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Das Spitzer-Weltraumteleskop hat einen riesigen Ring um Saturn ausspioniert, das größte und am weitesten entfernte Band dieser beringten Welt. Wie groß ist dieser Ring? „Wenn Sie Infrarotaugen wie Spitzer hätten“, sagte Anne Verbiscer, Forschungsastronomin an der University of Virginia, Charlottesville, „sähe es von der Erde aus wie ein Vollmond zu beiden Seiten des Saturn.“ Das ist unglaublich groß! Der Großteil seines Materials beginnt etwa sechs Millionen Kilometer vom Planeten entfernt und erstreckt sich etwa weitere 12 Millionen Kilometer (7,4 Millionen Meilen) nach außen. Eine Milliarde Erden könnten in das Raumvolumen dieses Rings passen.
Warum wurde diese gigantische Struktur also nicht früher entdeckt?
„Es ist sehr, sehr schwach; extrem schwach“, sagte Verbiscer gegenüber Universe Today. „Wenn du im Ring stehst, würdest du es nicht einmal wissen. In einem Kubikkilometer Raum befinden sich nur 10-20 Teilchen. Die Partikel haben ungefähr die gleiche Größe wie Nebelpartikel, sind aber sehr verteilt. Wir betrachten nur die thermischen Emissionen, die diese kleinen Partikel abgeben; wir betrachten das reflektierte Sonnenlicht bei den Beobachtungen, die wir mit Spitzer gemacht haben, überhaupt nicht. Das macht Spitzer zum perfekten Instrument, um eine solche Staubstruktur zu finden. Dieser Ring ist völlig analog zu den Trümmerscheiben um andere Sterne, die Spitzer beobachtet hat.“
Das Forschungsteam ist nicht nur über diesen Ring gestolpert; sie suchten danach. Zum Team gehören Verbiscer, Douglas Hamilton von der University of Maryland, College Park, und Michael Skrutskie von der University of Virginia, Charlottesville. Sie verwendeten die längerwellige Infrarotkamera auf Spitzer, das sogenannte Multiband Imaging Photometer, und führten ihre Beobachtungen im Februar 2009 durch, bevor Spitzer im Mai das Kühlmittel ausging und sie ihre „warme“ Mission begann.
Die dunkle und helle Seite von Iapetus. Bildnachweis: NASA/JPL/Space Science Institute
„Seit mehr als 300 Jahren versuchen die Menschen, das Erscheinen von Saturns Mond Iapetus (der 1671 von Giovanni Cassini entdeckt wurde) zu erklären und warum eine Seite des Mondes hell und die andere sehr dunkel ist“, sagte Verbiscer. „In den letzten 35 Jahren wurde ein anderer Mond, Phoebe, als mögliche Erklärung genannt, da es eine Verbindung zwischen diesen beiden Monden gibt. Phoebe selbst ist sehr, sehr dunkel und entspricht der Albedo oder Helligkeit des dunklen Materials der führenden Hemisphäre von Iapetus. Phoebe hat eine retrograde Umlaufbahn und Iapetus befindet sich in einer pro-grade Umlaufbahn. Wenn also Partikel von Phoebe abgeschossen werden und sich spiralförmig nach innen in Richtung Saturn bewegen, würden sie Iapetus direkt auf dieser führenden Hemisphäre treffen.“
Verbiscer sagte, dass diese Erklärung für die dunkle Seite von Iapetus dynamisch diskutiert und versucht wurde, modelliert zu werden. Aber niemand hatte daran gedacht, Spitzer zu benutzen, um in dieser Gegend nach Staub zu suchen. „Das war also unsere Idee“, sagt sie. „Der Titel unseres Vorschlags war ‚A New Saturnian Ring‘. Wir suchten definitiv nach einer Staubstruktur, die mit Phoebe in Verbindung steht und sich in derselben Umlaufbahn befindet, und genau das sehen wir.“
Verbiscer sagte, es wäre selbst für die Raumsonde Cassini und insbesondere für die Bildkameras sehr schwierig, diesen Ring zu sehen, da er nur im Infraroten auftaucht. Außerdem befindet sich Cassini in diesem Ring und müsste an den anderen Ringen von Saturn vorbeischauen. „Dieser Ring ist so groß und doch so schwach, dass es schwer zu sagen ist, wann man ihn betrachtet und wann nicht.“
