Was ist der Saturn?
Von den Planeten des Sonnensystems ist Saturn der zweitgrößte und der letzte in der Planetenreihe, den man von der Erde aus mit bloßem Auge erkennen kann. Typisch für jovianische Planeten ist die gasförmige Oberfläche bei geringer Dichte und unterschiedlicher Rotation.
Als eher »gemächlicher« Planet des Sonnensystems, bewegt sich Saturn nahezu im Kreis und nur gering exzentrisch um die Sonne. Nach 29 Jahren 166 Tagen ist sein Umlauf einmal vollzogen. Berühmt machten den Gasriesen seine kräftigen, bereits in geringer Vergrößerung gut erkennbaren Ringe. Zusätzlich zu diesem Ringsystem aus Wassereis und Gesteinsbrocken begleiten Saturn über 80 bisher entdeckte Saturnmonde.
Gleich nach der Erfindung der ersten Teleskope machte die Erforschung der Planeten des Sonnensystems rasante Fortschritte. 1610 glaubte Galileo Galilei, um Saturn »Henkel« entdeckt zu haben. Dass es ein Ring mit geneigter Ekliptik ist, fand der Holländer Christiaan Huygens 1655 heraus. Weitere 20 Jahre später fiel Giovanni Domenico Cassini eine auffällige Lücke zwischen den Saturnringen auf. Dies passte zu seiner Vermutung, das komplette Ringsystem bestehe aus einzelnen Partikeln.
Auch weiterhin wurden die Ringe um den Saturn intensiv untersucht. Statt Namen erhielten sie bei ihrer Entdeckung Buchstaben. Die am frühesten entdeckten, der A- und B-Ring zu beiden Seiten der »Cassini-Teilung«, sind die am besten sichtbaren. Durch jüngere Beobachtungen mit Raumsonden werden wesentlich feinere Strukturen sichtbar. Jeder Ring weist Lücken auf und besteht aus eng begrenzten Unterringen.
Wie alle Planeten des Sonnensystems umkreisen auch Saturn mehrere Monde. Der ca. 4.800 km große »Mimas« verursacht die Teilung, die Cassini zwischen dem A- und B-Ring entdeckte. Für den Staubring, der 2006 zwischen dem F- und G-Ring entdeckt wurde, sollen »Janus« und »Epimetheus« verantwortlich sein. Die Wissenschaftler glauben, dass Meteoriteneinschläge auf den Trabanten Material aus deren Oberfläche hinaus schleuderten. Ein dunkler Ring von der zwanzigfachen Breite des Planeten wurde 2009 weit außerhalb des Hauptringsystems entdeckt. Er dreht sich, anders als alle bisher entdeckten Ringe, entgegengesetzt um Saturn.
Woher stammt Saturns Name?
Der Name Saturn stammt aus der römischen Mythologie. Saturn war der Gott des Ackerbau. Saturns Name ist auch für den Nicht-Astronomen heute noch von Bedeutung: das englische Wort Saturday (Samstag) wird von Saturn abgeleitet.
Innerer Aufbau
Die obersten Schichten Saturns bestehen fast vollständig aus Wasserstoff von sehr geringer Dichte (0,69 g/cm³). Aufgrund seiner »luftigen« Struktur rotiert der Planet an den Polen langsamer als in den Regionen seines Äquators. Der vermutete Saturnkern ist sogar noch langsamer.
Bei weiterer Bewegung in Richtung Kern nehmen Druck und Temperatur weiter zu. Wasserstoff geht dabei allmählich von der gasförmigen Phase in die flüssige und schließlich in die metallische Form über. Insgesamt reichen Druck und Temperatur jedoch nicht aus um eine Fusionsreaktion bei bei Sternen auszulösen.
Im Innersten wird ein fester Gesteinskern mit ca 16 Erdenmassen vermutet.
Wolken und Pole auf Saturn
Die obere Wolkenschicht ist, anders als bei anderen jovianischen Planeten des Sonnensystems, für irdische Beobachter weniger detailreich als etwa die Jupiter»streifen«. Dennoch sieht man deutlich gröbere Strukturen über der verdeckten unteren Wolkenschicht. Da Saturn von innen Wärme abstrahlt, können die tieferen Ammoniakwolken nur mit Infrarottechnik betrachtet werden.
Gasriesen, so auch unsere äußeren Planeten des Sonnensystems, sind durch stabile, orts»treue« Stürme gekennzeichnet. Ein solcher Polarwirbel von der Form eines Hexagons dehnt sich ca. 25.000 km um den Nordpol von Saturn aus und ist nach wissenschaftlichen Schätzungen einige hundert Kilometer tief.
Anfang der 80er und bei Missionen der letzten Jahre zeigten verschiedene Sonden stets das gleiche Aussehen dieses Wetterphänomens. Weshalb die Rotation des Hexagons mit der Geschwindigkeit der Radioemissionen des Planeten übereinstimmt, konnte bislang nicht geklärt werden.
»Verkehrte Welt?« - Hot Spots an den Saturnpolen
Kleiner, doch ebenso stabil, umkreist ein Hurrikan den Südpol dieses Planeten des Sonnensystems. Ähnlich wie den »Großen Roten Fleck« auf Jupiter gibt es einen »Großen Weißen Fleck« auf Saturns nördlicher Hemisphäre. 2005 allerdings sorgte eine Teleskopentdeckung für Staunen – ein »Hot Spot« tauchte am Südpol des Planeten auf!
