Saturn und sein ringsystem
1.Einführung
Der Planet Saturn steht an sechster Stelle von der Sonne aus gesehen und ist der zweitgrößte Planet unseres Sonnensystems.
Auf die Menschheit übt er schon seit vielen Jahren eine Faszination aus.
Kein Wunder, denn schon mit bloßem Auge ist Saturn für uns sichtbar. Dazu ist das auffälligste Merkmal des Planeten, das Ringsystem, welches sich mit einem einfachen Amateurteleskop bestens beobachten lässt.
2.
Mythologie
Der Name des Saturns stammt wie der aller unser Planeten aus der römischen Götterwelt ab. Dort war Saturn Gott des Ackerbaus. In der griechischen Mythologie ist Saturn "Chronos", der Gott der Zeit. Chronos beschreibt die Scheidung von Tag und Nacht und das die Zeit niemals steht. Deshalb wird in der klassischen Astrologie der Saturn als Schicksalsplanet beschrieben, denn er spricht dafür das ein stoppen der Zeit unmöglich ist.
Die bisher entdeckten Monde des Saturns tragen die Namen der Schwestern und Brüder des Chronos.
3.Der Saturn
Der Saturn ist 1,4 Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt. Damit ist er ca. 8mal weiter von der Sonne entfernt als wir. Deshalb kommt auch nur 1% des Sonnenlichts beim Saturn an, verglichen mit der Erde. Durch seine Entfernung dauert auch seine Bahn länger um sie: 29,46 Jahre dauert ein Saturnjahr.
Ebenfalls, wie bei der Erde ist die Achse des Saturns geneigt, und zwar um 27 Grad. Deshalb gibt es auch Jahreszeiten auf dem Saturn.
Der Saturn ist schneller als die Erde, er braucht für eine ganze Umdrehung der eigenen Achse nur 10h und 45min (= 1 Saturntag).
Außerdem ist er von großer Masse, er hat 95mal mehr Gewicht als unsere Erde. Seine Dichte jedoch beträgt nur 12% von unserem Planeten, somit könnte Saturn mit seiner geringen Dichte sogar auf Wasser schwimmen, denn Saturn ist ein Gasplanet. Gasplanet bedeutet, dass Saturn keine feste Oberfläche und kaum Materie besitzt.
Das heißt aber nicht, dass der Saturn nur ein Ballon aus Gas wäre. Denn im Inneren des Planeten werden die Gase immer dichter und heißer. Durch starken Druck der Schwerkraft, kommt es dann zu einer Komprimierung der Gase. Die entstandene Hitze sorgt jetzt dafür, dass sich die Gase verflüssigen.
Unter den Gasen befindet sich vor allem Wasserstoff (96%) und 4% Helium, daneben wurden noch Spuren von Methan, Ammoniak, Wasser und verschiedenen Mineralien gefunden. Von Außen ist der Saturn also gasförmig, weiter Innen flüssig und in der Mitte hat er einen Kern.
Der Übergang vom gasförmigen in Flüssigen Zustand ist fließend.
Der Kern besteht mit einer Temperatur von 1200 Grad Celsius aus Stein und Metall.
3.1 Die Atmosphäre des Saturns
Der Gasplanet Saturn hat keine feste Oberfläche. Rechnerisch wird jedoch seine Oberfläche bestimmt, indem der atmosphärische Druck genau ein bar ist, entsprechend dem Luftdruck auf der Erdoberfläche. Dann ergibt sich, dass dieser Wert schon mittendrin in seiner Atmosphäre liegt, also am oberen Rand seiner Wolkendecke.
Diese Wolken entstehen durch die rasche Rotation des Planeten (1 Saturntag= 10h 45min).Die entstandenen Wolkenstreifen verlaufen parallel zum Äquator. Die unterschiedlichen Farben des Planeten deuten auf ihre verschiedenen chemischen Zusammensetzungen hin. Meistens sind diese Wolken aus Ammoniak. Die Wolken betrachtet man auch als Wetterverhältnisse. Das Wetter auf dem Saturn wäre somit kalt mit minus 140 Grad Celsius und stürmisch mit einer Windgeschwindigkeit von 1800 km/h.
Die Wolkendecke ähnelt auch der des Jupiters. Sie ist jedoch schlechter sichtbar, weil sie von einer Dunstschicht überzogen ist. Dieser Dunst entsteht durch die kälteren Temperaturen auf dem Saturn, denn er ist doppelt so weit von der Sonne entfernt, als Jupiter.
3.2Das Magnetfeld des Saturns
1979 wurden die Magnetfelder des Saturns entdeckt. Sie sind ca.
