08.10.2002 / Autor: Michael Stein Astronomie > Sonnensystem

Der Saturn

Saturn ist mit seinem beeindruckenden Ringsystem sicherlich der optisch eindruckvollste bekannte Planet.

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Der Saturn auf einer Aufnahme des Weltraumteleskops Hubble.
(Foto: NASA)
Einleitung
Der nach dem Vater des Jupiters und Gott des Landbaus in der römischen Mythologie benannte Gasriese ist der zweitgrößte Planet des Sonnensystems und bildet mit seiner Vielzahl von Monden ähnlich wie Jupiter auch ein eigenes Miniatur-System.

Von den fünf Planeten unseres Sonnensystems, die schon vor der Erfindung des Fernrohrs den Menschen bekannt waren, ist er der am weitesten von der Sonne entfernte Trabant. Natürlich war er auch einer der ersten astronomischen Himmelskörper, auf die Galileo Galilei nach der Erfindung des Teleskops im Jahr 1609 sein neu entwickeltes Beobachtungsinstrument richtete. Der große Universalgelehrte sah dabei zwar auch als erster Mensch die Saturnringe, konnte sie aber nicht als solche identifizieren, sondern gab sie in seinen Saturn-Zeichnungen einfach als henkelförmige Gebilde an den Seiten des Planeten wieder; die korrekte Deutung dieses optischen Phänomens gelang erst 1659 dem holländischen Astronomen Christiaan Huygens.

Dieser Artikel ist in folgende Kapitel unterteilt:

Lage und Einordnung
Aufbau und Atmosphäre
Das Ringsystem
Monde
Missionen
Fakten

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Lage und Einordnung
Saturn ist nach Jupiter der zweitgrößte Planet des Sonnensystems und wie dieser Mitglied der so genannten Äußeren Planeten. Er ist von der Sonne aus gezählt der sechste Planet und rund doppelt so weit wie Jupiter von ihr entfernt. Aufgrund seiner geringen Dichte und der hohen Rotationsgeschwindigkeit - für eine Umdrehung benötigt der Planet trotz seines im Vergleich zur Erde fast zehnmal größeren Äquatordurchmessers von 120.530 Kilometern nur etwa 10,2 Stunden - weist er eine an den Polen stark abgeplattete Gestalt auf. Unter seinen bisher entdeckten 60 Monden ragt Titan nicht nur aufgrund seiner Größe heraus, mit der er sogar Planeten wie Merkur und Pluto übertrifft, sondern vor allem auch wegen seiner dichten Atmosphäre, die ihn zu einem interessanten Forschungsziel werden läßt.

Aufbau und Atmosphäre
Der Saturn ist ein so genannter Gasriese ohne feste, klar definierte Oberfläche. Er besteht größtenteils aus Wasserstoff sowie rund drei Prozent Helium, auch hier also eine der Sonne ähnliche Zusammensetzung. Der Aufbau des Planeten ähnelt dem Jupiters, allerdings dürfte die gasförmige Atmosphäre aus Wasserstoff und Helium einen deutlich kleineren Kern umschließen, wofür die geringe Dichte des Saturn von nur 0,69 g/cm3 spricht: Somit würde Saturn sogar auf Wasser schwimmen, wenn es denn einen Ozean geben würde, der groß genug wäre, um ihn aufzunehmen! An den (festen oder flüssigen: diese Frage ist noch nicht geklärt) Planetenkern schließt sich eine Übergangszone aus flüssig-metallischem Wasserstoff an, bevor die stürmische Saturnatmosphäre beginnt.

Die Windgeschwindigkeiten in der mit Wolkenbändern und gigantischen Stürmen durchzogenen Atmosphäre erreichen am Äquator bis zu 1.800 km/h. Die an der Wolkenobergrenze gemessenen Temperaturen liegen im Bereich von -190° C bis zu -120° C. In den letzten 120 Jahren ist etwa alle 30 Jahre in der nördlichen Saturnhemisphäre ein großer Wirbelsturm beobachtet worden, der auf jahreszeitlich geprägte Vorgänge auf dem Planeten hinweist.