Üblicherweise ist es an den Polen aller bisher erforschten Planeten kälter als anderswo. Weitere Untersuchungen enthüllten 3 Jahre später einen ebensolchen Spot am Nordpol. Die Aufklärung gelang rasch: Atmosphärengas bewegt sich nach Nord bzw. Süd vom Äquator zu den Polen, wird dabei komprimiert und aufgeheizt. Am eigentlich kalten Pol wird es zum Wirbel und sinkt in die Atmosphäre ab. Ein Einfluss der Sonneneinstrahlung auf die beiden Polwirbel besteht nicht.
Die Saturnringe
Wie zum Asteroidengürtel existieren zu diesem Planeten des Sonnensystems, insbesondere zur Entstehung seiner Ringe, verschiedene wissenschaftliche Ansichten.
Der Franzose Édouard Albert Roche (Astronom und Mathematiker) entwickelte im 19. Jahrhundert die bis heute populäre Theorie von der »Roche-Grenze«, eine mathematische Größe, nach der ein Mond sich dem Saturn zu weit näherte und dort durch Gezeitenkräfte zerbrach. Größer als die ursprünglichen mondinternen Gravitationskräfte sei die räumliche Variation der planeteneigenen Anziehungskräfte. Daher würde der Mond einzig von der Materiestruktur zusammen gehalten. Werden diese mondinternen Kräfte überschritten zerbricht der Mond und wird Teil des Ringsystems.
Weitere Ringbestandteile stammen aus eingefangenen Kometen und Material aus der Entstehung des Sonnensystems.
Das Ringsystem hat einen Durchmesser von fast einer Million Kilometer, ist stellenweise aber nur gut 100 Meter dick. Innerhalb des Ringsystem gibt es quasi materialfreie Bereiche. Diese Bereich sind zum Beispiel durch Monde freigeräumt worden. Mehr dazu unter Saturnringe.
Wie viele Monde hat der Saturn?
Von allen Planeten des Sonnensystems gehört unsere Erde mit nur einem Mond zu den »armen«. Andere, vor allem die jovianischen Planeten, »gönnen« sich eine große Zahl vorwärts und rückwärts umlaufender natürlicher Satelliten. Unter ihnen ist Saturn nicht nur wegen seines ausgeprägten Ringsystems etwas Besonderes. Auch die Anzahl seiner Monde ist mit bisher 80 Entdeckungen beachtlich.
Darunter befinden sich zahlreiche “Stars”, auf denen er Fokus der Forschung liegt. Nähere Informationen finden sie hier.
Die Erforschung des Saturn
Die Beobachtung von Wandelsternen gilt als der Beginn der erdgebundenen Planetenforschung. Deren Analyse und Bahn- sowie Helligkeitsbeschreibungen sind bereits aus den Anfängen schriftlicher Überlieferungen bekannt. In weiterer als Saturnentfernung kannten antike Astronomen keine Planeten.
Nach der Erfindung des Teleskops verwirrte die Erscheinung seiner Ringe die Wissenschaftler. 1610 schickte Galilei ein Anagramm (Buchstabenrätsel) an Kepler mit der Auflösung: »Den obersten Planeten habe ich dreigestaltig gesehen. « Zwei Jahre später befanden sich die Ringe des Saturn jedoch in Kantenstellung. Galilei glaubte an eine Täuschung bei seiner Saturnforschung und verzichtete auf die weitere Suche zugunsten erfolgreicherer Projekte.
Erdgebundene Saturnforschung
Lange Jahre konzentrierten sich anschließend mehrere Astronomen bei ihrer Planetenforschung auf den rätselhaften Saturn. Sie entdeckten erste Monde und zugleich die vorher beschriebene »Dreigestaltigkeit« wieder. Dass es sich hierbei um ein Ringsystem handelte, fanden sie erst 45 Jahre später heraus.
Ab diesem Zeitpunkt machte die Saturnforschung gewaltige Sprünge. Mondentdeckungen und Lückenbeobachtungen zwischen den Ringen überschlugen sich förmlich. 1898 wurde der vorerst äußerste Mond des Saturns, Phoebe, vom amerikanischen Astronomen W. H. Pickering entdeckt.
Sondenerforschung des Saturns
Erst 1979 gelang es, die Planetenforschung mit Hilfe der Sonde »Pioneer 11« am fernen Saturn weiter voranzutreiben. In nur 21.000 km Entfernung flog die Sonde am Gasriesen vorbei, durchflog den A-Ring und den bis dorthin unentdeckten F-Ring.
Kurz vor der Annäherung entdeckte man den Mond »Epimetheus« und erhielt Aufnahmen aus nur 2.500 km Mondentfernung. Zwar bedeuteten die 220 Aufnahmen von »Pioneer 11« einen großen Fortschritt in der Saturnforschung, doch was sich unter der Gashülle verbirgt, konnte nicht aufgelöst werden.
Erst die »Voyager«-Missionen 1980 und 1981 zeigten Oberflächendetails der Monde, ergänzten die Planetenforschung um weitere Saturntrabanten und Erkenntnisse über Saturns größten Mond Titan. In den folgenden 23 Jahren konzentrierte sich nun die Saturnforschung auf die Auswertung der gelieferten Datenmengen sowie die Vorbereitung einer neuen Forschungsmission.
2004 erreichte die Raumsonde »Cassini-Huygens« den Gasriesen und liefert seitdem Fotos und Daten von einzigartigen Saturnmonden, neuen Planetenstrukturen und wertvolle Erkenntnisse über Gasriesen und ihre Umgebung. Spannende Aufnahmen gibt es auf der Seite der NASA.