Saturn - der Planet der Ringe

Doch nicht das Ende des Sonnensystems

Es dauerte bis zum Jahr 1781, als Uranus entdeckt wurde, bis die Menschen erkennen konnten, dass der Saturn nicht der äußerste Planet des Sonnensystems ist. Denn als solches galt er im modernen Weltbild ebenso wie auch zu Zeiten, als man dachte, dass sich die Planeten um die Erde drehen würden.

Saturn und Sonnensystem

Die Begründung für die Annahme, dass der Saturn der äußerste Planet sein könnte, ist leicht gefunden, denn der Saturn ist der letzte Planet, der mit freiem Auge von der Erde aus gesehen werden kann. Die Planeten Uranus, Neptun und Pluto kann man auf diese Weise nicht mehr erkennen. Für Astronomen ist der Saturn ein Ereignis, auch viele Amateurastronomen erfreuen sich dieses Planeten, denn er sieht mit seinen berühmten Ringen sehr schön aus und leuchtet heller als manch anderer Planet.

Der Saturn zählt zu den iovianischen oder jupiterähnlichen Planeten des Sonnensystems, zu denen neben Jupiter auch Uranus und Neptun zählen, für letztere überlegt man aber eine eigene Gruppierung, weil sie viel kleiner sind. Saturn und Jupiter aber haben sehr viele Gemeinsamkeiten, auch wenn der Jupiter in puncto Masse weit über den Saturn zu stellen ist.

Saturn und technische Daten

So ist die Rotation beispielsweise auch beim Saturn sehr schnell. Innerhalb von zehn Stunden hat sich der Saturn um die eigene Achse gedreht, was damit zusammenhängt, dass sich Gas leichter vorwärts bewegen können als feste Körper. Dafür braucht der Saturn volle 29,4 Erdjahre, um die Sonne einmal zu umkreisen, womit das Jahr auf dem Planeten viel länger dauert als vergleichsweise auf der Erde.

Das Um und Auf des Saturn sind aber seine Ringe, über die schon viel diskutiert wurde. Weniger bekannt ist der weiße Fleck, der an den roten Fleck des Jupiter erinnert. Er wurde erst im Jahr 1990 entdeckt. Die Ringe aber sind seit jeher ein großes Thema und schon mit einem mittelmäßigen Fernrohr kann man sie gut erkennen. Hat man ein Fernrohr ab ungefähr zehn Zentimeter Öffnung und die technische Möglichkeit einer 150-fachen Vergrößerung, sieht man sogar Details der Ringe, obwohl man sich viele Millionen Kilometer davon entfernt aufhält.

Der Saturn hat nur ein Drittel der Masse des Jupiter, aber fast so viele Monde. Über 50 sind offiziell bestätigt, weitere wurden gefunden - kein Vergleich zur Erde mit einem Mond oder zum Mars mit zwei Stück.

Aufbau des Saturn

Auch beim Planetenaufbau ähnelt der Saturn dem Jupiter sehr. Allerdings dürfte der Saturn einen größeren felsigen Kern besitzen, was erklären würde, warum der atmosphärische Druck auf dem Saturn deutlich geringer ist als auf dem Jupiter.

Der felsige Kern wird umschlossen von Wasserstoff und man geht davon aus, dass der Kern im Inneren des riesigen Planeten 15 Erdmassen umfasst. Im Inneren des Saturn ist der Druck sehr stark, weshalb der Wasserstoff kondensiert und zunächst die Eigenschaft einer Flüssigkeit annimmt. Dann geht er in den metallischen Zustand über, wobei die Elektronen sich frei bewegen können. So entstehen elektrische Zündungen, weil die Elektronen von Atomkern zu Atomkern übertragen werden. Über dem großen Bereich der elektrisch geladenen Wasserstoffe folgt eine Zone mit normalem flüssigen Wasserstoff, der durch die gasförmige Atmosphäre abgeschlossen wird.

Durch die rasche Rotation des Saturn werden die elektrisch geladenen metallischen Wasserstoffe in Bewegung gesetzt und daraus entsteht das große Magnetfeld. Der Jupiter hat das größte Magnetfeld aller Planeten im Sonnensystem, auch Magnetosphäre genannt. Sie ist so groß, dass sie selbst bis zum Saturn reicht. Dennoch hat der Saturn ebenfalls ein sehr starkes Magnetfeld, das das zweitgrößte aller Planeten im Sonnensystem ist. Die Stärke dieser beiden Magnetfelder erklärt sich aus der raschen Rotation und der elektrisch geladenen metallischen Wasserstoffe.

