus 6,3 Millionen Kilometer Entfernung dieses bislang detailreichste Farbfoto des Saturn aufgenommen

Scheibenförmiges Rätsel

Als der Gelehrte zu Beginn des 17. Jahrhunderts sein noch recht einfaches Fernrohr auf den Planeten richtete, bemerkte er an dessen scheibenförmigem Bild rätselhafte Anhänge, die zeitweilig zu sehen waren und dann wieder verschwanden. Sie richtig zu deuten, blieb dem Holländer Christiaan Huygens vorbehalten. Nachdem der Physiker und Mathematiker den Planeten über eine längere Periode beobachtet hatte, kam er 1656 zu einem erstaunlichen Schluss: Um den Saturn herum befindet sich ein flacher Ring, der sich je nach Stellung des Planeten im Raum von unterschiedlichen Seiten zeigt.

1675 gelang dem Pariser Astronomen Giovanni Domenico Cassini eine weitere spektakuläre Entdeckung: Er erspähte in dem Ring eine 4800 Kilometer breite Lücke. Immer bessere Teleskope sowie die Raumspäher "Pioneer 11", "Voyager 1" und "Voyager 2" lieferten in den folgenden 300 Jahren ein immer präziseres Bild des Ringplaneten. Ergebnis: Der Saturn ist im wesentlichen eine riesige Gaskugel aus Wasserstoff, die wahrscheinlich in ihrem Inneren einen Gesteinskern birgt.

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Dieser Kern ist von einer Schale "metallischen Wasserstoffs" umgeben: Dort wird dieses Element von der Schwerkraft so stark zusammengepresst, dass es die Eigenschaften eines Metalls annimmt und elektrisch leitfähig wird. Die darauf folgende Schale besteht aus einfachem Wasserstoff, der zunächst flüssig ist und nach außen ab einem gewissen Punkt gasförmig wird.

Ein Umlauf in knapp 30 Jahren

Mit rund 120.000 Kilometern Durchmesser am Äquator übertrifft der Ringplanet die Erde um mehr als das Neunfache, braucht aber nur gut zehn Stunden für eine Umdrehung. Aus dieser schnellen Rotation der gigantischen Gaskugel erklärt sich, dass ihre Form deutlich abgeplattet ist: Zwischen den Polen beträgt der Durchmesser nur 106.900 Kilometer.

Ein Umlauf in knapp 30 Jahren

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Mehr als 100.000 einzelne Ringe sind am Saturn unterscheidbar. Sie bestehen vor allem aus Brocken fast reinen Eises, die den Planeten umkreisen

Der Saturn umkreist die Sonne in einer knapp zehnfach größeren Entfernung als die Erde und benötigt für einen Umlauf 29,46 irdische Jahre. Je besser die Beobachtungsmethoden der Forscher wurden, umso mehr Ringe und Monde ließen sich beim Saturn erkennen. Doch wie haben sich die Ringe gebildet, woraus genau bestehen sie, welche Prozesse bestimmen ihre Struktur? Wie sieht es unterhalb der Wolkendecke und im Inneren des Planeten aus? Wie ist die Oberfläche des Titan beschaffen, des einzigen Mondes mit einer dichten Atmosphäre?

Antworten auf diese Fragen erhoffen sich nun jene 260 Wissenschaftler aus Europa und den USA, die an der Cassini/Huygens-Mission mitwirken. Nach ihrem Start 1997 passierte die Sonde in einem komplizierten Flugmanöver zweimal die Venus, erneut die Erde und dann den Jupiter, um mithilfe von deren Schwerkraft auf immer höhere Geschwindigkeiten zu beschleunigen, die Flugrichtung zu ändern und sich letztlich zum Saturn katapultieren zu lassen. Auf diese Weise konnte Cassini/Huygens den enormen Weg mit einem Minimum an Treibstoff zurücklegen.

Am 1. Juli 2004 traf Cassini schließlich beim Saturn ein. In einem für die Forscher atemraubenden Manöver durchstieß die Sonde die äußere Ringebene durch eine Lücke, zündete die Bremstriebwerke und verringerte ihre Geschwindigkeit dadurch so weit, dass sie vom Schwerefeld des Saturn eingefangen und zu seinem künstlichen Satelliten wurde.

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Titan, der größte Mond des Saturn, ist von einer dichten Atmosphäre mit hohem Stickstoffgehalt umhüllt. Die Sonde "Huygens" hat auf seiner Oberfläche Brocken fotografiert, die wahrscheinlich aus Eis bestehen

Orkane erreichen Geschwindigkeiten von 1350 km/h

Während des Durchfluges durch die Ringebene hatte Cassini sich dem Giganten bis auf gut 18.000 Kilometer angenähert und dabei Blitze, Wolkenbewegungen, Winde und Temperaturveränderungen der Atmosphäre gemessen. Wegen seiner schnellen Rotation und der dichten Atmosphäre ist Saturn der Planet mit den heftigsten Stürmen im gesamten Sonnensystem und den höchsten Windgeschwindigkeiten – Cassini hat bis zu 1350 km/h gemessen.