550 bis 1000 mal stärker, als auf der Erde. Das Magnetfeld rotiert um die gleiche Achse wie der Planet selbst, das ist einzigartig und physikalisch kaum möglich. Denn bei uns ist der magnetische Nordpol auf der Südhemisphäre. Dazu hat dieses Magnetfeld eine große Reichweite, bis zu 500.000 km. Verantwortlich für diese Felder, ist der metallische Kern, dessen elektrische Ströme einen magnetischen Dipol erzeugen.
Kleinste Teilchen wie Elektronen, Ionen und geladene Staubteilchen werden dazu angezogen.
Eine uns bekannte Erscheinung der Polarlichter findet auch beim Saturn statt. Sie entstehen wenn, geladene Partikel, etwa durch den Sonnenwind, entlang des Magnetfeldes in die Atmosphäre des Planeten dringen.
Die Rotation des Magnetfeldes des inneren Kerns dient zur genauen Bestimmung des Saturntages, denn im Inneren dauert die Drehung 30min länger als an der Oberfläche.
3.3 Energien des Saturns
Aufgrund dessen, das der Saturn weit von der Sonne entfernt ist, empfängt er nur wenig Energie.
Zudem strahlt er selbst noch Energie ins Weltall ab und zwar das 1,76 fache, welches er empfängt. Diese Ursache, versuchen Forscher zu entschlüsseln. Derzeit gibt es zwei wahrscheinliche Erklärungen.
1. Man geht davon aus, dass es sich bei der Energie um Restwärme handelt, die noch aus der Entstehungszeit stammt, jedoch sollte sie nur 2 Mrd. Jahre ausreichen.
Saturn ist aber schon 4 Mrd. Jahre alt, deshalb dürfte er eigentlich keine Energie mehr abstrahlen.
2. Man geht davon aus, dass im Kern durch Druck von 2 bis 3 Mio. bar des metallischen Wasserstoffs seine Dichte und elektrische Leitfähigkeit erhöht. Bei diesen Umgebungsbedinngungen ist Helium nicht im Wasserstoff löslich, weshalb es sich zu Tröpfchen ausbildet.
Diese Heliumtropfen wandern als Regen zum Zentrum des Saturns und setzen dabei potentielle Energie frei. Diese Energie wird dann abgestrahlt.
4.Das Ringsystem des Saturns
Das Herausragendeste Merkmal des Saturns ist sein Ringsystem. Er hat neben Jupiter, Uranus und Neptun das Ausgeprägteste. Denn die Saturnringe übertreffen mit ihrer Größe und Helligkeit die anderen Planeten.
Entdeckt wurde der Ring erstmals 1610 von Galileo Galilei, jedoch nahm er an, es handle sich um zwei Monde, denn 1612 waren diese Monde wieder verschwunden. Heute weiß man, dass Galileo damals eine Ringpassage beobachtet hat, die Ringe haben der Erde ihre Schmalseite zugewendet und die Ringe waren somit nicht sichtbar.
Erkannt wurde der Ring als solcher erstmals 1656 von Christian Huygens.
1675 entdeckte G.D. Cassini eine Trennungslinie auf dem Ring und unterteile diese in Ring A und Ring B, die 4000km breite Lücke wird als Cassini-Spalte bezeichnet.
Im laufe der Zeit wurden vier weitere entdeckt und nach folgender Reihenfolge weiterhin benannt: C, D, E und F.
Der siebte Ring G wurde erst 1980 durch Voyager Sonden entdeckt.
1785 wurde von P.S. Laplache der Beweis erbracht, das dieser geschlossene Ring nicht stabil sein kann. An Hand der keplerschen Gesetzt folgt dazu, dass sich ein Körper durch einen geringeren Bahnradius schneller auf dieser bewegt.
So würden für den entfernteren und näheren Teil unterschiedliche Kräfte auftreten. Würde ein großer Himmelskörper zu nah um einen Planeten kreisen, so würde er durch diese Kräfte zerbrechen. Den Abstand zwischen Objekt und Planet, unterhalb dessen das Objekt nicht mehr stabil sein kann nennt man Roche-Grenze (1850). Es ergibt sich also, dass der Saturnring kein festes Gebilde ist, sondern aus Teilchen besteht, welche sich um den Saturn bewegen.
Durch Aufnahmen heutiger Sonden, weiß man, dass es sich beim Saturn um Ringgruppen handelt, die in Wirklichkeit aus Tausenden von Einzelringen bestehen. Die Ringe selbst sind wiederum aus Milliarden von Einzelstücken, vor allem aus Eis.