Wieder in Übereinstimmung mit den beim Jupiter vorgenommenen Messungen ist auch beim Saturn ein Magnetfeld mit enormen Abmessungen registriert worden. Das gesamte Ringsystem und auch viele der natürlichen Satelliten des Planeten befinden sich innerhalb der Saturn-Magnetosphäre, die mehr als eine Millionen Kilometer in den Weltraum hinausreicht. Wie auch bei der Erde konnten an den Polen von Saturn Polarlichter beobachtet werden, die durch das Auftreffen elektrisch geladener Teilchen auf die Saturnatmosphäre beim Flug entlang der magnetischen Feldlinien hervorgerufen werden. Saturn strahlt mehr Wärme in den Raum ab, als er von der gut 1,4 Milliarden Kilometer entfernten Sonne empfängt.

Das Ringsystem
Das prominenteste Merkmal des Saturn ist ohne Frage sein ausgeprägtes Ringsystem, wodurch sich der Planet von allen anderen Himmelskörpern in unserem Sonnensystem abhebt. Wenngleich mittlerweile auch um andere Planeten wie Jupiter und Uranus Ringe entdeckt worden sind, so reichen sie in ihrer Ausdehnung und optischen Wirkung nicht annähernd an das Saturn-Vorbild heran. Bereits Galilei Galileo (1564-1642) sah im Jahr 1610 die Saturnringe durch sein neu entwickeltes Teleskop, wusste das von ihm als henkelförmige Ausbuchtung des Saturn wahrgenommene Ringsystem jedoch nicht als solches zu deuten; dies blieb dem holländischen Astronomen Christiaan Huygens (1629-1695) im Jahr 1659 vorbehalten.

Die Ringe des Saturn bestehen aus unzähligen, überwiegend aus Wassereis bestehenden separaten Partikeln, deren Größe sich zwischen dem Bruchteil eines Millimeters und einigen Dutzend Metern im Durchmesser bewegt. Ähnlich wie die Rotationsachse von Saturn ist auch sein Ringsystem um 27° zur Saturnbahnebene geneigt. Der Durchmesser des Ringsystems beträgt etwa 272.000 Kilometer, wobei der innerste Ring bis auf rund 10.000 Kilometer an die Wolkenoberschicht der Saturnatmosphäre heranreicht. Ganz im Gegensatz zum enormen Durchmesser des Ringsystems ist es überwiegend nur einige hundert Meter dick, an den dünnsten Stellen sogar weniger als 100 Meter - bei aller Imposanz also eine wahrhaft filigrane Struktur!

Wenn von einem "Ringsystem" die Rede ist heißt dies natürlich auch, dass es sich um mehr als nur einen Ring handelt: Man unterscheidet sechs große Ringe, die in der Reihenfolge ihrer Entdeckung mit den Buchstaben A bis F bezeichnet sind. Die Ringe A und B sind durch eine "Lücke" voneinander getrennt, was bereits im Jahr 1676 von dem französisch-italienischen Astronomen Jean-Dominique Cassini (1625-1712) entdeckt wurde. Die später nach ihm benannte so genannte Cassinische Teilung ist die größte bis jetzt entdeckte Teilung zwischen den Ringen. Dank der Aufnahmen der Voyager-Sonden wissen wir mittlerweile, dass sich die großen Ringe aus Hunderten kleiner, konzentrischer Ringe zusammensetzen. Schon deutlich früher, im Jahr 1895, wies der amerikanische Astronom James Keeler (1857–1900) nach, dass die Saturnringe um den Planeten rotieren (was natürlich nicht anders sein könnte, da die Ringmaterie andernfalls sofort Richtung Saturnmittelpunkt fallen würde).

Die Vielzahl der von den Voyager-Sonden ermöglichten Erkenntnisse über die Saturnringe wurden teils durch direkte Aufnahmen der Ringe mit Kameras, teils durch die Beobachtung von Sternenbedeckungen durch einzelne Ringe gewonnen. Auf den Aufnahmen der Raumsonden waren unter anderem auch speichenförmige Strukturen und wellenartige Verdichtungen innerhalb der Ringe zu erkennen. Die Wissenschaftler schreiben diese und andere Strukturen größtenteils gravitativen Einflüssen verschiedener Saturnmonde zu, ohne jedoch bereits im Detail die Ursache für jede beobachtete Ringstruktur verstehen zu können. Mittlerweile sind mindestens zwei Monde (Prometheus und Pandora) bekannt, die als so genannte "Hirtenmonde" die Ausdehnung eines Ringes - in diesem Fall des F-Rings - durch ihre gravitative Wirkung begrenzen.

