Abenteuer Astronomie

Saturns B-Ring: Ein Blender und kein Schwergewicht

Auf den ersten Blick scheint es im wahrsten Wortsinne klar und wenig überraschend zu sein. Dunkles, undurchsichtiges Material ist dichter und enthält daher auch mehr Masse als lichtdurchlässiges bzw. transparentes. So leuchtet es selbst nach einem flüchtigen Blick ein, dass beispielsweise ein schlammiger Tümpel ein Vielfaches an Schwebstoffen aufweist, als ein kristallklarer Bergsee, bei dem der Blick bis hinab zu seinem Grund reicht.

Was für die Gewässer auf der Erde Gültigkeit besitzt, gilt allerdings nicht gleichermaßen auch für jeden anderen Ort des Universums, oder auch nur des Sonnensystems. Mit dem in diesem Falle imaginären Bergsee im Hinterkopf ist schnell eine Analogie herbei geführt: Flächen der Saturnringe, die auf Bildern oder im Okular des Teleskops betrachtet dunkel und kaum lichtdurchlässig wirken, besitzen eine höhere Materiedichte als solche Stellen, an denen die Ringe transparenter erscheinen.

Unbeschienen erscheint ein großer Teil der Ringe annähernd schwarz, weil sie stellenweise nur wenig Licht durchdringen lassen. Die weniger dichten Ringe erscheinen dagegen in unterschiedlich intensiven Grautönen: Sie lassen wesentlich mehr Licht durch. [NASA/JPL-Caltech/SSI]

Überraschenderweise ist diese Anschauung aber unzulässig, denn es besteht mit Blick auf die Transparenz der Saturnringe eine unerwartet geringe Korrelation zwischen der Materiedichte und der Anmutung, wie dicht der entsprechende Ringabschnitt in der Betrachtung erscheinen mag. Vorrangig gilt dieser Befund für den sogenannten B-Ring des Saturns, den im reflektierten Licht hellsten und lichtundurchlässigsten im Ringsystem des Gasriesen. Er bestätigt aber gleichzeitig auch vorausgegangene Untersuchungen weiterer Ringe im Saturnsystem mit ähnlichen Ergebnissen. Trotz seiner hohen Reflektion auf der beschienenden „Tag“- oder Oberseite und seiner Opazität auf der unbeleuchteten Rück- respektive Unterseite, weißt der B-Ring aber eben nicht die größte Materiedichte aller Ringe auf. Darüber hinaus ist die Masse des Ringes auch weitestgehend gleichmäßig in ihm verteilt, während die Lichtdurchlässigkeit über seine gesamte Breite gesehen, starken Schwankungen unterliegt. Mittels Helligkeitsmessungen eines Hintergrundsterns, dessen Licht durch die Ringe unterschiedlich stark abgedunkelt wird, lässt sich in Verbindung mit der Analyse von Dichtewellen auf die Materiedichte der Ringe schließen.

Bei den Dichtewellen handelt es sich um kleinskalige Materiehäufungen, die sich spiralförmig im B-Ring ausbreiten. Sie bilden sich vor dem Hintergrund von Bahnstörungen der einzelnen Partikel des Ringes, die durch die Schwerkrafteinflüsse der Monde Janus, Mimas, Enceladus und Pandora erzeugt werden. Diese Monde befinden sich in Resonanz mit den Ringpartikeln und lenken sie mit ihren Schwerefeldern ab. Die Strukturen der Dichtewellen sind dabei direkt von der Masse des Ringabschnitts abhängig, in dem sie sich befinden.

Im Ergebnis konzentriert sich kaum mehr Masse im B-Ring, als im Rest des Ringssystems. Und das, obwohl er optisch so dicht erscheint. Er lässt nur etwa ein Zehntel des Lichts hindurch, das den äußeren A-Ring durchdringt, dürfte aber nur etwa das Zwei- bis Dreifache der Masse des A-Rings aufweisen. Dies entspricht ungefähr einem bis zwei Dritteln der Masse des etwa 400 Kilometer großen Saturnmonds Mimas.

Fraglich ist der Grund, warum der B-Ring so ein optischer Blender ist. Erste Erklärungsansätze zielen in die Richtung der Größe oder der Dichte der individuellen Ringpartikel. Aber auch Gründe in der allgemeinen Ringstruktur können nicht ausgeschlossen werden.

Lars-C. Depka

Originalarbeit: The B-ring’s surface mass density from hidden density waves: Less than meets the eye?

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