Neue Aufnahmen der Sonde Cassini zeigten, dass die Ringe unterschiedliche Temperaturen haben. Je dichter die Ringe, umso kälter sind sie, umso loser sie sind, sind sie auch wärmer.
Cassini lieferte auch Aufnahmen zu den farbigen Ringen, denn eigentlich müssten diese weiß sein, weil sie aus Eis sind. Aber durch Verunreinigungen mit anderen Materialen, etwa Kohlenstoffgemische, entstehen die unterschiedlichen Farben.
Die gesamte Fläche der Saturnringe reicht bis ca. 500.
000km ins All. Die Entfernung zwischen Erde und Mond wäre komplett ausgefüllt.
Der Ursprung der Entstehung der Ringe ist bisher noch nicht geklärt. Vielleicht sind es Teilchen aus dem solaren Staub, die in den Anfangszeiten unseres Sonnensystems von dem sich bildenden Planeten eingefangen wurden.
Aber vielleicht ist auch einst ein Mond des Saturns in Milliarden Einzelteile zerbrochen.
Abstände & Breiten der Ringsysteme vom Saturnmittelpunkt
Äquator des Saturn
60.
268 km
D-Ring
66.900 - 74.510 km
C-Ring
74.568 - 92.000 km
im C-Ring: Titan-Ring
bei 77.871 km
im C-Ring: Maxwell-Spalte
bei 87.
491 km
B-Ring
92.000 - 117.580 km
Cassini-Teilung
A-Ring
122.170 - 136.775 km
im A-Ring: Encke-Spalte
bei 133.589 km
im A-Ring: Keepler-Spalte
bei 136.
530 km
F-Ring (Mitte)
140.180 km
G-Ring
170.000 - 175.000 km
E-Ring
181.000 - 483.000 km
5.
Die Monde Saturns
Beim Saturn wurden bisher 33 Monde entdeckt, das sind mehr als bei jedem anderen Planeten des Sonnensystems und höchst wahrscheinlich gibt es noch mehr.
Die Saturnmonde bestehen vor allem aus Eis aber auch aus Elementen wie Methan, Kohlenstoff und Ammoniak.
Ebenfalls haben die Monde Einfluss auf das Ringsystem. Denn einige Monde halten Spalten zwischen anderen frei, andere wiederum halten die Partikel in den Ringen zusammen.
Titan ist mit 5.100km Durchmesser der größte Mond Saturns.
Er ist sogar größer als Merkur und Pluto.
6.Die Weltraumsonde Cassini
Am 15. Oktober wurde die Weltraumsonde Cassini auf ihre Mission zum Saturn geschickt. Die Sonde besteht eigentlich aus zwei Einheiten: die eigentliche Sonde und Huygens, eine Lande-Einheit für den Saturnmond Titan.
Auf Grund der Großen Entfernungen musste die Sonde zuerst einige sogenante
"Swing-By-Manöver" fliegen, um Zeit und Treibstoff zu sparen.
Dabei nutzt die Sonde Anziehungskräfte diverser Planeten zur Beschleunigung. Im Juli 2004 hatte die Sonde den Saturn erreicht mit dem Eintritt in die Saturn Umlaufbahn begangen die eigentlichen Missionsziele. Die im 4.Kapitel beschriebenen Entdeckungen durch die Sonde Cassini sind in diesem Zeitraum hervorgegangen. Auf Grund dessen, das die Sonde gute Bilder an die Erde gesendet hat.
Folgende Ziele der Beobachtung standen dabei im Vordergrund:
-Untersuchung der Magnetosphäre des Planeten und dessen Interaktion mit dem Solarwind, dem Ringsystem und den Monden
-Observation der Wolkenstrukturen (Windgeschwindigkeit und Temperatur) sowie der Rotation des Planeten Saturn
-Erforschung der internen Struktur des Planeten, dessen Atmosphäre und Ionosphäre
-Bestimmung der Struktur und des Aufbaus des Ringssystems sowie Analyse der Ring-Umgebung
-Beobachtung des Satellitensystems zur Bestimmung der geologischen Struktur und Geschichte der Monde
-Detaillierte Sondierung der Atmosphäre und der Oberfläche des Saturnmondes Titan mittels des Huygens-Landers
Im November 2004 hat die Sonde den Saturnmond Titan erreicht.
Wegen seiner dichten Atmosphäre und seiner chemischen Zusammensetzung ist die Erforschung des Mondes von hoher Bedeutung. Denn dieser Mond zeigte schon öfters Vorstufen vom niederen Lebens durch Formen von Seen aus Methan oder Ethan. Diese Feststellungen sollen jetzt genauer beobachtet werden
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