Saturn

der beringte Planet

Saturn, der beringte Planet [18.097 bytes]Saturn, der sechste Planet von innen, umkreist unsere Sonne in knapp 29,5 Jahren einmal. Er ist mit einer mittleren Entfernung von 1427 Millionen Kilometern neuneinhalbmal weiter von der Sonne entfernt als die Erde. Die genaue Entfernung schwankt zwischen 1343 und 1509 Millionen Kilometern; damit weicht die Saturnbahn relativ stark von einer Kreisbahn ab.
Saturn ist in vielerlei Hinsicht dem Jupiter ähnlich. Mit 120.500 Kilometern Durchmesser ist er fast genauso groß wie dieser. Allerdings ist er mit nur der 95fachen Erdmasse wesentlich leichter als der Riesenplanet. Daher hat Saturn von allen Planeten unseres Sonnensystems die geringste mittlere Dichte überhaupt: sie beträgt nur 0,71 Gramm pro Kubikzentimeter, das ist weniger als die mittlere Dichte des Wassers!
Saturns Rotationszeit ist mit 10 Stunden und 39 Minuten zwar etwas länger als die des Jupiters; jedoch ist der Ringplanet wegen seiner niedrigen Dichte trotzdem stärker abgeplattet. Der Poldurchmesser ist fast um ein Zehntel kürzer als der Äquatordurchmesser - damit ist Saturn der am stärksten abgeplattete Planet unseres Sonnensystems. Dies führt zusammen mit den durch die Rotation entstehenden Fliehkräften zu beträchtlichen Schwerkraftunterschieden an der "Oberfläche" des Ringplaneten: An den Polen ist sie mit dem 1,09fachen Erdenwert deutlich stärker als am Äquator mit nur dem 0,92fachen der Erdschwerkraft.
Wie Jupiter ist Saturn ein Gasplanet ohne feste Oberfläche. Die Atmosphäre besteht ebenfalls fast ausschließlich aus Wasserstoff und Helium. Allerdings ist die Wolkenhülle des Ringplaneten wesentlich blasser und strukturärmer, was an einer Dunstschicht liegt, die den ganzen Planeten einhüllt. Saturn zeigt wie Jupiter ein- und ausquellende Gasströme, die von der schnellen Rotation in Ost-West-Richtung gezogen werden und dem Planeten sein zum Äquator paralleles Streifenmuster geben. Im Gegensatz zum Jupiter sind die Strömungsgeschwindigkeiten jedoch in der Mitte der Zonen und Bänder am höchsten und nicht an deren Grenzen - dort ist es nahezu windstill. Außerdem gibt es in der Saturnatmosphäre hauptsächlich Westwinde, während auf dem Jupiter die Winde in den Zonen und Bändern jeweils verschiedene Richtungen haben. Die Windgeschwindigkeiten in der Saturnatmosphäre können 1600 Kilometer pro Stunde erreichen! Die Atmosphärenzirkulation wird durch eine innere Wärmequelle unterstützt: Saturn strahlt etwa doppelt so viel Wärme ab, wie er von der Sonne erhält.
Der innere Aufbau des Saturn ist ebenfalls ähnlich dem des Jupiters. Die Atmosphäre geht in einer bestimmten Tiefe in eine Flüssigkeit über. Saturn hat jedoch eine wesentlich geringere Masse als Jupiter, so dass der Druck innerhalb der Saturnkugel niedriger ist. Daher findet der Übergang näher am Mittelpunkt statt. Auch der Übergang zum metallischem Wasserstoff erfolgt tiefer, so dass die metallische Schicht beim Ringplaneten deutlich dünner ist als bei Jupiter. Der Gesteinskern ist bei Saturn größer und schwerer und trägt etwa ein Viertel zur Gesamtmasse bei.
Die dünnere Schale metallischen Wasserstoffs erklärt, dass das Magnetfeld Saturns nur 5 Prozent der Stärke des Jupitermagnetfeldes aufweist. An der Wolkenobergrenze erreicht die Feldstärke am Saturnäquator nicht einmal diejenige des Erdmagnetfeldes an der Erdoberfläche.
Wie sicher jedem bekannt ist, besitzt der Saturn ein sehr auffälliges Ringsystem. Man kann den Ring schon mit einem kleinen Fernrohr ab etwa 30 bis 40facher Vergrößerung erkennen. Wenn man den Planeten durch ein etwas größeres Fernrohr betrachtet, sieht man, dass der Ring aus zwei Teilringen besteht, die A- und B-Ring genannt werden, wobei der B-Ring etwas heller ist und innerhalb des A-Ringes liegt. Vom äußeren Rand des A-Ringes gemessen, hat das Ringsystem einen Durchmesser von etwa 276.000 Kilometern. Der A-Ring ist 17.000 Kilometer breit. An ihn schließt sich nach innen die sogenannte Cassini-Teilung an, die etwa 4.500 Kilometer breit ist und den A-Ring vom B-Ring trennt. Um die Cassini-Teilung zu erkennen, braucht man eine Vergrößerung von etwa 200fach an einem Teleskop von mindestens 10 Zentimetern Öffnung. Die Breite des B-Ringes liegt bei 29.000 Kilometern. Innerhalb des B-Ringes fand man im 19. Jahrhundert ein weiteres, sehr lichtschwaches Ringsegment, das C-Ring genannt wird. Da dieser Ring an feines, zartes Gewebe erinnert, wird er auch als Krepp- oder Florring bezeichnet. Er wird von der ca. 1000 Kilometer messenden Lyot-Teilung vom B-Ring getrennt. Sein innerer, unscharfer Rand reicht bis auf etwa 14.000 Kilometer an die Wolken des Saturn heran. Im Jahre 1969 schließlich entdeckte man auf photographischem Wege den innersten, äußerst lichtschwachen Ringabschnitt (D-Ring), dessen Innenkante nur knapp 7000 Kilometer von Saturns Wolkenobergrenze entfernt ist.
Raumsondenfoto des Ringsystems in Falschfarben [31.666 bytes]Die Raumsonde Pioneer 11, die 1979 am Saturn vorbeiflog, registrierte 3700 Kilometer außerhalb des A-Ringes den nur 500 Kilometer breiten F-Ring. Als die Voyager-Sonden den Ringplaneten passierten, entdeckte man, dass das Ringsystem des Saturn in Wirklichkeit aus Tausenden von Einzelringen besteht (siehe Foto). Auch die Cassini-Teilung erwies sich nicht als frei von Materie - über hundert dünne Einzelringe fand man in ihr. Der F-Ring besteht aus fünf Ringen mit Breiten von 70 bis 100 Kilometern, die sich ihrerseits wieder aus kleineren Streifen zusammensetzen. Das Besondere am F-Ring ist, dass seine Einzelringe regelrecht ineinander "verflochten" zu sein scheinen. Im B-Ring entdeckte man merkwürdige radiale dunkle "Speichen", die eine Lebensdauer von einigen Stunden haben.
