Sie geben ihm ein majestätisches Aussehen: Die Ringe sind das Markenzeichen von Saturn, dem zweitgrößten Planeten unseres Sonnensystems. Ein Team aus internationalen Astronomen berichtet nun über eine faszinierende Beziehung zwischen dem Gasriesen und seinen Ringen: Entlang der magnetischen Feldlinien Saturns wandern beständig elektrisch geladene Wasserpartikel aus dem Ringsystem zum Planeten und reagieren dort mit dem oberen Teil der Atmosphäre, der sogenannten Ionosphäre. Dieser Effekt zeichnet sich in charakteristischer Weise in der Infrarotstrahlung dieser Schicht ab: Es entstehen dunkle Bänder, die genau mit der Struktur der Saturnringe übereinstimmen ihr Muster spiegelt sich also auf Saturn wider.
Die Ergebnisse der Forscher um James O’Donoghue von University of Leicester beruhen auf Infrarotaufnahmen des Keck-Teleskops auf Hawaii. Eigentlich müsste die Ionosphäre des Saturn auf diesen Bildern gleichmäßig leuchten. Dieser Teil der Hochatmosphäre eines Planeten wird nämlich durch die energiereichen Teilchen des Sonnenwinds stark ionisiert, was Infrarotstrahlung freisetzt. Doch im Gegensatz zu der Ionosphäre der Erde oder beispielsweise des Jupiter gibt es bei Saturn Bereiche starker und weniger intensiver Strahlung, berichten die Forscher.
Bereits im Jahr 1980 hatten Aufnahmen der Raumsonde Voyager, die Saturn passierte, Hinweise auf die Bandstrukturen geliefert. Schon damals gab es die Vermutung, dass sie auf eine Wechselwirkung zwischen den Ringen und der Ionosphäre des Saturn zurückzuführen sind. Bis zu den aktuellen Aufnahmen des Keck-Teleskops konnte die Existenz der Bänder aber nicht erneut bestätigt werden.
Ein Strom entlang der magnetischen Feldlinien
O’Donoghue und seinen Kollegen ist dies nun gelungen und sie liefern auch gleich die Erklärung des Phänomens: Es regnet auf die Atmosphäre. Denn die Saturnringe bestehen fast ausschließlich aus Wassereis, und vor allem die kleinen Eispartikel können sich durch den Einfluss der Sonne und auch durch Zusammenstöße untereinander elektrische Ladungen einfangen. Dadurch beginnt das Magnetfeld des Saturn an ihnen zu zerren sie sind der sogenannten Lorenzkraft ausgesetzt, erklären die Wissenschaftler.
So wandern sie dann entlang der magnetischen Feldlinien wie an einer Perlenkette langsam auf den Planeten zu und treffen auf die Atmosphäre, wo sie die Ionisation beeinflussen. Sie verringern dort die Elektronendichte und reduzieren damit im Endeffekt die Strahlung so entstehen die dunklen Bänder auf den Infrarotaufnahmen des Keck-Teleskops. Sie entsprechen dem Lückenmuster der Ringe, da die Magnetfeldlinien die Partikel bogenförmig auf den Saturn projizieren.
Die Erkenntnisse geben nun auch neue Hinweise auf die Entwicklungsgeschichte der Saturnringe. Bisher ist nämlich unklar, ob das Ringsystem ein uraltes Relikt aus der Entstehungszeit Saturns ist oder ob sein charakteristischer Heiligenschein ein vergleichsweise junges Phänomen darstellt. Die aktuellen Ergebnisse lassen nun ein hohes Alter eher unwahrscheinlich erscheinen, denn es handelt sich bei dem Prozess ja um eine Art Erosion, die den Ring auflöst. Wie stark der Effekt ist, müssen zukünftige Untersuchungen allerdings erst noch aufklären, betont ein Begleitartikel zu der Studie im Wissenschaftsmagazin Nature.
James O’Donoghue (University of Leicester) et al.: Nature, doi:10.1038/nature12049 © wissenschaft.de – Martin Vieweg
