Wissen : Kosmische Schallplatten

In den Ringen von Saturn und Jupiter sind Kollisionen mit kleinen Körpern noch Jahre später nachweisbar

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Himmelsscheibe. Die Ringe des Saturn sind vermutlich nicht mal einen Kilometer dick. Dieses Bild wurde aus drei Aufnahmen des Weltraumteleskops „Hubble“ zusammengesetzt und zeigt durch unterschiedliche Färbung die Verteilung von Wasserstoff-Helium-Wolken. Die kleinen grünen Punkte sind die Monde Tethys (oben rechts) und Dione (unten links). Foto: Nasa
Himmelsscheibe. Die Ringe des Saturn sind vermutlich nicht mal einen Kilometer dick. Dieses Bild wurde aus drei Aufnahmen des...

Die Ringe der Planeten Saturn und Jupiter bewahren über Jahrzehnte hinweg die Spuren von Zusammenstößen mit kleineren Himmelskörpern. Das zeigen Beobachtungen, die amerikanische Forscher jetzt in der Onlineausgabe des Fachmagazins „Science“ präsentieren. Die Aufzeichnungen der „kosmischen Schallplatten“ könnten den Astronomen daher künftig Informationen über die Anzahl von Kometen und Asteroiden im äußeren Sonnensystem liefern.

„Im August 2009 schien die Sonne exakt auf die Kante der Saturnringe“, erläutern Matt Hedman von der Cornell Universität in Ithaca im US-Bundesstaat New York und seine Kollegen. Diese ungewöhnliche Beleuchtungssituation erlaubte es den Wissenschaftlern, einen genauen Blick auf die Form des Ringsystems zu werfen. Bei einem Durchmesser von fast einer Million Kilometern sind die aus Eispartikeln und kleinen Gesteinsbrocken bestehenden Saturnringe teilweise nur wenige hundert Meter dick.

Wie Hedman und sein Team nun berichten, ist diese extrem dünne Scheibe aber keineswegs völlig glatt. Die Bilder der amerikanisch-europäischen Raumsonde „Cassini“ zeigen über weite Bereiche des Ringsystems eine wellige Struktur mit einer Amplitude von 2 bis 20 Metern und einer Wellenlänge von 30 bis 80 Kilometern. Aus dem genauen Verlauf dieser Wellen schließen Hedman und seine Kollegen, dass ein kleinerer Himmelskörper diese Störung verursacht hat, als er 1983 durch die Saturnringe hindurch flog.

Aus der radialen Ausdehnung der Riffelung lasse sich schließen, dass es sich nicht um ein einzelnes Objekt, sondern eher um eine auseinandergezogene Trümmerwolke gehandelt hat, schreiben die Wissenschaftler. Insbesondere Kometen zerbrechen unter dem Einfluss der Schwerkraft eines großen Planeten wie Saturn oder Jupiter häufig in viele kleine Fragmente, die dann wie auf einer Perlenschnur aufgereiht ihre Bahn ziehen. Aus der Amplitude der Wellen ergibt sich eine Gesamtmasse der Trümmerwolke im Bereich von 100 Millionen bis 10 Milliarden Tonnen – ein typischer Wert für kleinere Kometen.

Angeregt durch diesen Befund wendeten sich Hedman und seine Kollegen dem Planeten Jupiter zu. Auch der größte Planet des Sonnensystems besitzt ein Ringsystem, dass allerdings wesentlich weniger auffällig und ausgedehnt ist wie bei Saturn. Während die Saturnringe sich schon im kleinen Fernrohr zeigen – sie wurden bereits 1610 von Galileo Galilei beobachtet, der in ihnen jedoch noch „Henkel“ sah –, konnten die Ringe des Planeten Jupiter erst 1979 von der Raumsonde „Voyager 1“ fotografiert werden.

In Aufnahmen der Sonde „Galileo“ aus den Jahren 1996 und 2000, sowie weiteren Bildern der Sonde „New Horizons“, die 2007 am Jupiter vorüber flog, konnten Hedman und seine Kollegen zwei sich überlagernde Wellenmuster erkennen. Die Wissenschaftler beschreiben die Strukturen als Spiralen, die sich in Abhängigkeit vom Schwerefeld des Planeten aufwickeln. Aus dem Grad der Aufwicklung konnten sie auch hier ausrechnen, wann es zu der Störung des Ringsystems gekommen ist: zwischen Juli und Oktober 1994.

Damit bestätigt sich der Verdacht der Wissenschaftler, dass Kollisionen mit kleineren Himmelskörpern die Ursache für die Wellen in den Ringsystemen sind. Denn im Juli 1994 näherten sich die Trümmer des zerfallenen Kometen „Shoemaker-Levy 9“ dem Jupiter und stürzten schließlich in die Atmosphäre des Riesenplaneten. Es war das erste Mal, dass ein solcher Einschlag live von der Erde aus beobachtet werden konnte. Entsprechend groß war nicht nur das Interesse der Astronomen, sondern auch der Medienrummel.

Kollisionen mit Asteroiden, Kometen oder deren Trümmerwolken können in den Ringsystemen von Planeten also offenbar über Jahrzehnte hinweg nachweisbare Spuren hinterlassen. Damit bieten die Planetenringe eine neue Möglichkeit, die Häufigkeit solcher Zusammenstöße – und damit auch die Anzahl kleinerer Himmelskörper im äußeren Sonnensystem – zu bestimmen.

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