Unser Sonnensystem
Saturns verborgener Staubring

Emil Khalisi

Emil Khalisi, Heidelberg

Seit Anbeginn der Fernrohrbeobachtungen gilt der Saturn als ein mysteriöser Planet in unserem Sonnensystem. Nachdem Galileo Galilei sein merkwürdiges Aussehen festgestellt hatte, dauerte es fast ein halbes Jahrhundert, bis Christiaan Huygens seine Besonderheit heuristisch (= eine vorläufige Annahme zum Zweck des besseren Verständnisses verwendend) erklären konnte: Er besaß Ringe. Sie galten jahrhundertelang als einzigartig. Im Grunde sind sie es immer noch, obwohl wir inzwischen wissen, dass alle Gasplaneten über ein Ringsystem verfügen.

Die Einzigartigkeit der Saturnringe liegt möglicherweise in ihrer unerwartet hohen Komplexität, die uns bis heute Rätsel aufgibt. Erste Anzeichen hierfür gab es 1675, als Giovanni Domenico Cassini eine zweigeteilte Struktur in ihnen entdeckte. Damals konnte man sich die sogenannte Cassinische Teilung genauso wenig erklären wie die materielle Beschaffenheit des Naturkuriosums.
Die heutige Vorstellung zum Phänomen Ringe geht auf James Clerk Maxwell aus dem Jahr 1859 zurück: Sie bestehen aus unzähligen Einzelkörpern, jeder auf einer eigenen Bahn um den Planeten. Sie sind Gesteins- und Eisbrocken mit einem Durchmesser von wenigen Zentimetern bis zu einigen Metern (Abb. 1). Der Umlauf um den Zentralkörper erfolgt auf Keplerbahnen (also in der Regel Kreis- oder Parabelbahnen), wobei ihre Gesamtheit eine flache Scheibe bildet. Diese ist die Folge der Drehimpulserhaltung.

Doch Maxwells Grundriss reicht für das heutige Verständnis nicht mehr aus. Er erklärt nämlich nicht die unterschiedlichen Ringsysteme bei den anderen Planeten. Raumsonden, die die äußeren Welten aus der Nähe erforschten, stifteten sogar noch mehr Verwirrung. So zeigten die Bilder von Voyager 2, dass Uranus von schmalen, fadenartigen Reifen umgeben ist anstatt - wie Saturn - von flächenhaften Gebilden. Und Jupiters Ring besteht gar aus Nano- und Mikroteilchen, die kleiner sind als die Partikel im Zigarettenrauch. Jedes Ringsystem hat seine spezifischen Merkmale, doch nur Saturn scheint alle in sich zu vereinen.

Struktur der Ringe

Die meisten Leser haben die Saturnringe im Teleskop schon mal bewundert, doch hinter dem ästhetischen Anblick verbirgt sich ein Gebilde mit einer komplexen Dynamik. Es gibt vielschichtige Verwirbelungen und Verdichtungen, Speichen und Spiralen. Die optisch sichtbaren Komponenten nennt man die "massiven" Ringe. Man unterteilt sie in die Bereiche A, B und C (Abb. 2). Die Cassinische Teilung trennt den A- vom B-Ring; im Unterschied zu ihnen ist der C-Ring sehr transparent. Sein Vorhandensein wurde im Jahre 1850 anhand eines Schattenwurfs auf die Saturnkugel erkannt.

Neben diesen massiven Ringen gibt es eine nicht sichtbare Staubkomponente, die deutlich ausgedehnter ist. Dazu gehören der D-Ring, der knapp oberhalb der Saturnatmosphäre beginnt und am C-Ring endet, sowie E- und G-Ring, die in den Raum weit außerhalb bis etwa zum Titanorbit reichen. Der F-Ring ist ein dünner, aber komplex gestalteter Strang, dessen Ausdehnung zwischen 30 und 200 km schwankt. Er wurde erst 1979 auf Bildern von Pioneer 11 entdeckt und ist wohl das turbulenteste Ringelement im ganzen Sonnensystem.