Und auch die große Zahl der Monde ist ein Thema des Magnetfeldes, weil kleine Himmelskörper wie Asteroiden angezogen werden. Der Saturn ist zwar in der Masse kleiner und durch einen größeren Kern im Aufbau etwas anders strukturiert als der Jupiter, hat aber fast so viele Monde ausgewiesen.

Atmosphäre des Saturn

Die Ringe des Saturn sind wunderschön anzuschauen, aber sie behindern auch die Forschungsarbeit, weil sie immer wieder Bereiche überdecken, die man lieber gerne genauer sehen würde, um Vorgänge und Zusammensetzungen des Planeten kennenzulernen.

Trotzdem ist es gelungen, einige Fakten zusammenzutragen, wobei sich herausgestellt hat, dass der Saturn dem Jupiter sehr ähnlich sein dürfte. Das beginnt bereits bei der Atmosphäre, denn auch sie besteht aus drei verschiedenen Wolkenschichten.

Die oberste Wolke besteht aus Ammoniak, wodurch diese Schicht sehr bunt wirkt. Darunter gibt es die Ammoniumhydrogensulfidwolken und die unterste Schicht besteht aus Wasserwolken. Auch beim Saturn ist die Erklärung für diese drei Schichten im Ausgangsmaterial zu suchen. Denn die Basisstoffe kondensieren in verschiedenen Höhen, wodurch sich die Logik der Wolkenschichten ergibt. Generell besteht die Atmosphäre hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium.

Einen wesentlichen Unterschied gibt es zwischen dem Saturn und dem Jupiter. Während der Jupiter nur um 3° geneigt ist, hat der Saturn eine Neigung von 27° gegen seine Umlaufbahn vorzuweisen, wodurch es auch Jahreszeiten gibt, wie man sie auf der Erde kennt. Allerdings wirken sich diese nicht so stark aus wie auf der Erde, was mit der großen Entfernung zur Sonne zu tun hat. Dennoch sind immer wieder Dunstwolken in den obersten Schichten der Atmosphäre beobachten worden. Man nimmt an, dass es sich dabei um eine wetterbedingte Reaktion auf eine Jahreszeit handeln könnte.

Ähnlich dem Jupiter gibt es auf dem Saturn Zonen und Gürtel, die durch starke Winde gegenseitig angetrieben werden. Es wurden Winde mit bis zu 500 Meter pro Sekunde gemessen, wobei in den Zonen der Wind von Ost nach West bläst und die Wolken sinken, während im Gürtel der Wind von West nach Ost bläst und die Wolken aufsteigen lässt. Dadurch wirkt der Saturn wie eine Fläche mit Streifen.

Weißer Fleck am Saturn

Seit mittlerweile mehr als 350 Jahren wird auf dem Jupiter der große rote Fleck beobachtet, der keine Landschaft repräsentiert, sondern heftige Wirbelstürme, die ein vielfaches der Größe der Erde ausmachen. Der große rote Fleck des Jupiters wurde selbst in Filmen verarbeitet und hat schon zahlreiche Diskussionen ausgelöst - vor allem aber Erstaunen, dass es sich nicht um ein fixes Gebiet, sondern um den Ort unglaublicher Sturmfronten handelt.

Weniger bekannt ist, dass der Saturn ähnliches anzubieten hat. Denn im Jahr 1990 wurde am Äquator des Saturn ein großer weißer Fleck gesichtet. Auch hier liegt die Vermutung nahe, dass es sich um Stürme handelt, die vom Planeteninneren verursacht wurden.

Die Begründung liegt darin, dass Wasser, Ammoniak und andere Stoffe durch die Strömungen aus dem Inneren an die obere, gelblich gefärbte Wolkengrenze transportieren, wodurch die Stoffe aufgrund der wesentlich geringeren Temperaturen vereisen und weißgefärbte Wolken bilden. Im Anschluss wirken die heftigen Stürme der Zonen, die die Wolken weitertransportieren, wodurch es auch zu der Bewegung und zu den Veränderungen des Flecks kommt.

