Gesundheit: Reise durch die Ringe des Saturns

Die spektakulären Bilder von den Ringen um den Riesenplaneten Saturn lassen Experten wie Ulrich Köhler vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof ein wenig wehmütig werden. Stammen die Aufnahmen doch vom letzten „Dinosaurier“ der europäischen und US-amerikanischen Weltraumorganisationen ESA und NASA: Sechs Tonnen wog die Cassini-Sonde als eine Titan-Rakete sie am 15. Oktober 1997 in den Weltraum wuchtete. Seither gilt auf beiden Seiten des großen Teichs die Devise „klein aber fein“. ESA und NASA machen nur noch kleinere Missionen, die erheblich billiger als die 2,5 Milliarden Euro teure Cassini-Sonde kommen.

Seit der letzte Dinosaurier aber im Sommer 2004 sein Ziel erreicht hat und in eine Umlaufbahn um den Riesenplaneten Saturn eingeschwenkt ist, beweist er mit einem Feuerwerk von wissenschaftlichen Paukenschlägen, dass solche teuren Riesenunternehmen ihr Geld wert sind. Im Mai 2005 steigerte Cassini die Paukenschläge sogar zum Trommelwirbel, im Wochenrhythmus erreichen die wissenschaftlichen Highlights vom sechsten Planeten des Sonnensystems die Schlagzeilen.

Vorläufig letzter Höhepunkt war die bisher genaueste Untersuchung der Struktur der sieben Ringe, die von innen nach außen mit den Buchstaben D, C, B, A, F, G und E bezeichnet werden. Ähnlich verwirrend wie diese Buchstabenfolge ist auch die Struktur der einzelnen Ringe: Jeder von ihnen sieht völlig anders aus, zeigen die neuesten Cassini-Daten aus einem raffinierten Experiment: Verschwindet die Sonde aus Sicht der Erde hinter den Ringen, sendet sie Radiosignale aus. Die Ringe beeinflussen diese Signale ähnlich stark wie ein Baumstamm oder ein großer Stein im Wasser die Wellen eines Sees verformt. Im Unterschied zu einem See schweben in einem Saturnring allerdings viele verschiedene Teilchen, von denen manche Staubkörnern ähneln und andere mehrere Meter große Brocken sind. Je dichter diese Brocken in einem Ring schweben, umso mehr schwächen sie das ursprüngliche Radiosignal.

Mit diesem Experiment messen die Forscher aber nicht nur die Dichte der Ringe, sondern auch die typische Form der Brocken in einem Ring. Cassini strahlt Radiosignale in den drei Wellenlängen „Ka“, „X“ und „S“ aus. Unterschiedlich große Partikel beeinflussen jede dieser Wellenlängen anders. Mit aufwändigen Computerrechnungen erfahren die Forscher so aus dem Verhalten der Radiosignale, wie groß die Brocken in den verschiedenen Ringen sind und wie dicht sie dort gepackt sind.

So schweben im Ring C und im äußeren Bereich des Ringes A vor allem Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als fünf Zentimetern. Den inneren Ring A und den Ring B dominieren dagegen deutlich größere Brocken, die zum Teil mehrere Meter Durchmesser haben. In Ring B wiederum gibt es Bereiche, in denen die Teilchen erheblich enger nebeneinander schweben als in anderen Regionen des gleichen Rings.

Jetzt rätseln die Experten, wie sich solche Unterschiede bilden und wie die Ringe überhaupt entstanden sind. Der theoretische Physiker Frank Spahn von der Universität Potsdam und seine fünf Mitarbeiter glauben inzwischen eine Antwort gefunden zu haben. Die kleine Gruppe untersucht in Computerrechnungen, wie oft die einzelnen Brocken in den Ringen zusammenstoßen und wie sie auf solche Kollisionen reagieren. Letztendlich werden die Ringteile immer langsamer und stürzen irgendwann im Lauf von wenigen Hundert Millionen Jahren auf den Saturn, zeigen die Ergebnisse. Demnach hat der Saturn seine Ringe nicht etwa seit seiner Entstehung vor mehr als vier Milliarden Jahren. Sie müssen erst später entstanden sein, als ein anderer Himmelskörper auf einen der Eismonde des Saturns prallte und diesen in viele kleine Stücke zersprengte, aus denen sich später die Ringe formten.

Frank Spahn kann inzwischen mit seinen Rechnungen auch erklären, wie Lücken innerhalb der Ringe entstehen: Zwischen den Trümmern schweben auch recht große Brocken mit einigen Kilometern Durchmesser. Ein kompliziertes Wechselspiel aus Anziehungskraft und Reibung durch Kollisionen mit anderen Ringteilchen führt dazu, dass dieser Mini-Mond die anderen Teilchen anscheinend wegschubst. Hat der Mini-Mond einen Durchmesser von mehr als einem Kilometer, fegt er sich so regelrecht eine Bahn frei, die ungefähr fünf mal breiter als sein Durchmesser ist. Der Rand dieser Lücke ist allerdings nicht glatt, sondern wellenförmig. Und prompt bestätigt die Cassini-Sonde die Theorie aus der Potsdamer Uni eindrucksvoll: Am 1. Mai 2005 entdeckt der Satellit einen S/2005 S1 genannten Mini-Mond mit einem Durchmesser von sieben Kilometern, der eine Lücke von 38 Kilometern Breite frei gefegt hat, deren Ränder ein Wellenmuster tragen.

Aber nicht alle Monde in der Umgebung des Saturns sind auch dort entstanden, erfuhr der Planetengeologe Frank Jaumann vom DLR in Berlin-Adlershof: Cassini hat mit einer so genannten Spektralanalyse die Zusammensetzung des nur 212 Kilometer großen Mondes Phoebe aus 2068 Kilometern Entfernung untersucht. Auf diesem anscheinend primitiven Eisklumpen finden die Forscher jede Menge unterschiedlicher chemischer Verbindungen bis hin zu Kohlenwasserstoffen, die im inneren Bereich des Sonnensystems nicht vorkommen.

Phoebe muss also weit draußen im so genannten Kuiper-Gürtel praktisch am Randes des Sonnensystems entstanden sein. Ein gewaltiger Schubs des Planeten Neptun könnte Phoebe später nach innen geschleudert haben. Dort hat dann der Riesenplanet Saturn diesen Boten aus den äußeren Bereichen des Sonnensystems eingefangen. Die 2,5 Milliarden Euro für diesen vielleicht letzten Dinosaurier sind wirklich gut angelegt, freut sich DLR-Forscher Ulrich Köhler über solche wissenschaftliche Sensationen.