Saturns zweites Ringsystem

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Dass der Planet Saturn ein äußerst auffälliges System von konzentrischen Ringen besitzt dürfte allgemein bekannt sein. Er weist aber auch noch ein zweites System von Ringen auf, das zwar weniger spektakulär ist, dafür aber mindestens ebenso rätselhaft wie das erste ist. Das zweite System sind die unterschiedlich hellen und dunklen Streifen in seiner Atmosphäre. Nun dürfte ein Rätsel dieses Systems gelöst sein.

Schon lange war bekannt, dass die Musterung der Atmosphäre auf der Nord-Halbkugel ziemlich genau das Spiegelbild des südlichen Musters ist. Und beide Muster stimmen frappant mit der Verteilung der Ringe überein, die den Planeten umkreisen. Dass das kein Zufall sein konnte wurde schon lange vermutet, und es herrschte kein Mangel an Hypothesen die versuchten eine Erklärung für den Zusammenhang zu liefern.

James O’Donoghue von der University of Leicester hat nun Infrarotaufnahmen, die am Keck-Observatorium in Hawaii gemacht wurden, analysiert und konnte mit seinen Erkenntnissen viele dieser Hypothesen widerlegen. Eine dieser Hypothesen wurde dabei aber in den Rang einer Theorie erhoben.

Und das ist die Theorie, die durch die jüngsten Beobachtungen bestätigt wurde:

Die Ringe, die den Planeten umkreisen bestehen – und das weiß man schon relativ lange – aus Eis. Es ist ganz normales Wassereis, dass da in Brocken unterschiedlicher Größe den Planeten umkreist. Und auf dieses Eis scheint die Sonne. Nicht so hell wie bei uns, denn der Saturn ist knapp zehnmal so weit von der Sonne entfernt wie die Erde und daher erreicht ihn pro Quadratmeter nur rund 1 % der Strahlungsleistung, die wir hier auf der Erde abbekommen. Aber auch das reicht aus, geringe Mengen des Wassereises sublimieren zu lassen.

So wie aus flüssigem Wasser gasförmiger Dampf entweicht, so kann nämlich auch aus festem Eis – ohne flüssiges Zwischenstadium – gasförmiger Dampf entweichen. Der Dampf kondensiert recht rasch wieder zu winzigen Eiskristallen, die dann durchs Vakuum treiben, und durch dieselben Effekte, die in Gewitterwolken zur elektrischen Aufladung der Wassertröpfchen und Eiskristalle führen, laden sich auch die winzigen Eiskristalle im Ringsystem Saturns elektrisch auf.

Die nächste Zutat ist das Magnetfeld des Planeten. Seine Stärke beträgt ca. 60 % der Stärke des Erdmagnetfeldes. Wir haben also ein Magnetfeld, ein Vakuum und darin elektrisch geladene Mini-Eiskristalle. Unter diesen Bedingungen können sich die Eiskristalle nur in zwei Richtungen bewegen, nämlich nur entlang der Feldlinien des Magnetfeldes (vor und zurück).

Sie bewegen sich dabei auf eng gewundenen korkenzieherähnlichen Schraubenlinien, und in beiden Richtungen endet der Weg in den oberen Schichten der Atmosphäre des Planeten. Kristalle, die an einem der inneren Ringe entstanden sind landen dabei relativ nahe am Äquator, Kristalle aus den entfernteren Ringen machen einen größeren Bogen und landen in der Nähe eines der beiden Pole.

Es regnet also aus den Ringen auf den Planeten herab, und dabei wird das Ringmuster auf die Planetenoberfläche abgebildet. Einmal auf die Nordhalbkugel und ein zweites Mal auf die Südhalbkugel.

Die nächste Zutat ist der Sonnenwind. Das sind Teilchen, die von der Sonne ausgestoßen werden und auf die Oberfläche des Planeten treffen. Wenn sie in die Ionosphäre des Saturn eindringen lösen sie Leuchterscheinungen aus die dem Nord- bzw. Südlicht auf der Erde sehr ähnlich sind. Und ohne den elektrischen Eisregen aus dem Ringsystem müsste die ganze Ionosphäre des Saturn ziemlich gleichmäßig leuchten. Die geladenen Eiskristalle stören aber diesen Effekt. Überall dort, wo der elektrische Regen auf den Planeten trifft leuchtet die Atmosphäre weniger stark. Und damit ist geklärt, warum das doppelter Abbild der Saturnringe auch tatsächlich sichtbar ist.

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[nature via scinexx]

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