Im Gegensatz zum Jupiter und dessen roten Fleck verschwindet der große weiße Fleck des Saturn wieder. Er war im Verlauf von mehr als 120 Jahren zweimal gesichtet worden und scheint alle 57 Jahre wieder zu erscheinen. Da es sich bei dem Zeitraum und ziemlich genau zwei Saturnjahre handelt, liegt der Schluss nahe, dass es sich um ein typisches, periodisch bedingtes Phänomen handelt und ist somit auch Ausdruck der Tatsache, dass der Saturn mehr in der Achse geneigt ist als der Jupiter und damit Jahreszeiten möglich wurden.

Zwar sind diese nicht so ausgeprägt, da der Saturn viel weiter von der Sonne entfernt ist als die Erde, aber sie wirken sich dennoch klimatisch aus und lassen Phänomene wie den weißen Fleck entstehen.

Ringe des Saturn und ihre Entstehung

Wenn man den Menschen "Saturn" entgegenwirft, werden die meisten mit "Ringe" antworten. Tatsächlich sind die Ringe des Saturn berühmt und viele zählen die Planetenringe zu den schönsten optischen Eindrücken des gesamten Sonnensystems. Zahlreiche Dokumentationen hat es dazu schon gegeben und viele Diskussionen sind um die Entstehung und Beschaffenheit geführt worden.

Mittlerweile weiß man, dass der Saturn nicht der einzige Planet ist, der solche Ringe hat, denn auch der Jupiter hat welche und auch der Uranus besitzt Ringe. Aber jene vom Saturn sind schon seit Galileo Galilei bekannt, auch wenn er die Ringe nicht als solche erkannte, sondern sie als "Ohren" des Saturn interpretierte. Die Ringe sind wie der ganze Planet um 27° gegen die Umlaufbahn um die Sonne geneigt. Alle 15 Jahre kann man von der Erde aus die Ringe nicht sehen, was der halben Umlaufdauer des Saturn entspricht.

Die Saturnringe führten bei ihrer Erforschung zur Roche-Grenze. Sie wurde von Edouard Roche, einem französischen Astronomen entwickelt und bezeichnen jenen Punkt, ab dem ein Himmelskörper durch die Schwerkraft eines Planeten richtiggehend zerrissen wird. Denn so dürften die Saturnringe entstanden sein, indem ein Mond zu nah an den Saturn gelangt ist und zerstört wurde.

Es gibt weitere Theorien, wie die Ringe entstanden sein könnten. Eine besagt, dass bei der Entstehung des Saturn Trümmer verblieben sind, die nun als Ringe um den Planeten kreisen, eine andere geht von einem Meteoritenhagel aus. Beide Theorien haben aber das Problem, dass sich die Saturnringe direkt an der Roche-Grenze bewegen, was für die Zerstörung eines Mondes spricht.

Beobachtung und Theorien rund um die Ringe

Ursprünglich glaubten die Menschen, dass die Ringe des Saturn feste Körper wären, doch in Wirklichkeit bestehen sie aus unterschiedlichsten Teilchen, die teilweise sogar nur einige Zentimeter groß sind, andere Brocken haben eine Größe bis zu mehreren Metern. Auch dieses Faktum spricht für die Theorie des Mondzerfalls, denn Meteoriten und andere Körper würden sich zu größeren Himmelskörpern heranbilden, aber dafür ist das vorhandene Material zu gering. Mehr als ein Körper mit vielleicht 70 bis 100 Kilometer Durchmesser würde kaum entstehen können.

Die Ringteilchen dürften vereist sein, wodurch sie das Licht stark reflektieren. Das ist auch die Begründung dafür, dass man die Saturnringe so gut sehen kann, während die Ringe des Jupiter gänzlich unbekannt waren und auch heute schwer zu sehen sind, weil sie dunkel sind. Für den Uranus gilt das gleiche.

Arten der Saturn-Ringe

Die Saturnringe wurden im Laufe der Jahrhunderte entdeckt. Ursprünglich waren der A- und B-Ring bekannt, denn der italienisch-französische Astronom Giovanni Cassini entdeckte eine Lücke zwischen den beiden Ringen. In Wirklichkeit gibt es sieben Ringe, die nach Entdeckungsdatum von A bis G durchnummeriert sind. Das bedeutet, dass nicht die Reihenfolge entscheidend ist, sondern das Alter der Bekanntheit.

So heißt der innerste der Ringe D-Ring und der äußerste E-Ring. Die Ringe sind nicht gleichmäßig breit. Der D-Ring hat eine Breite von 8.500 Kilometer, der E-Ring hingegen hat eine Breite von 300.000 Kilometer.

