Die Cassini-Mission zum Saturn endete vor anderthalb Jahren, aber aus allen gesammelten Daten kommen noch wissenschaftliche Ergebnisse. Als Cassini in seinen letzten Monaten näher an Saturn heranrückte, warf es einen sehr detaillierten Blick auf die Ringe des Gasriesen, die zwischen ihnen und dem Planeten selbst wanderten. Diese detaillierte Untersuchung warf einige Fragen zu all den Wechselwirkungen auf, die diese Ringe formen.
ZU neues Papier veröffentlicht in Wissenschaft präsentiert einige der Ergebnisse von Cassinis Nahaufnahme der Ringe.
Im Ringsystem des Saturns gibt es viele winzige Mondchen, und diese Körper interagieren mit den eisigen Partikeln, die den Großteil der Ringe ausmachen. Dies führt zu einer Vielzahl von Formen und Texturen in der Ringstruktur, ähnlich wie Planeten in der protoplanetare Scheibe um einen Stern. Das bedeutet, dass die Ringe wie ein Labor sind, in das Wissenschaftler blicken können, um mehr über die Entstehung von Planeten zu erfahren.
„Diese neuen Details darüber, wie die Monde die Ringe auf verschiedene Weise formen, bieten ein Fenster in die Entstehung des Sonnensystems…“
Hauptautor und Cassini-Wissenschaftler Matt Tiscareno vom SETI Institute in Mountain View, Kalifornien.
Aus der Ferne sind die Ringe des Saturn eine der stattlichsten Strukturen des Sonnensystems. Aus der Nähe betrachtet kommt der Detailreichtum der Ringe voll zur Geltung. Dies ist eines der hochauflösenden Farbbilder eines Teils der Saturnringe, aufgenommen am 6. Juli 2017 mit der Engwinkelkamera der Raumsonde Cassini. Dieses Bild zeigt einen Teil des inneren zentralen Teils des B-Rings des Planeten. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Beim letzten Blick der Raumsonde Cassini auf die Ringe entdeckte sie Texturen und Muster, die von klumpig bis strohartig reichten. Diese Vielfalt wirft die Frage auf, wie genau sie geformt wurden und welche Geschichte der Interaktionen sie geformt hat. Zu den Fragen kommt hinzu, wie sich Farbe, Temperatur und Chemie in der Ringstruktur ändern.
Aber wie viele Wissenschaften wirft diese Studie sowohl neue Fragen auf als auch wirft ein Licht auf bestehende Fragen.
Der F-Ring ist der äußerste definierte Ring in der Ringstruktur des Saturn und wahrscheinlich der aktivste. Es enthält Funktionen, die in Zeiträumen von nur wenigen Stunden variieren können. EIN 2008 Studie zeigten, dass im F-Ring mehrere Moonlets am Werk sind und ihre Kollisionen und Gravitationseffekte für einige der Klumpen und Längskanäle in diesem Ring verantwortlich sind.
Der F-Ring befindet sich am äußersten Rand des Ringsystems des Saturn. Obwohl es darüber hinaus noch andere, kurzlebigere ringähnliche Strukturen gibt, gilt er als der äußerste Ring. Bildnachweis: Von NASA/JPL/Space Science Institute – Cassini-Huygens/NASAhttp://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA06536 (Bildlink)Beschriftung hinzugefügt von en:User:The Singing Badger (original Uploader on the Englische Wikipedia), Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=45724380
In diesem neuen Papier haben sich die Forscher auf eine Reihe von durch Aufprall erzeugten Streifen im F-Ring konzentriert, die die gleiche Länge und Ausrichtung haben. Sie kommen zu dem Schluss, dass eine Herde von Impaktoren verantwortlich ist, die gleichzeitig auf die Ringe schlugen. Dies ist wichtig, weil es Kometentrümmer als Ursache ausschließt und die Rolle hervorhebt, die Materialströme, die den Saturn umkreisen, bei der Gestaltung der Struktur der Ringe spielen.
„Diese neuen Details, wie die Monde die Ringe auf verschiedene Weise formen, bieten ein Fenster zur Entstehung des Sonnensystems, wo sich auch Scheiben entwickeln, die sich unter dem Einfluss von darin eingebetteten Massen entwickeln“, sagte der Hauptautor und Cassini-Wissenschaftler Matt Tiscareno vom SETI Institut in Mountain View, Kalifornien.
Dieses Bild des winzigen Mondes Daphnis mit einem Durchmesser von nur etwa 8 km ist ein Mosaik mit verbesserten Farben. Daphnis erzeugt drei Wellen am äußeren Rand der Keeler-Lücke. Bildquelle: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Die hervorragenden Nahaufnahmen der Ringe, die Cassini während seiner Ringstreifende Umlaufbahnen zwischen Dezember 2016 und April 2017 zeigten drei verschiedene Arten von Strukturen: klumpig, glatt und streifig. Sie zeigen auch deutlich, dass die drei Typen in Gürteln mit scharfen Grenzen zwischen einander existieren. Der Grund dafür ist unklar, da Wissenschaftler keine mit den Gürteln verbundenen Ringmerkmale identifizieren können.
„Die Eigenschaften der Teilchen müssen anders sein … und wir wissen noch nicht, was es ist.“
Hauptautor und Cassini-Wissenschaftler Matt Tiscareno vom SETI Institute in Mountain View, Kalifornien.