Daneben entdeckten die Raumsonden noch zwei weitere schwache Ringe, den E- und den G-Ring. Der G-Ring liegt mit einem Radius von 170.000 Kilometern weit außerhalb des F-Ringes und ist nur etwa 100 Kilometer breit. Der E-Ring liegt in 210.000 bis 300.000 Kilometer Entfernung von Saturn und ist somit der alleräußerste Ring. Seine größte Teilchendichte hat dieser Ring in der Umlaufbahn des Mondes Enceladus - wahrscheinlich ist dieser Mond die Quelle der Teilchen dieses Ringsegmentes.
Schon durch radioastronomische Beobachtungen entdeckte man, dass die Teilchen, aus denen das Ringsystem besteht, höchstens einige Meter groß sein können. Das Ringsystem kann auch schon deshalb nicht massiv sein, weil aufgrund der unterschiedlichen Entfernungen zum Saturnzentrum der Ring innen wesentlich schneller als außen rotiert. Wahrscheinlich kommen Partikel vor von mikroskopisch kleinen Körnchen bis hin zu Blöcken mit etwa zehn Metern Durchmesser, wobei die größten Brocken in den Ringen A und B zu finden sind. Die Ringe E, F und G enthalten nur sehr kleine Teilchen von unter einem Millimeter Größe.
Trotz seiner riesigen Ausdehnung ist das Ringsystem unglaublich dünn. Der B-Ring ist vermutlich nur 400 Meter dick, der A-Ring 50 Meter und der C-Ring sogar nur zehn Meter (!).
Wieviele Monde Saturn besitzt, ist so genau nicht angebbar. Insgesamt kennt man heute 23 Saturnmonde, von denen allerdings zwei nur auf wenigen Raumsondenbildern zu sehen und daher nicht gesichert sind - es könnte sich auch um Doppelsichtungen anderer Möndchen handeln. Gesicherte Bahnelemente kennt man bis heute von 18 Saturnmonden und auch nur diese haben bis jetzt einen Namen erhalten und sind damit sozusagen "offiziell anerkannt".
Der größte Saturnmond, Titan, ist mit einem Durchmesser von 5150 Kilometern der zweitgrößte Mond unseres Sonnensystems. Er kann bereits mit einem guten Fernglas beobachtet werden. Für einen Umlauf um Saturn benötigt er 15 Tage, 22 Stunden und 41 Minuten. Im Mittel steht er 1,22 Millionen Kilometer vom Ringplaneten entfernt. Das Besondere an Titan ist, dass er als einziger Mond im Sonnensystem eine dichte Atmosphäre besitzt, die im sichtbaren Licht den Blick auf die Oberfläche verwehrt. An der Oberfläche herrscht ein Druck von 1,5 bar (mehr als an der Erdoberfläche!) und eine Temperatur von -178 bis -180 Grad Celsius. Die Gashülle besteht zu 80 Prozent aus molekularem Stickstoff. Dazu kommen unter anderem noch Methan und Argon. Es wird angenommen, dass es auf Titan einen riesigen Ozean aus Methan gibt. Die Oberflächentemperatur liegt nahe dem Tripelpunkt von Methan, so dass dieses Gas dort wahrscheinlich in allen drei Aggregatzuständen vorkommt. Möglicherweise gibt es auch riesige Kontinente aus Wassereis. Da die mittlere Dichte von Titan nur bei 1,88 Gramm pro Kubikzentimetern liegt, besteht der Riesenmond wahrscheinlich zu 50 Prozent aus Wassereis mit einem relativ kleinen, felsigen Kern.
Unter der Mondfamilie des Ringplaneten findet man, wenn man von Titan ausgehend zu kleineren Durchmessern vordringt, zunächst vier mittelgroße Monde mit Durchmessern zwischen 1060 und 1530 Kilometern, nämlich Rhea, Japetus, Dione und Tethys. Diese vier Monde kann man noch mit kleineren Teleskopen beobachten. Eine Besonderheit von Japetus ist dabei schon seinem Entdecker Cassini aufgefallen: Wenn dieser Mond von der Erde aus gesehen westlich des Saturns steht, ist er gut fünfmal so hell, wie wenn er östlich von ihm steht! Der Grund dafür ist, dass der Mond auf der einen Seite einen riesigen dunklen Fleck (Albedo 5 Prozent; etwa wie Kohlenstaub) aufweist, während der Rest sehr hell erscheint (Albedo 50 Prozent; etwa wie Schnee).
Das Saturnmondsystem hält noch weitere Überraschungen bereit: So laufen die Möndchen Telesto und Calypso auf der gleichen Bahn wie Tethys, wobei Telesto von Saturn aus gemessen 60 Winkelgrad hinter Tethys und Calypso 60 Winkelgrad vor Tethys umläuft. Das gleiche Phänomen gibt es auch beim Mond Dione: Der kleine Mond Helene läuft 60 Winkelgrad vor Dione auf dessen Bahn um Saturn. Die Position "60 Grad vor oder hinter einem größeren Objekt auf der gleichen Bahn" zeichnet sich nämlich durch eine besondere Gravitationsstabilität aus, die von Jean Louis Lagrange im 19. Jahrhundert nachgewiesen wurde.
Die beiden Monde Pandora und Prometheus umlaufen den Ringplaneten knapp innerhalb und knapp außerhalb des F-Ringes und "fokussieren" diesen durch ihre Gravitationskräfte. Daher nennt man sie auch "Schäferhundmonde", weil sie die Ringpartikel zusammenhalten wie ein Schäferhund seine Herde.
Das kurioseste Spielchen dagegen treiben die Monde Janus und Epimetheus. Die Bahnen beider Monde sind fast identisch; die mittleren Entfernungen von Saturn unterscheiden sich lediglich um 50 Kilometer. Der weiter innen liegende Mond läuft etwas schneller um Saturn und überholt den äußeren daher etwa alle vier Jahre. Der Radius der Monde ist jedoch größer als der Bahnabstand. Die beiden Monde stoßen jedoch nicht zusammen, sondern tauschen Gravitationsenergie aus und wechseln so ihre Bahnen. Der äußere Mond zieht den inneren auf seine Bahn nach außen und umgekehrt. Dieses Spiel wiederholt sich dann vier Jahre später von neuem.


