Der seltsame Ring eines Zwergs

Der neu entdeckte Ring hat Experten verblüfft: Wegen des großen Abstands zu Quaoar ist er anders als alle anderen bekannten Ringe im Sonnensystem. Das gilt sowohl für die Zwergplaneten und die noch kleineren Planetoiden als auch für die Riesenplaneten Jupiter, Uranus, Neptun – und natürlich für Saturn. Alle Ringe sind auf die Ausmaße ihrer Zentralkörper bezogen viel näher als bei Quaoar.

Zerrissen von Gezeitenkräften

Schon im 17. Jahrhundert entdeckten Astronomen den Saturnring, den ersten Planetenring überhaupt. Seitdem rätseln sie über dessen Ursprung (bild der wissenschaft 1/2023, „Wie kam Saturn zu seinen Ringen?“). Wahrscheinlich war es eine Katastrophe, die der Ringgeburt vorausging, meinte der Astronom und Mathematiker Édouard Roche bereits im 19. Jahrhundert. Der Franzose stellte sich einen Saturnmond vor, der dem Planeten zu nahe gekommen war und von dessen Gezeitenkräften zerrissen wurde; die Trümmer verteilten sich in der Umlaufbahn und formten so die Ringe. Zu diesem Szenario passen Messungen der Raumsonde Cassini, die den Saturnringen eine Masse halb so groß wie das gesamte Eis des irdischen Südpols bescheinigen.

Auf Roche geht das Roche-Limit zurück. Diese Grenze gibt an, wie weit ein Mond mindestens von seinem Planeten entfernt sein muss, um nicht zum Opfer von dessen Gezeitenkräften zu werden. Beim Saturn hat sie etwa 131.000 Kilometer Abstand; das ist noch innerhalb des äußersten A-Rings. Auch für die bekannten Ringsysteme der anderen Planeten gilt: Sie liegen innerhalb oder zumindest nahe des Roche-Limits. Weit außerhalb davon würde sich Ringmaterial binnen weniger Jahrzehnte zu Monden zusammenballen – so dachte man bislang.

Rätselhafte Ausnahme

Quaoar ist offenbar die Ausnahme. „Bemerkenswert und überraschend“, kommentiert Jürgen Schmidt von der Freien Universität Berlin die Eigenschaften dieses Rings. „Er ist sehr weit außerhalb des Roche-Limits für Eis.“ Zwar gäbe es Erklärungsversuche, etwa dass der Ring sehr jung sei und daher zu wenig Zeit gehabt habe, sich zu einem Mond zusammenzufügen. Oder dass die Ringpartikel eine extrem geringe Dichte hätten. Beides sei aber kaum plausibel. Der Experte für Planetenringe macht zudem auf die Grenzen von Roches Konzept aufmerksam: „Es beschreibt die Stabilitätsgrenze eines flüssigen Körpers im Orbit um einen Zentralkörper.“ In planetaren Ringen, deren Partikel aus festem Eis und Silikaten bestehen, seien zudem die elastischen Eigenschaften des Ringmaterials wichtig.

Vielleicht hilft ein Blick zum Saturn: Dessen schmaler F-Ring liegt außerhalb der rechnerischen Roche-Grenze – wenn auch nur knapp. Er ist gleichsam eingerahmt zwischen den Orbits der Kleinmonde Prometheus und Pandora. Ähnlich könnte es auch bei Quaoars Ring sein, spekuliert Bruno Sicardy vom Observatoire de Paris, der an allen Ringfunden des vergangenen Jahrzehnts beteiligt war: „In der Nähe des Quaoar-Rings könnten mehrere kleine, bislang unentdeckte Monde lauern.“ Sie würden dann wie Hunde eine Schafherde zusammenhalten.

Auffällig sei zudem, dass der Ring nahe der 1:3-Resonanz mit Quaoar liege. Das bedeutet, dass die Ringpartikel für eine Umkreisung etwa so lange brauchen, wie Quaoar für drei Drehungen um seine eigene Achse. Ähnliches wurde auch bei den Ringen um Haumea und den Planetoiden Chariklo beobachtet.

Klarheit können nur neue Beobachtungen bringen, meint Sicardy. Bei weiteren Sternbedeckungen hofft er, dem seltsamen Ring bald auf die Schliche zu kommen, denn Quaoar durchwandert momentan eine zunehmend sternreiche Region des Himmels.