Eine Frage ging den Forschern besonders durch den Kopf: warum blieben die Ringe an ihrem Platz und veränderten sich nicht? Die Antwort wurde erst spät gefunden: 1980 fand man durch die Raumsonde Voyager I die Schäfermonde Prometheus und Pandora. Prometheus befindet sich innerhalb des F-Ringes und Pandora außerhalb dieses Ringes.

Die beiden Himmelskörper werden deshalb als Schäfermonde bezeichnet, weil sie durch ihre Gravitation die Form der Ringe bewahren. Sie befinden sich innerhalb der Roche-Grenze und kreisen um den Saturn, behalten daher ihre Position bei. In der Zwischenzeit wurden weitere Schäfermonde gefunden, wobei man davon ausgeht, dass es noch eine ganze Zahl solcher Schäfermonde geben könnte, die sich in den sieben Ringen verbergen.

Im Oktober 2009 gab es eine weitere Entdeckung, denn es wurde ein riesiger Staubring gefunden, der sich erst unter Infrarot zeigt. Es handelt sich dabei um den größten Planetenring des Sonnensystems mit einem Durchmesser von 26 Millionen Kilometer. Diese Entdeckung beweist, dass die Menschen noch viel über die nahen Planeten zu lernen haben, von entfernten Galaxien ganz zu schweigen.

Staubring des Saturn

Die Ringe des Saturn faszinierten die Menschen schon vor vielen Jahrhunderten und das ist bis heute unverändert geblieben. Aber die Entdeckung des Astronomenteams von Anne J. Verbiscer, die ihre Forschung in der Universität Virginia betreiben, zeigt, dass die Menschen noch viel von den Planeten des Sonnensystems lernen können und müssen.

Im Oktober 2009 entdeckten die Astronomen nämlich mit ihrem Weltraumteleskop einen Staubring, der alle bisherigen Dimensionen, die man von Planetenringen kannte, in den Schatten stellt. Alleine der Durchmesser beträgt 26 Millionen Kilometer und entdeckt hat man den Giganten nur deshalb, weil man sich der Infrarottechnik bediente.

Denn der Staubring reflektiert das Sonnenlicht fast gar nicht, weshalb er bisher unentdeckt blieb. Erst im Infrarot kann man die Staubpartikel sehen und so seine Form und Dimension erkennen. Dabei ist er 20-mal größer als die bisher bekannten und als größte eingeschätzten Planetenringe wie der E-Ring des Saturn oder der Gossamer-Rings des Jupiter. Die Astronomen berechneten, dass der Staubring, würde er auf gleiche Weise von der Erde aus zu sehen sein wie der Mond, doppelt so groß sein würde im Vergleich zum gut sichtbaren Vollmond. Das alleine zeigt die Dimensionen dieses neu entdeckten Planetenringes.

Mit der Entdeckung verändert sich auch der Forschungsstatus betreffend Saturn, seine Monde und Ringe. So scheint nun geklärt, warum der Saturnmond Japetus auf einer Seite dunkler wirkt als auf der anderen. Der äußerste der mittelgroßen Saturnmonde dürfte durch den Staubring jede Menge Material abbekommen haben, was die unterschiedliche Färbung erklären könnte.

Die Monde des Saturn

Saturn und Jupiter haben viele Gemeinsamkeiten und dazu zählt auch, dass sie viele Monde haben, die aber erst in den letzten Jahren erkannt wurden. So waren vor dem Start der Sonde Cassini im Jahr 1997 18 Saturnmonde bekannt.

In der Zwischenzeit hat sich diese Zahl auf 53 erhöht, nur der Jupiter hat noch mehr Monde als der Saturn. Es würde aber niemanden überraschen, wenn noch weitere Monde entdeckt werden würden, sowohl beim Jupiter als auch beim Saturn. Allerdings sind die Zahlen von 61 (Jupiter) und 53 (Saturn) nur die offiziellen Zahlen. Beim Jupiter warten 16 Stück auf die Bestätigung, womit er schon über 70 Monde hätte, auch beim Saturn sind neun weitere Monde gesichtet worden.

