Der Saturn ist mit seinen Monden und Ringen seit Langem ein dankbares Objekt für Hobby-Sternenforscher und auch für Profis – und Letztere veröffentlichten nun erstaunliche neue Erkenntnisse über den sechsten Planeten unseres Sonnensystems. Während die meisten der insgesamt 62 Monde in großem Abstand außerhalb des Hauptringsystems um ihren Planeten kreisen, gibt es auch fünf kleinere Ringmonde. Bilder der Cassini-Raumsonde enthüllten nun faszinierende Geheimnisse über die Entstehung der Ravioli- und Kartoffelförmigen sogenannten „Schäferhundmonde“ des Saturn, Pan, Daphnis, Atlas, Pandora und Epimetheus. Ein Forscherteam unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen und der Freien Universität Berlin präsentierte Ergebnisse der Messungen in der Fachzeitschrift Science.

Drei der Monde, Pan, Daphnis und Atlas, sehen mit ihren wulstartigen Verdickungen entlang des Äquators aus wie kosmische Ravioli, während Pandora und Epimetheus eher an gigantische Kartoffeln erinnern. Die Wulste der „Ravioli“ seien vermutlich aus winzigen Staubpartikeln entstanden, die im Laufe von Jahrmillionen infolge der geringen Schwerkraft der Monde aus angrenzenden Bereichen angezogen wurden, sagen die Forscher. Darunter könnte sich ein dichterer Kern verbergen – möglicherweise ein Bruchstück eines größeren Körpers, der einst den Saturn umkreiste und durch Zusammenstöße zerbrach. Unterstützt werde diese These durch die von den Cassini-Instrumenten beobachteten geringen Dichten und porösen Oberflächen der inneren Monde.

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Fotomontage von drei der kleinen Ringmonde des Saturns: Atlas, Daphnis und Pan im gleichen Maßstab zur besseren Vergleichbarkeit. © NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Eine Mischung aus organischen Stoffen und möglicherweise Eisen

Dank der außergewöhnlich detaillierten Bilder konnten die Wissenschaftler die Beschaffenheit der Monde bestimmen und stellten fest, dass der Wulst bei bei Atlas etwa 25 Prozent des Gesamtvolumens ausmacht, bei Pan rund zehn Prozent und bei Daphnis lediglich ein Prozent. In allen drei Fällen ist der Wulst allerdings deutlich glatter und von weniger Kratern durchzogen als der Rest der Oberfläche, was auf ein jüngeres Alter schließen lässt. Das Gleiche trifft auch auf die eher flache Äquatorregion des Mondes Pandora zu. „Insgesamt erscheint die Oberfläche der fünf Trabanten sehr porös; ihre mittleren Dichten sind mit maximal 640 Kilogramm pro Kubikmetern vergleichbar mit der von Kork“, sagen die Forscher.

Je näher die Monde am Saturn liegen, desto rötlicher erscheinen sie, in der Färbung, die auch im Ringmaterial selbst überwiegt. „Wahrscheinlich verursacht eine Mischung aus organischen Stoffen und möglicherweise Eisen, die wiederum aus dem Ringsystem stammt, eine rötliche Färbung der inneren Monde“, erläutert Frank Postberg von der FU Berlin.

Die weiter außen liegenden Ringmonde, besonders Epimetheus, erscheinen hingegen bläulicher. Den Grund dafür sehen Postberg und seine Kollegen in Ablagerungen von Eisteilchen aus den Hauptringen und winzigen Eiskörnchen und Wasserdampf, die vom größeren Mond Enceladus ausgestoßen werden, der außerhalb der Hauptringe kreist. „Beide Prozesse wirken zusammen und bestimmen so das Erscheinungsbild der Ringmonde in Abhängigkeit von ihrem Abstand zum Saturn“, sagt Max-Planck-Forscher Elias Roussos, einer der Hauptautoren der Veröffentlichung.

Überraschung in den Ringen

Das Hauptcharakteristikum des Saturn ist dessen beeindruckendes Ringsystem, das aus Gesteinsbrocken, Eis und Staub besteht – und für die Wissenschaftler eine besondere Überraschung bereithielt: In den Messdaten stellten sie eine Ansammlung energetischer Elektronen entlang des F-Rings fest, die jedoch nicht den gesamten Ring betrifft, sondern nur wenige Stunden nach der lokalen Mittagszeit ausgedehnt über einen Winkel von 15 Grad zu finden sind.

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Künstlerische Darstellung der Saturnringe und der großen Eismonde © NASA/JPL

Diese, von den Forschern als Mikrostrahlungsgürtel bezeichnete Verteilung, deute auf komplexe Plasmaströme in der Nähe des Planeten hin. Besonders überraschend sei jedoch, dass sie mit dem F-Ring zusammenfällt. „Ringe sind allgemein dafür bekannt, Partikelstrahlung zu absorbieren. Im Gegensatz dazu scheint der F-Ring einen eigenen, winzigen Strahlungsgürtel zu erzeugen. Wie das passiert, ist immer noch ein Rätsel“, sagt Roussos.

Die Cassini-Raumsonde umkreiste den Saturn zwischen Juli 2004 und September 2017 insgesamt 294 Mal, wobei es zwischen Dezember 2016 und April 2017 mehrere relativ nahe Vorbeiflüge an den inneren Monden gab. Dabei nahmen sechs wissenschaftliche Instrumente an Bord, unter anderem Kameras, Spektrometer und der Staubdetektor, Daten auf, die jetzt die genaue Bestimmung von Morphologie, Struktur und Zusammensetzung der Monde ermöglichten.

Die Ergebnisse der Untersuchungen wurden in einem Artikel im Journal Geophysical Research Letters veröffentlicht.

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