Missionen
Die erste Raumsonde, die den Ringplaneten erreichte, war Pioneer 11. Am 1. September 1979 flog das Raumfahrzeug in einer Entfernung von rund 20.000 Kilometer am Planeten vorbei und schoss die ersten Nahaufnahmen der oberen Wolkenschichten des Saturn und seines Ringsystems. Die Fotos der Raumsonde lieferten auf einen Schlag um Klassen bessere Aufnahmen des Saturn, als sie seit der Erfindung des Teleskops im Jahr 1609 durch Galileo Galilei je gemacht worden waren. Zwei kleine Monde wurden von Pioneer 11 entdeckt, und erstmalig wurden auch Messwerte über die Magnetosphäre des Planeten zur Erde übermittelt.

Die meisten Informationen, über die wir verfügen, stammen von den beiden amerikanischen Voyager-Raumsonden. Voyager 1 erreichte am 12. November 1980 den Punkt der größten Annäherung an den Planeten während seines Vorbeifluges, nur einige Monate später - am 25. August 1981 - gefolgt von der Zwillingssonde Voyager 2. Während der Saturn die letzte Station von Voyager 1 in unserem Sonnensystem war flog Voyager 2 noch zu Uranus und Neptun weiter.

So gut wie alle Daten des Saturn, die in diesem Artikel aufgeführt sind, wurden mit Hilfe der Pioneer 11- und Voyager-Sonden gewonnen. Der einzige Wehrmutstropfen für die Wissenschaftler war der Umstand, dass die Raumfahrzeuge sich jeweils nur eine begrenzte Zeit in der Nähe des Planeten aufhielten: Alle drei Sonden passierten den Planeten, ohne in einen Orbit einzuschwenken, weshalb Langzeitbeobachtungen natürlich nicht möglich waren.

Seit Juli 2004 jedoch besitzt Saturn zum ersten Mal einen künstlichen Satelliten, als die amerikanisch-europäische Raumsonde Cassini-Huygens den Ringplaneten erreichte. Anders als ihre Vorgänger schwenkte sie in eine Umlaufbahn um den Saturn ein. Mit Sicherheit wird sie - auch angesichts der technologischen Entwicklung seit den 1970er Jahren - erneut einen Quantensprung in der Saturn-Forschung auslösen. Während Cassini für mindestens vier Jahre auf wechselnden elliptischen Orbits Saturn umrunden wird, um von dort aus mehr über die Eigenschaften des Planeten, seines Ringsystems, seiner Magnetosphäre und der Monde herauszufinden, hat sich die europäische Huygens-Sonde im Januar 2005 von Cassini gelöst und ist an einem Fallschirm hängend auf die Oberfläche des größten Saturn-Mondes Titan hinabgesunken. Dieser Mond ist vor allem aufgrund seiner dichten Atmosphäre für die Wissenschaftler interessant, und Huygens hat einige Stunden lang - bis sich Cassini außerhalb der Funkreichweite von Huygens befand - Daten über die Titanatmosphäre zum "Mutterschiff" gesendet, von wo aus sie zur Erde weitergeleitet wurden. Erfreulicherweise überstand Huygens die Landung auf der Oberfläche unbeschädigt und konnte so noch eine Zeit lang Daten und Aufnahmen zu Cassini senden.

Die primäre Mission von Cassini läuft bis 2008, allerdings wird auch danach die Raumsonde mit hoher Wahrscheinlichkeit noch funktionsfähig sein. Abhängig von den zukünftigen finanziellen Mitteln für diese Mission werden die Wissenschaftler unter Umständen noch weit bis in das nächste Jahrzehnt hinein Daten von Cassini aus dem Saturnsystem empfangen können, da die nukleare Energieversorgung des Raumfahrzeugs sowie die für Orbitkorrekturen verfügbaren Treibstoffmengen noch lange Zeit einen aktiven Betrieb erlauben werden.

Fakten
Daten im Überblick
Äquatordurchmesser:129.536 km
Masse:5,69 × 1026 kg
Mittlere Dichte:0,69 g/cm3 (Wasser = 1 g/cm3)
Oberflächentemperatur:-190° bis -120° C (Wolkenoberschicht)
Rotationsdauer:10,2 Stunden
Bahndaten
Mittlere Entfernung zur Sonne:1.427 Mio. km (= 9,54 AU)
Umlaufdauer um die Sonne:29,42 Jahre
Bahnneigung ggü. Ekliptik:2,48°
Bahnekzentrik:0,0542
Monde
Anzahl der Monde:60
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