Weitere Daten von Cassini zeigen, dass das Magnetfeld des Saturn erstaunlich schwankt. Weil dieses Feld von Bewegungen des elektrisch leitenden, metallischen Wasserstoffes im Inneren des Planeten erzeugt wird, hoffen die Wissenschaftler, schon bald Rückschlüsse über den Aufbau des Saturn ziehen zu können. Unklar ist außerdem, warum er sich immer langsamer dreht: Cassini hat gemessen, dass ein Saturn-Tag heute sechs Minuten länger dauert als noch 1981. Nicht eindeutig ist zudem, wie sich die Ringe des Saturn gebildet haben. Dazu gibt es zwei Hypothesen. Der Akkretionstheorie zufolge handelt es sich um Materie aus der Entstehungszeit des Saturn, die sich innerhalb der so genannten Rocheschen Grenze befand. Innerhalb dieser Zone um einen Himmelskörper sind die "Gezeitenkräfte" durch Anziehungskraft so groß, dass jeder Trabant förmlich zerrissen wird. So konnten die Partikel sich nicht zu einem Mond vereinigen, sondern lediglich zu einer ringförmigen Scheibe, formieren.

Mehr als 100.000 einzelne Ringe

Nach der zweiten Hypothese, der Trümmertheorie, ist ein Körper aus dem äußeren Sonnensystem dem Planeten zu nahe gekommen und innerhalb der Rocheschen Grenze zerbrochen oder aber mit einem Saturnmond kollidiert. Die Tatsache, dass die anderen großen Planeten Jupiter, Uranus und Neptun ebenfalls schwach ausgeprägte Ringe besitzen, spricht in den Augen vieler Astrophysiker eher für die Akkretionstheorie als für einen zufälligen Prozess. Die Anzahl der einzelnen Ringe um den Saturn schätzen die Forscher heute auf mehr als 100.000; sie dehnen sich über eine Breite von 400.000 Kilometern aus. Das Material, aus dem die Ringe gebildet sind, besteht überwiegend aus Eis sowie aus Gestein und Staub. Manche Partikel sind hausgroß, andere winzig wie ein Staubkorn.

Mindestens vier Jahre lang - mit der Option auf Verlängerung - soll die Sonde den Saturn umkreisen, dabei immer wieder Ringe, Monde sowie den Planeten selbst observieren und riesige Datenmengen zur Auswertung an die Erde funken. Für seine Aufgaben hat der 2180 Kilo schwere Raumspäher zwölf verschiedene Messinstrumente an Bord. Darunter einen Staub-Analysator, Geräte zur Registrierung von Ionen, Kameras für sichtbares, Infrarot- und UV-Licht, Plasma-Spektrometer, dazu Messgeräte für Magnetfelder und Radiowellen sowie zur Analyse von Gasen. Durch gelegentliche Änderungen der Umlaufbahn um den Ringplaneten die Forschungssonde das System in unterschiedlichen Entfernungen umkreisen und aus verschiedenen Perspektiven anvisieren.

Ring entpuppt sich als Spirale

Schon jetzt hat Cassini wichtige Erkenntnisse geliefert. So drehen sich die Teilchen mancher Ringe deutlich langsamer um sich selbst, als zuvor angenommen, und Bereiche des innersten Ringes sind in den vergangenen 25 Jahren um 200 Kilometer näher an den Saturn herangerückt. Überraschend auch: Ein weiter außen liegender Ring entpuppte sich als Spirale. Und: Die Ringe besitzen eine Art Atmosphäre aus Sauerstoff - er entsteht, wenn UV-Strahlen von der Sonne Wassermoleküle spalten.

Im Mai 2005 wurde in einer Lücke eines Ringes ein neuer Saturn-Mond mit einem Durchmesser von nur sieben Kilometern entdeckt: der 47. Trabant. Noch 1997, zu Beginn der Mission, waren lediglich 18 Monde bekannt. Der größte unter den Trabanten, Titan, reicht mit einem Durchmesser von 5150 Kilometern in seinen Ausmaßen schon an einen Planeten heran: Er ist nicht viel kleiner als der Mars und größer als Pluto und Merkur.

Es regnet flüssiges Methan

Die Messdaten der auf seiner Oberfläche gelandeten Huygens-Sonde bestätigen ältere Befunde, nach denen die Gashülle des Titan zu über 90 Prozent aus Stickstoff, wenigen Prozent Methan sowie weiteren Kohlenwasserstoffen besteht. In 20 Kilometer Höhe beginnt eine Dunstschicht aus feinsten Schwebeteilchen; darunter ist die Sicht bemerkenswert klar. In 50 Kilometer Höhe peitschen Winde mit bis zu 180 km/h Geschwindigkeit. Aus dichten Stickstoff-Methangaswolken regnet es möglicherweise flüssiges Methan, das auf dem Boden jene verästelten Täler auswäscht, die Huygens fotografi ert hat.

Weil dem Mond eine Ozonschicht fehlt, kann die UV-Strahlung der Sonne tief in seine Atmosphäre vordringen und dort photochemische Reaktionen auslösen, aus denen immer komplexere Moleküle hervorgehen. Das hat manche Forscher bereits darüber spekulieren lassen, ob sich auf dem Titan nicht sogar Leben entwickeln könnte: etwa Wesen, die an die extreme Kälte und das Dämmerlicht angepasst sind und deren Lebenselixier Methan anstelle von Wasser ist. Huygens jedenfalls kann dazu keine neuen Erkenntnisse liefern: Sieben Stunden lang sendete die Sonde Daten zur Erde, dann waren ihre Batterien erschöpft. Seither hüllt sich Titan wieder in eisiges Schweigen.

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