Daten und Fakten zu Saturn

Mittlere Entfernung von der Sonne 1427 Millionen Kilometer 9,54 AE
Kleinste Entfernung von der Sonne 1343 Millionen Kilometer 8,98 AE
Größte Entfernung von der Sonne 1509 Millionen Kilometer 10,09 AE
Numerische Bahnexzentrizität 0,0555 --
Bahnneigung gegen die Ekliptik (Erdbahnebene) 2,49 Grad --
Umlaufzeit (siderisch) 29,458 Jahre --
Mittlere Bahngeschwindigkeit 9,64 Kilometer pro Sekunde 0,32 mal Erdenwert
Durchmesser (am Äquator) 120500 Kilometer 9,45 mal Erdenwert
Abplattung 0,098 (1 zu 10) --
Masse 5,6865 mal 10 hoch 26 Kilogramm 95,2 mal Erdenwert
Mittlere Dichte 0,71 Gramm pro Kubikzentimeter --
Rotationszeit 10 Stunden 39 Minuten 22 Sekunden --
Achsneigung gegen die Senkrechte der Planetenbahnebene 26,7 Grad --
Schwerkraft an der Oberfläche (Äquator) 9,0 Meter durch Sekundenquadrat 0,92 mal Erdenwert
Fluchtgeschwindigkeit (Äquator) 35,49 Kilometer pro Sekunde 3,17 mal Erdenwert
Synodische Umlaufzeit 378,09 Tage --
Entfernung von der Erde 1193 bis 1658 Millionen Kilometer 7,97 bis 11,08 AE
Anzahl der Monde 18 (bzw. 21 bis 23) --



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by Patrick Thürstein

(17.02.2001)