Der Mond Titan ist der größte der Saturnmonde, dann gibt es sechs mittelgroße mit Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea und Japetus. Die Monde haben eine Gemeinsamkeit, denn sie zeigen - ähnlich dem Erdmond - dem Saturn immer die gleiche Seite. Die mittelgroßen Satelliten kreisen um den Saturn auf Höhe des Äquators, nur der Japetus weicht von dieser Eigenschaft ab. Mimas ist der saturnnächste Mond, der sich innerhalb des E-Ringes befindet, was bedeutet, dass er immer wieder von Material getroffen wird.

Enceladus brachte einige Überraschungen, denn durch die Daten und Bilder von Cassini im Jahr 2005 konnte festgestellt werden, dass die Atmosphäre des Mondes vor allem aus Wasserdampf besteht. Noch überraschender war ein Hot Spots am Südpol. Zudem wurde herausgefunden, dass es eine innere Wärmequelle gibt, die komischerweise ihr Zentrum am Pol und nicht in der Äquatorebene hat.

Saturnmond Titan

Der Saturnmond Titan ist der größte der Monde und er ist auch größer als die Planeten Merkur oder Pluto. Nur der Jupitermond Ganymed verhindert, dass Titan der größte Mond des Sonnensystems sein kann. Titan wurde durch die Sonde Huygens untersucht, die durch Cassini ausgesetzt wurde. Die Sonde zeigte, dass es vulkanische Aktivität auf dem Mond gibt und es scheint auch Wetterbedingungen zu geben, die jenen der Erde durchaus ähnlich sind. Allerdings gibt es kein flüssiges Wasser, sondern Methanregen und vielleicht Methanmeere, weil für Wasser ist es zu kalt. Es ist aber nicht auszuschließen, dass es auf dem Saturnmond Titan eine Plattentektonik gibt, wie es sie auf der Erde gibt.

Viele Daten müssen noch ausgewertet und analysiert werden, durchaus möglich, dass der Mond Titan noch einige Überraschungen bereithält. Man weiß aber schon einiges wie den Durchmesser von 5.150 Kilometer oder dass man ihn recht gut mit einem Fernglas beobachten kann. Außerdem besitzt er eine eigene, sehr dichte Atmosphäre. Titan ist ein sehr interessantes Objekt im Sonnensystem und es gibt auch Diskussionen und Theorien, wonach kleinste Mikroben dort eine Lebensbasis vorfinden könnten.

Fakten zum Saturn

Der Saturn ist zwar nicht so riesig wie der Jupiter, aber er beeindruckt immer noch mit seinen Dimensionen, so ist er beispielsweise mit der 95fachen Masse der Erdmasse ausgestattet.

Entfernung zur Sonne

Die durchschnittliche Entfernung zur Sonne beträgt 1.433.000.000 Kilometer. Die geringste Entfernung liegt bei 1.352.000.000 Kilometer, die maximalste Entfernung bei 1.514.500.000 Kilometer.

Geschwindigkeit

Der Saturn umkreist die Sonne mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 10 Kilometer pro Sekunde, er ist also deutlich langsamer als die inneren Planeten.

Größe des Saturn

Der Durchmesser des Saturn beträgt 120.536 Kilometer (Erde: 12.756 km), der Umfang 378.675 km (Erde: 40.075), die Fläche 43.466.000.000 km² (Erde: 510.072.000).

Der Saturn hat 53 Monde (Erde: 1), neun weitere warten auf Bestätigung. Die Neigung der Rotationsachse beträgt 27° (Erde: 23,5°). Der Saturn hat außerdem sieben Ringe.

Umlaufdauer und Rotationsdauer

Der Saturn braucht für einen vollständigen Umlauf um die Sonne 10.756 Erdtage, also 29,4 Erdjahre. Für eine vollständige Rotation um die eigene Achse braucht der Jupiter 10 Stunden und 40 Minuten. Diese schnelle Rotation hat zur Folge, dass sich die Form des Saturn verändert. Am Äquator nimmt er zu, an den Polen flacht er ab.

Temperaturen auf dem Saturn

Die durchschnittliche Temperatur auf der Oberfläche beträgt -178°C.

Atmosphäre

Die Atmosphäre besteht aus Wasserstoff und Helium.

Druck

Der atmosphärische Druck hängt von der Tiefe ab.

Masse

Die Masse des Saturn beträgt 5,69 x 10²⁶ kg, weshalb der Saturn 95mal schwerer ist als die Erde.

Oberfläche

Es gibt keine, weil der Saturn ein großer Planet aus Gasen und Flüssigkeiten ist.