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Studie: So kam der Saturn zu seinen Ringen

Die Zerstörung eines Mondes vor 100 bis 200 Millionen Jahren führte einer Studie zufolge zur Entstehung der Saturnringe. Bild: Der Saturn mit seinen Ringen, aufgenommen von der Raumsonde Cassini.

Die Zerstörung eines Mondes vor 100 bis 200 Millionen Jahren führte einer Studie zufolge zur Entstehung der Saturnringe. Bild: Der Saturn mit seinen Ringen, aufgenommen von der Raumsonde Cassini.

Die Zerstörung eines Mondes vor 100 bis 200 Millionen Jahren führte einer Studie zufolge zur Entstehung der Saturnringe. Zudem erklärt dies die auffällig große Neigung der Rotationsachse des Planeten. Zu diesem Ergebnis kommen US-Forschende auf Basis einer neuen Analyse von Daten der Raumsonde Cassini sowie von Computersimulationen. Um das Modell zu bestätigen, müsse aber der innere Aufbau von Saturn genauer untersucht werden, schreiben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Fachblatt „Science“.

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„Der Winkel zwischen der Äquatorebene des Planeten und der Ebene seiner Umlaufbahn ist mit 26,7 Grad viel zu groß, um während der Entstehungsphase des Saturn aus der rotierenden Gasscheibe um die Sonne zustande gekommen zu sein“, erläutern Jack Wisdom vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) und seine Kolleginnen und Kollegen. Denn dabei sorge die Erhaltung des Drehimpulses dafür, dass die Rotationsachse eines entstehenden Planeten nahezu senkrecht auf der Bahnebene steht. Es muss also eine spätere Ursache für die Neigung dieser Achse geben.

Forschende konstruieren ein verbessertes Modell

Als mögliche Ursache diskutieren Astronominnen und Astronomen seit knapp zwei Jahrzehnten eine Resonanz zwischen Saturn und Neptun, dem äußersten Planeten des Sonnensystems. Denn die Rotationsachse des Saturn „taumelt“ – die Forschenden nennen es Präzession – im gleichen Rhythmus wie die Umlaufbahn des Neptun. Dadurch summieren sich kleine Störungen durch Neptun über einen langen Zeitraum so auf, dass sich eine ursprünglich kleine Neigung der Achse bis auf den heutigen Wert vergrößert haben könnte.

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Allerdings hängt die Einwirkung Neptuns auf Saturn sowohl von seinen Monden als auch von der genauen Massenverteilung im Inneren Saturns ab. Hier haben Wisdom und seine Kolleginnen und Kollegen angesetzt: Anhand der von der Saturnsonde Cassini zur Erde gefunkten Bahndaten – insbesondere während des gezielten Absturzes der Sonde am 15. September 2017 – konstruierten die Forschenden ein verbessertes Modell des Planeten. Und kamen zu einem zunächst enttäuschenden Ergebnis: Saturn befindet sich demnach nicht im Bereich einer Resonanz mit Neptun, sondern knapp außerhalb.

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Saturn muss größeren Mond besessen haben

Doch das Team gab nicht auf. Die Idee der Forschenden: Vielleicht befand sich Saturn zunächst in Resonanz mit Neptun, wurde aber dann durch ein Ereignis auf diesem Bereich herausbefördert. „Wir machten uns also auf die Suche nach einer Möglichkeit, Saturn aus der Resonanz mit Neptun herauszuholen“, sagt Wisdom.

Auf Basis theoretischer Überlegungen und einer großen Zahl von Simulationen des Planeten und seiner Monde fanden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler schließlich eine Lösung: Saturn muss ursprünglich einen weiteren größeren Mond besessen haben. Nur mit diesem zusätzlichen Mond – der etwa so groß wie der drittgrößte Trabant Japetus gewesen sein soll – gelang es demnach, Saturn über lange Zeit in Resonanz mit Neptun zu halten.

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Genauere Daten von zukünftigen Raumsonden nötig

Doch die Umlaufbahnen der Monde von Saturn verändern sich. So wandert insbesondere der Orbit des größten Saturnmonds Titan langsam nach außen. Irgendwann vor 100 bis 200 Millionen Jahren kam es dadurch zu einer starken Störung der Bahn des von Wisdom und seinem Team „Chrysalis“ getauften, zusätzlichen einstigen Mondes: Auf einer chaotischen Bahn näherte der sich dem Saturn so sehr, dass er durch die Gezeitenkräfte des Planeten zerrissen wurde. Mit dem Verschwinden von Chrysalis bewegte sich Saturn aus der Resonanz mit Neptun heraus.

Ein großer Teil der Trümmer fiel auf den Planeten herab, die Überreste bildeten schließlich die heutigen Saturnringe. Dieses Modell vermag also sowohl die Ringe als auch die Achsneigung des Saturn zu erklären. Allerdings hängt dieses Szenario auch weiterhin stark von der Massenverteilung im Inneren des Planeten ab. Hier sind also genauere Daten von zukünftigen Raumsonden nötig, um das Modell zu bestätigen.

RND/dpa

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