Sind Saturnringe jung oder alt?

Saturn mit Raumsonde betrachtet, halb beleuchtet mit Ringen, die einen Schatten auf den Planeten werfen.

Größer anzeigen. | Saturn über die Raumsonde Cassini. Bild über NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute/Europlanet.


Vor vier Jahrzehnten, als ich zum ersten Mal Astronomie lernte, gingen wir alle davon aus, dass die ikonischen Ringe des Saturn schon immer da waren, so alt wie das Sonnensystem selbst. Wir nahmen an, dass sich Saturn mit seinen riesigen und herrlichen Ringen gebildet hat, die sich fast 200.000 Meilen (300.000 km) über den Äquator des Planeten erstrecken. Die Ringe schienen so ein integraler Bestandteil des Saturns selbst zu sein. Aber dann kamen 1980 und '81 die Besuche von Voyagers 1 und 2 auf Saturn. Ihre Beobachtungen legten nahe, dass die Ringe jünger als der Planet sein könnten – viel jünger – ein vorübergehendes Phänomen, das nur Millionen von Jahren in der 4,5-Milliarden-Jahres-Lebensdauer unseres Sonnensystems anhält. Und in den letzten Jahren schienen Daten der Raumsonde Cassini (2004-2017) die Idee zu untermauern, dass die Ringe des Saturn 10 Millionen bis 100 Millionen Jahre alt sind. Jetzt hören wir, dass die Einsicht von Cassini auch nicht das letzte Wort war. Ein Forscherteam hat die Debatte über das Alter der Saturnringe mit einer Studie neu entfacht, die datiert, dass sich die Ringe am wahrscheinlichsten im frühen Sonnensystem gebildet haben.

Die Autoren schlagen vor, dass Prozesse, die vorzugsweise staubiges und organisches Material aus den Saturnringen ausstoßen – ein „Ringregen“, der teilweise auf die Wolkenspitzen des Saturn fällt – die Ringe jünger erscheinen lassen könnten, als sie wirklich sind. Cassini ist tatsächlich auf diesen Ringregen gestoßen, als er zwischen den Ringen des Saturn und seiner oberen Atmosphäre während seinerGroßes Finaleim Jahr 2017.


Die Idee wird diese Woche von Astronomen bei a . diskutiertgemeinsame Sitzungdes European Planetary Science Congress und der AAS Division for Planetary Sciences in Genf, Schweiz. Es warveröffentlichtPünktlich zu diesem Treffen am 16. September 2019 impeer-reviewedTagebuchNaturastronomie.

Saturn und seine Ringe in falscher Farbe mit grünen Ringen und Bändern auf dem Planeten in Rot, Blau und Violett.

Voyager 2 hat die Bilder aufgenommen, um dieses Komposit zu erstellen, aufgenommen durch Ultraviolett-, Violett- und Grünfilter. Das Bild galt damals als überwältigend detailliert. Die Begegnungen von Voyager 1 und 2 Saturn fanden im Abstand von neun Monaten im November 1980 und August 1981 statt. Diese Missionen lösten zuerst Spekulationen aus, dass die Ringe des Saturn jünger sein könnten, als Astronomen immer angenommen hatten. Bild überNASA/JPL-Caltech.

ZUStellungnahmevon den Autoren der neuen Studie sagten:

Cassinis Tauchgang durch die Ringe während der MissionGroßes Finaleim Jahr 2017 lieferten Daten, die als Beweis dafür interpretiert wurden, dass sich die Saturnringe erst vor einigen zehn Millionen Jahren bildeten, etwa zu der Zeit, als Dinosaurier auf der Erde wandelten. Während des Tauchgangs durchgeführte Schwerkraftmessungen lieferten eine genauere Schätzung der Masse der Ringe, die zu mehr als 95 % aus Wassereis und zu weniger als 5 % aus Gesteinen, organischen Materialien und Metallen bestehen. Die Massenschätzung wurde dann verwendet, um zu berechnen, wie lange das unberührte Eis der Ringe Staub und Mikrometeoriten ausgesetzt sein müsste, um das Niveau anderer „Schadstoffe“ zu erreichen, die wir heute sehen. Für viele war damit das Rätsel um das Zeitalter der Ringe gelöst.




Aber nicht alle Wissenschaftler waren überzeugt. In einem Artikel über Saturns Ringe inWissenschaftlicher Amerikanerim August, RingexperteLukas Donesvom Southwest Research Institute wurde mit den Worten zitiert:

Ich habe nichts gegen junge Ringe. Ich denke nur, dass niemand einen sehr plausiblen Weg gefunden hat, sie zu machen. Es erfordert ein unwahrscheinliches Ereignis.

Mit anderen Worten, im frühen Sonnensystem, als viele Trümmer herumschwirrten, kann man sich leicht die dynamischen Prozesse vorstellen, die in der Lage waren, die Ringe zu erzeugen: das Einfangen von Trümmern durch die Schwerkraft des Saturn und/oder das Aufbrechen von Kometen, Asteroiden, oder sogar kleine Monde. Sobald sich die Ringe zu bilden begannen, kann man sich auch leicht vorstellen, dass die einzelnen Ringpartikel miteinander kollidieren und sich noch kleiner auflösen und sich um den Saturn herum ausbreiten, um seine Ringe zu bilden. Aber dieWissenschaftlicher AmerikanerArtikelgenannt:

… es ist einfach zu schwer, sagen einige Kritiker, solche ausgedehnten Ringe im relativ ruhigen Sonnensystem von heute und fast gestern herzustellen.


Junger, rotlockiger, bärtiger, lächelnder Mann mit Brille.

Astronom Aurélien Crida, viaGANS. Er ist Hauptautor der neuen Studie, die darauf hindeutet, dass die Ringe des Saturn sehr alt sind.

