Aktiver F-Ring von Saturn

Im schmalen F-Ring von Saturn wirbelt der kleine Mond Prometheus so einiges durcheinander. Er verantwortet nicht nur die etwa 2600km breite Roche-Teilung innerhalb des Ringes, durch seinen dynamischen Einfluss auf die Ringpartikel entstehen auch innerhalb außerordentlich kurzer Zeitabstände teils beachtliche Verklumpungen inmitten des 280000km durchmessenden Ringes. Allerdings können die Kleinkörper auch ebenso schnell wieder vergehen. Periodische Wechselwirkungen zwischen dem Schäfermond und seinem Ring versprechen in den kommenden Jahre erhöhte Aktivität.

Das Ringsystem besteht im Wesentlichen aus Eis-, aber auch aus Gesteinsbrocken und ist maximal 100m bis 120m dick. Die Partikelgröße variiert zwischen der von Staubkörnern und mehreren Metern großen Brocken. Inmitten des Ringsystems finden sich scheinbar leere Zonen (z.B. Cassini- und Encke-Teilung), die auf der gravitativen Wechselwirkung mit den zahlreichen Monden von Saturn sowie der Ringe untereinander beruhen. Dabei spielen auch Resonanzphänomene eine Rolle, die auftreten, wenn die Umlaufszeiten im Verhältnis kleiner ganzer Zahlen stehen. So wird die Cassini-Teilung durch den Mond Mimas verursacht. Einige kleinere Monde, so genannte Hirten- oder auch Schäfermonde, kreisen direkt in den Lücken und an den Rändern des Ringsystems und stabilisieren dessen Struktur.

Neue Messungen und Aufnahmen der Raumsonde Cassini haben ergeben, dass die Ringkanten und damit die Abtrennung der Ringe noch schärfer sind als bisher angenommen. So hatte man vermutet, dass sich in den Lücken ebenfalls einige Eisbrocken befinden, was aber tatsächlich nicht der Fall ist. Die extrem geringe Dicke des Ringsystems geht auf Stöße der Partikel untereinander zurück. Jeder Brocken kreist einzeln um den Mittelpunkt von Saturn und nicht die Ringe als starres Gebilde. Daher pendelt jeder Brocken, der sich irgendwann an der Oberfläche des Ringsystems befindet, während eines Umlaufs einmal vertikal durch das Ringsystem hindurch und wieder zurück. Durch Stöße mit anderen Brocken reduziert sich diese vertikale Geschwindigkeitskomponente und damit auch die Dicke des Ringsystems.

Bereits in den 1980er-Jahren waren aktive Strukturen der Ringe bekannt. Besonders aktiv zeigt sich auch der Mond Prometheus, durch dessen Schwerefeld Verwirbelungen der feinen Ringpartikel hervorgerufen werden. Solchermaßen gestört, verklumpen die Partikel zu Kleinstmoden von Größen bis zu einigen wenigen Kilometern. Ein langes und fortdauerndes Leben ist solchen Mondembryonen indes nicht beschieden: Es kommt häufig zu Kollisionen untereinander, darüber hinaus sind die Körper wegen ihrer Nähe zum Planten enorm starken Gezeitenkräften ausgesetzt. Die recht locker aufgebauten Kleinstmonde haben diesem zerstörerischen Einfluss nichts entgegenzusetzen und zerfallen fast ebenso schnell, wie sich zuvor gebildet haben.

In sechs Jahren Beobachtungen durch Cassini ist im Vergleich zu früheren Voyager-Daten allerdings ein Rückgang der intensiven Zusammenprallereignisse zu verzeichnen. Während auf allen Voyager-Bildern noch zwei bis drei Großereignisse zu sehen waren, konnte Cassini in der Zeit von 2004–2010 insgesamt nur drei Ereignisse ausmachen. Vermutlich ist eine besondere, nur in 17-jährigen Abständen vorkommende Konstellation des F-Ringes zu seinem Schäfermond für die ungewöhnlichen Häufigkeiten verantwortlich. Voyager erwischte vor mehr als 30 Jahren demnach den Ring in einer solchen Hochphase und eine ähnliche ist für die kommenden Jahre zu erwarten.

Lars-C. Depka

arxiv.org/ftp/arxiv/papers/14