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Freitag, 27.05.2016
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Zwei neue Ringe des Saturns entdeckt

Daten eines Teilchenspektrometers an Bord der Raumsonde Cassini ermöglichten neue Erkenntnisse

Wie bei vielen der kleineren Jupitermonde erstrecken sich auch entlang der Umlaufbahnen der Saturnmonde Methone und Anthe Ringe aus winzigen Staubteilchen. Zu diesem Ergebnis ist ein Max-Planck-Forscher jetzt in seiner Doktorarbeit gekommen.
"Cassini-Huygens" am Saturn

"Cassini-Huygens" am Saturn

Basis dieser Entdeckung waren Daten eines Teilchenspektrometers an Bord der Raumsonde Cassini. Aufnahmen einer Kamera bestätigten diese Vorhersage im vergangenen Herbst. Das Ringsystem, das den riesigen Gasplaneten umgibt, ist somit komplizierter als bisher gedacht.

60 Monde am Saturn


Mindestens 60 Monde umkreisen den Riesenplaneten Saturn. Der größte Mond, Titan, stellt sogar den Planeten Merkur in den Schatten; die kleinsten Monde messen hingegen nur wenige Kilometer im Durchmesser. Auf ihrem Weg um den Planeten hinterlassen all diese Himmelskörper Spuren in der Umgebung des Saturn: Manche speisen die Ringe und die Magnetosphäre - also die magnetische Umgebung - des Gasriesen durch herausgeschlagenes Material oder durch aktive Wassergeysire.

Andere „saugen“ diese Staubteilchen wie Staubsauger an. Die Lücken zwischen den Ringen entsprechen deshalb oft der Umlaufbahn eines Mondes. Zudem absorbieren die Monde auch die Elektronen und Ionen, die die Magnetosphäre des Saturns bevölkern.


Ein Ring aus Staubteilchen

Ein Ring aus Staubteilchen

Magnetische Umgebung des Saturns untersucht


„Die Monde lassen sich deshalb als Werkzeug nutzen, um diese magnetische Umgebung des Saturns genauer zu untersuchen“, erklärt Elias Roussos vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) seinen Ansatz. Ein genaues Bild der Elektronen und Ionen, die den Saturn umgeben, verschaffen sich die MPS-Wissenschaftler seit 2004 mit Hilfe des Instruments LEMMS (Low Energy Magnetospheric Measurement System) an Bord der Raumsonde Cassini. Das Instrument wurde in den Laboren des Instituts entwickelt und gebaut.

Auf seinem Weg durch das Ringsystem und die Magnetosphäre des Saturns misst LEMMS die Energien dieser Teilchen und kann so auch ihre räumliche Verteilung bestimmen. In manchen Regionen konnte das Instrument allerdings stellenweise keine Elektronen oder Ionen messen: Dort könnten größere Körper wie etwa Monde oder Ringe die geladenen Teilchen auf ihren Bahnen entlang des Magnetfeldes des Planeten absorbiert und so eine Lücke hinterlassen haben.

Meteoriteneinschläge erzeugten Ringe


Aus solchen Messdaten ist es Roussos unter anderem gelungen, zwei bisher unbekannte Ringe im Saturnsystem vorherzusagen. Sie gehören zu den nur wenige Kilometer großen Monden Methone und Anthe und sind wahrscheinlich durch Meteoriteneinschläge auf den Monden selbst entstanden.

„Es handelt sich nicht um geschlossene Ringe, die den Saturn komplett umspannen“, beschreibt Roussos. „Sie erstrecken sich nur mehrere tausend Kilometer vor und hinter dem jeweiligen Mond und begleiten ihn auf seiner Umlaufbahn um den Saturn.“ Die Schwierigkeit bestand vor allem darin, aus der Datenlücke von LEMMS auf das Objekt zu schließen, das diese verursacht hatte. Denn nachdem der Mond oder der Ring eine Stelle passiert und dort Teilchen angesaugt hat, füllen die zurückgebliebenen Teilchen die Lücke zum Teil wieder auf. Ganz so, als wenn man in einem Topf voller Brei mit einem Löffel eine Furche zieht. Auch diese schließt sich nach kurzer Zeit wieder.

„Dennoch ließen sich die Messdaten durch die Anwesenheit der Monde allein nicht erklären“, so Roussos. Eine Kamera an Bord der Raumsonde Cassini konnte diese Entdeckung im Herbst vergangenen Jahres bestätigen.

Erstes Ringsystem um einen Mond entdeckt?


Das gleiche Konzept konnte Roussos auf Daten anwenden, die LEMMS bei einem nahen Vorbeiflug am Mond Rhea gesammelt hatte. Es gelang ihm, die kurzzeitigen Lücken in der Zählrate der Elektronen mit etwa ein bis zehn Zentimeter großen Teilchen in Verbindung zu bringen, die den Mond auf stabilen Umlaufbahnen umkreisen.

Dies ist ein starker Hinweis auf das erste Ringsystem um einen Mond in unserem Sonnensystem. Die Bestätigung durch eine sehr schwierige, wenn auch nicht unmögliche Kameraaufnahme steht hier allerdings noch aus.

Elias Roussos

Elias Roussos

Mars besitzt kein Magnetfeld


Trotz dieser Erfolge erstreckt sich das Forschungsinteresse von Roussos nicht allein auf den Saturn. Im Verlauf seiner Promotion hat der 30-Jährige an zahlreichen weiteren Weltraummissionen mitgewirkt, wie etwa Venus Express und Mars Express. Mit Hilfe von Daten der Marssonde, die seit 2003 den roten Planeten umkreist, hat Roussos dessen nähere Umgebung untersucht.

Anders als die Erde besitzt der Mars zwar kein Magnetfeld, das tief im Planeteninnern entsteht. Doch von manchen Bereichen auf der Planetenoberfläche geht eine Magnetisierung aus. Zusammen mit dem Sonnenwind, dem Strom aus geladenen Teilchen von der Sonne, entsteht so die komplexe, magnetische Umgebung des Planeten. Roussos ist es gelungen, den Einfluss des Sonnenwindes von dem der Oberflächenmagnetisierung auf die Magnetosphäre zu trennen.

Die Max-Planck-Gesellschaft hat Roussos für seine Forschungsergebnisse nun mit der Otto-Hahn-Medaille ausgezeichnet.
(Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, 23.06.2009 - DLO)