Aurélien Cridades Observatoire de la Côte d’Azur, ist Hauptautor der neuen Studie. Aus diesem Grund glaubt er, dass die Debatte noch nicht beigelegt ist; er sagte:

Wir können das Alter der Saturnringe nicht direkt messen wie die Ringe auf einem Baumstumpf, daher müssen wir ihr Alter aus anderen Eigenschaften wie Masse und chemischer Zusammensetzung ableiten. Neuere Studien haben angenommen, dass der Staubfluss konstant ist, die Masse der Ringe konstant ist und dass die Ringe das gesamte Schmutzmaterial zurückhalten, das sie aufnehmen.

In all diesen Punkten herrscht jedoch immer noch große Unsicherheit, und wir glauben, dass die Ringe in Verbindung mit anderen Ergebnissen der Cassini-Mission viel, viel älter sind.


Crida und seine Kollegen argumentieren in ihrer Studie, dass die während des Finales der Cassini-Mission gemessene Masse in „außerordentlich guter Übereinstimmung“ mit Modellen der dynamischen Entwicklung massiver Ringe aus demUrsonnensystem.

Dreizehn arly Zeichnungen von Saturn mit seinen Ringen in Weiß auf Schwarz, aus dem 17. Jahrhundert.

Galileo entdeckte 1610 die Ringe des Saturn. Durch sein frühes Teleskop dachte er, dass sie wie „Griffe“ oder vielleicht große Monde auf beiden Seiten des Saturn aussahen. Christiaan Huygens griff dann die Beobachtungen des Saturn auf und veröffentlichte in seinemSystema Saturnium. Es war Huygens, der das Geheimnis der Saturnringe enthüllte und sagte: „Er [Saturn] ist von einem dünnen, flachen Ring umgeben, der sich nirgendwo berührt und zur Ekliptik neigt.“Lesen Sie mehr über unser Wissen über die Ringe des Saturns.

Nadia Drake, Autor vonScientific AmericansSaturn-Artikel im August beschrieb Saturns Ringe als „eisige Partikel mit einer Größe von mikroskopisch klein bis zu einem Wohnmobil“. Crida und Kollegen beschrieben die einzelnen Komponenten in den Ringen des Saturn prosaischer als:

… Partikel und Blöcke mit Größen von Metern bis zu Mikrometern. Durch viskose Wechselwirkungen zwischen den Blöcken breiten sich die Ringe aus und transportieren das Material wie ein Förderband ab. Dies führt zu einem Massenverlust vom innersten Rand, wo Teilchen in den Planeten fallen, und vom äußeren Rand, wo Material die äußere Grenze überquert, in eine Region, in der sich Mondchen und Satelliten zu bilden beginnen.

Massivere Ringe breiten sich schneller aus und verlieren schneller an Masse. Die Modelle zeigen, dass unabhängig von der anfänglichen Masse der Ringe die Tendenz besteht, dass die Ringe nach etwa 4 Milliarden Jahren auf eine von Cassini gemessene Masse konvergieren, was der Zeitskala der Entstehung des Sonnensystems entspricht.

Crida fasste die Position seines Teams zusammen und sagte:

Nach unserem heutigen Verständnis der Viskosität der Ringe wäre die beim Cassini Grand Finale gemessene Masse das natürliche Produkt einer mehrere Milliarden Jahre dauernden Evolution, was reizvoll ist. Allerdings verbietet nichts, dass die Ringe erst vor kurzem mit dieser genauen Masse entstanden sind und sich seitdem kaum weiterentwickelt haben. Das wäre jedoch eher ein Zufall.

Ein junger Mann in einer blauen Jacke in einer bergigen Umgebung.

Hsiang-Wen (Sean) Hsu vom LASP und seine Kollegen berichteten 2018, dass sie erfolgreich mikroskopisches Material gesammelt haben, das aus den Saturnringen strömt.Weiterlesen.

Hsiang-Wen Hsuvom Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) in Boulder, Colorado, war Teil eines Teams, das bekannt gabErgebnisse im Oktober 2018 bezogen sich auf einen „Ringregen“.Die Ergebnisse über Cassini zeigten, dass jede Sekunde 600 Kilogramm Silikatkörner von den Ringen auf den Saturn fallen. Andere Studien haben das Vorhandensein organischer Moleküle in der oberen Atmosphäre des Saturn gezeigt, von denen angenommen wird, dass sie von den Ringen stammen. Hsu kommentierte:

Diese Ergebnisse legen nahe, dass sich die Ringe selbst von Schadstoffen „reinigen“. Die Natur dieses möglichen Ringreinigungsprozesses ist immer noch mysteriös.

Unsere Studie zeigt jedoch, dass das Expositionsalter nicht unbedingt mit dem Entstehungsalter zusammenhängt, sodass die Ringe künstlich jung erscheinen können.

Ein breiter Bogen der Saturnringe, der die als Cassinis Division bekannte Lücke und andere Lücken und Schattierungen zeigt.

Größer anzeigen. | Ein weiteres Cassini-Bild der Saturnringe, über NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute/Europlanet.

Fazit: Cassini-Daten schienen Ringe anzuzeigen, die nur 10 Millionen bis 100 Millionen Jahre dauern. Eine neue Studie legt nahe, dass staubiges und organisches Material, das von den Saturnringen ausgestoßen wird – ein „Ringregen“ – die Ringe jünger erscheinen lassen könnte, als sie wirklich sind. Aus heutiger Sicht wissen wir nicht, ob die Ringe des Saturn jung oder alt sind; wir wissen nur, dass Astronomen immer mehr über sie lernen.

Quelle: Sind die Ringe des Saturns eigentlich jung?

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