Die vertikale Höhe und Bahnneigung dieses Rings passt perfekt zu Phoebes Umlaufbahn am Himmel. „Wenn Sie planen würden, wo Phoebe im Laufe der Zeit auftaucht, während sie um Saturn herumläuft, stimmt der Ring genau überein“, sagte Verbiscer. „Stellen Sie sich ein Viertel vor, das sich auf einem Tisch dreht; der Ring hat dieselbe vertikale Spitze und Phoebes Umlaufbahn macht dasselbe.“
Ob die Staubpartikel von Phoebe selbst stammen oder ob Phoebe einige Partikel in diese Konfiguration „hirten“, haben die Wissenschaftler keinen eindeutigen Beweis, aber höchstwahrscheinlich stammen die Staubpartikel von Phoebe. 'Wir haben keine feste Bestätigung dafür, aber es ist stark darauf hinzuweisen, dass es von Phoebe stammt', sagte Verbiscer. „Die Materialien zusammen ergeben das, was man bei der Ausgrabung eines Kraters mit einem Durchmesser von etwa einem Kilometer auf Phoebe erhalten würde.“
Cassini-Bild von Phoebe. Bildnachweis: NASA/JPL
Phoebe hat einen Durchmesser von 200 km und ist stark verkratert, sodass ein Krater von 1 km kein übermäßig großer Krater ist. „Wir können uns also nicht einen bestimmten Krater auf Phoebe ansehen und sagen, dass einer den Ring geschaffen hat“, erklärte Verbiscer. 'Es ist wahrscheinlich, dass es von mehreren verschiedenen kleineren Einschlägen stammt, und der Ring wird ständig von nachfolgenden Einschlägen und Mikrometeoriten versorgt, die Phoebe treffen, Material in diesen Ring schleudern und Staub und Material von Phoebes Oberfläche in eine Phoebe-ähnliche Umlaufbahn bringen.'
Aber es gibt immer noch ein Rätsel über die Farbe der führenden Hemisphäre von Iapetus.
Die Zusammensetzung der beiden Monde wurde häufig verglichen, und im nahen Infrarot haben sie gemeinsame Absorptionsmerkmale. Im Ultraviolett stimmen die Spektren jedoch nicht so gut überein. 'In Bezug auf die Farbe sieht bei Iapetus die dunkle Farbe im Vergleich zu Phoebe etwas roter aus, daher gibt es eine kleine Farbabweichung', sagte Verbiscer. „Es könnte sein, dass sich die Partikel, die von Phoebe ausgestoßen werden, mit dem, was sich auf Iapetus befindet, vermischen, was für den Farbunterschied verantwortlich sein könnte. Das könnte interessant sein, einige Spektralmischungsmodelle zu erstellen, um ein ursprüngliches Iapetus-Material zu erhalten und mit Phoebes Material zu mischen, um zu sehen, ob sie irgendwie gerötet werden.“
Der Ring selbst ist zu schwach, um Spektren aufzunehmen, um zu versuchen, zu bestimmen, aus welchen Materialien der Ring besteht, aber die Annahmen sind, dass die Materialien von der oberen Oberfläche von Pheobes Krateroberfläche stammen, die auch etwas Eis enthalten könnte. Cassini-Nahaufnahmen des Mondes aus dem Jahr 2004 zeigen helle Krater, die darauf hindeuten, dass sich Eis nahe an der Oberfläche befindet.
Spitzer konnte das Glühen des kühlen Staubs spüren, der nur etwa 80 Kelvin (minus 316 Grad Fahrenheit) beträgt. Kühle Objekte strahlen mit Infrarot- oder Wärmestrahlung; zum Beispiel erstrahlt sogar eine Tasse Eis im Infrarotlicht. „Indem er sich auf das Glühen des kühlen Staubs des Rings konzentrierte, machte Spitzer es leicht, ihn zu finden“, sagte Verbiscer.
Das Papier des Teams erscheint in der heutigen Ausgabe von Nature. Eine Online-Version ist hier verfügbar.
Titelbildunterschrift:Künstlerkonzept des neuen Saturnrings. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC) Der eingefügte Kredit (Saturn, Phoebe und Iapetus) ist NASA/JPL/SSI. Bild mit freundlicher Genehmigung von Anne Verbiscer