Geheimnis des Gasriesen endlich enthüllt

Ringe des Saturns verraten Geheimnisse des Kerns und stellen bisherige Annahmen auf den Kopf

Saturn ließ sich nicht unter die Gashülle schauen

Planetenaufbau Saturn mit seinem flüssigen Kern aus Eis und Gestein Jim Fuller-Saturn-core-wobble-labeled.original
Der Querschnitt durch den Saturn verdeutlicht, wie sich die Wissenschaftler Mankovich und Fuller das Innere des Planeten vorstellen. In der Mitte besteht der Kern aus Eis, Gestein und flüssigen Metallen, der stetig in Bewegung ist. Darüber liegt die Gashülle aus Wasserstoff und Helium. Illustration: Caltech/R. Hurt (IPAC)

Für Astronomen war es bisher schwierig festzustellen, wie es unter der sichtbaren Atmosphäre des Saturns aussieht. Zu dicht waren die Gase, die den Planetenriesen umgeben. Zwei Wissenschaftlern ist nun mit einer neuen Messmethode gelungen die Größe des Kerns abzuschätzen und dessen Beschaffenheit.

Kronoseismologie als neue Messmethode

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Jim Fuller ist einer der beiden Wissenschaftler, die dem Saturn seine Geheimnisse entlockt haben.

Lange Zeit war es der Astro-Wissenschaft nicht gelungen, mit den üblichen Messmethoden mehr Informationen über das Planeteninnere des Saturns zu erfahren. Das könnte nun den beiden Wissenschaftlern Christopher Mankovich und Jim Fuller vom California Institute of Technology (Caltech) gelungen sein. Bisher versuchten Wissenschaftler anhand der Schwerfeldmessung auf das Innere eines Planeten zu schließen. Das gestaltet sich bei einem Gasplaneten allerdings schwieriger, da die Gashülle die Signale verdeckt. In ihrer Studie untersuchten Mankovich und Fuller nun die Schwingungen, die von dem C-Ring des Saturns ausgehen. Die NASA-Raumsonde Cassini hatte diese während ihrer Saturn-Mission aufgezeichnet.

Die Ringe sind aufgeteilt in der Reihenfolge ihrer Entdeckung benannt worden und werden D-, C-, B-, A-, F-, G- und E-Ring bezeichnet. Wobei D ganz dicht am Planeten liegt und E die weiteste Entfernung zum Planeten aufweist.

Oberfläche des Saturn bewegt sich wie ein plätschernder See

Die Ringe des Planeten wirken wie ein Seismograph und gaben schließlich weitere Informationen über die Beschaffenheit des Planetenkerns preis. So erfuhren die Wissenschaftler, dass der Kern des Saturn 55 Mal so massiv ist wie die gesamte Erde, wobei 17 Erdmassen davon Eis und Gestein sind und der Rest eine Flüssigkeit aus Wasserstoff und Helium. Das mache etwa 60 Prozent des Planetenradius’ aus.

„Saturn bebt immer, aber unmerklich", sagt Mankovich. „Die Oberfläche des Planeten bewegt sich alle ein bis zwei Stunden etwa einen Meter wie ein langsam plätschernder See. Wie ein Seismograph nehmen die Ringe die Gravitationsstörungen auf und die Ringteilchen beginnen zu wackeln“, sagt er. Die Forscher gehen davon aus, dass diese Gravitationswellen darauf hindeuteten, dass das Innere des Saturn aus stabilen Schichten besteht. Diese hätten sich gebildet, nachdem schwerere Materialien in die Mitte des Planeten gesunken waren und sich nicht mehr mit leichteren Materialien darüber vermischten.

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Marleys Vermutungen über die Saturnringe erweisen sich als richtig

Cassini, Satellit, Raumsonde NASA
Die Raumsonde Cassini zeichnete bei ihrem Saturn-Besuch Schwingungen im C-Ring des Planeten auf.

Bereits Anfang der 1990er Jahre vermutete der Planetenwissenschaftler Mark Marley, dass Bewegungen innerhalb des Saturn den C-Ring zum Schwingen bringen. Durch die Schwankungen im Planetenkern interagieren mit den meist aus Eis bestehenden Partikeln des C-Rings und formen sogenannte spiralförmige Dichtewellen innerhalb des Rings. Das wird Kronoseismologie genannt. So konstatierte Mankovich auch: „Alle diese Ideen (von Marley d.Red) sind zu 100 Prozent richtig.“ Einziger Wehrmutstropen: Von nun würde es jedoch mehr als zwei Jahrzehnte und eine teure Weltraummission dauern, um die Vorhersagen zu bestätigen.

„Dies ist kein Wissenschaftsfeld für Ungeduldige“, erklärt Marley, der mittlerweile an der University of Arizona als Gutachter der neuen Studie tätig ist. „Es hat sich herausgestellt, dass all diese Wellen wirklich da sind, dass es rund zwei Dutzend davon gibt, wo wir sie vorhergesagt hatten.“

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(kfb)