Dieses Bild hebt zwei der in den Saturnringen entdeckten Texturen hervor. Obwohl sie sehr unterschiedlich sind, existieren sie in unmittelbarer Nähe zueinander. Links die strohähnlichen Strukturen, rechts die klumpigen Texturen. NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
„Dies sagt uns, dass das Aussehen der Ringe nicht nur davon abhängt, wie viel Material vorhanden ist“, sagte Tiscareno. „Die Eigenschaften der Partikel müssen etwas anderes sein, was möglicherweise beeinflusst, was passiert, wenn zwei Ringpartikel kollidieren und aneinander abprallen. Und wir wissen noch nicht, was es ist.“
Cassini hatte noch mysteriösere Funde, die von seinem Visible and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) aufgedeckt wurden. Wie der Name schon sagt, wurden die Ringe sowohl im sichtbaren als auch im Infrarotbereich abgebildet. VIMS fand im äußersten Teil des A-Rings ungewöhnlich schwache Wasser-Eis-Banden. Dies ist ein unerwarteter Befund, da dieser Bereich bekanntermaßen stark reflektierend ist und ein hohes Reflexionsvermögen normalerweise weniger kontaminiertes Eis und damit stärkere Wassereisbänder bedeutet.
VIMS hatte noch mehr Überraschungen parat. Während Wissenschaftler bereits wussten, dass Wassereis die Hauptkomponente in den Saturnringen ist, waren sie sich ziemlich sicher, dass andere Eise wie Ammoniakeis und Methaneis vorhanden waren. Aber VIMS konnte weder eines dieser beiden Eise noch organische Verbindungen finden, die angesichts des organischen Materials vorhanden sein sollten, das Cassini zuvor vom D-Ring in die Saturnatmosphäre strömte.
Das Falschfarbenbild rechts zeigt die spektrale Kartierung der A-, B- und C-Ringe des Saturn, aufgenommen von Cassinis Visible and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS). Es zeigt eine Infrarotansicht der Ringe anstelle eines Bildes im sichtbaren Licht. Die blau-grünen Bereiche sind die Regionen mit dem reinsten Wassereis und/oder der größten Korngröße (vor allem die A- und B-Ringe), während die rötliche Farbe auf steigende Mengen an nicht-eisigem Material und/oder kleinere Korngrößen (vor allem in den C-Ring und Cassini-Division).
Auf der linken Seite wird dasselbe Bild über ein natürliches Farbmosaik des Saturn gelegt, das von Cassinis Imaging Science Subsystem aufgenommen wurde. Bildquelle: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute/G. Ugarkovic (ISS), NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/CNRS/LPG-Nantes (VIMS)
„Wenn organische Stoffe in großen Mengen vorhanden wären – zumindest in den Hauptringen A, B und C – würden wir sie sehen“, sagte Phil Nicholson, Cassini VIMS-Wissenschaftler der Cornell University in Ithaca, New York. „Ich bin noch nicht überzeugt, dass sie ein wesentlicher Bestandteil der Hauptringe sind.“
Dies sind interessante neue Erkenntnisse für Saturn-Wissenschaftler und Rätsel, deren Erklärung neue Modelle erfordern. Aber keiner von ihnen kann Cassinis überraschendste Entdeckung übertreffen: das Saturns Ringe sind viel jünger als bisher gedacht.
Laut Jeff Cuzzi vom NASA Ames Research Center treten wir in eine neue Phase der Saturn-Studie ein, in der neue Modelle entwickelt werden, um diese neuen Erkenntnisse zu erklären.
'Wir sehen so viel mehr und näher und wir bekommen neue und interessantere Rätsel', sagte Cuzzi. „Wir sind gerade in der nächsten Phase angekommen, in der neue, detaillierte Modelle der Ringentwicklung erstellt werden – einschließlich der neuen Offenbarung aus Cassini-Daten, dass die Ringe viel jünger sind als Saturn.“
Cassinis Ring Grazing Orbits (blau) gab Wissenschaftlern den bisher genauesten Blick auf die Ringe des Saturn. Bildquelle: NASA
Wissenschaft ist spannend und frustrierend zugleich, weil jeder neue Erkenntnisfortschritt seine eigenen Fragen mit sich bringt. Dies gilt sicherlich für die neue Forschung, die auf den Daten von Cassinis engstem, besten Blick auf Saturn und seine Ringe basiert.
„Es ist, als würde man den Strom noch eine Stufe höher drehen, als wir in den Ringen sehen konnten. Jeder hat einfach einen klareren Überblick über das, was vor sich geht“, sagte Linda Spilker, Cassini-Projektwissenschaftlerin am Jet Propulsion Laboratory der NASA. 'Diese zusätzliche Auflösung hat viele Fragen beantwortet, aber es bleiben so viele verlockende.'
Quellen:
- Pressemitteilung: Cassini von der NASA enthüllt neue Formen von Saturnringen
- Forschungsbericht: Cassini-Huygens’ Erforschung des Saturn-Systems: 13 Jahre Entdeckung
- Forschungsbericht: Die Bestimmung der Struktur von Saturns F-Ring durch nahegelegene Mondscheine
- NASA: Cassini-Mission
- Universum heute: Mimas schiebt sich wie ein Schneepflug durch die Ringe des Saturn