Saturn mit Ringsystem, von den Ringen aus geht ein Wasserstrom zu den mittleren breiten des Planeten

Regen aus den Saturnringen

Aus den Saturnringen regnet Wasser in die Atmosphäre des Planeten herab. Das zeigen Infrarotbeobachtungen mit einem der großen Keck-Teleskope auf Hawaii durch ein internationales Forscherteam. Die elektrisch geladenen Wasserpartikel strömen demnach entlang magnetischer Feldlinien aus dem Ringsystem zum Planeten. Wie die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“ schreiben, sei der Niederschlag die Ursache für bislang unerklärliche Abweichungen der Saturn-Ionosphäre von theoretischen Modellen.

James O'Donoghue von University of Leicester in Großbritannien und seine Kollegen stießen bei ihren Beobachtungen in mittleren Breiten der Saturn-Ionosphäre auf eine Reihe von Strahlungsmaxima durch ionisierte – also elektrisch geladene - Wasserstoffmoleküle. Diese Maxima sind über das Magnetfeld des Planeten genau mit Lücken in den Saturnringen verbunden. „Dieses Muster zeigt, dass es einen Transfer von elektrisch geladenem Wasser aus dem Ringsystem in die Ionosphäre geben muss“, so die Astronomen. „Der globale Zustrom ‚flutet‘ zwischen 30 und 43 Prozent der Oberfläche der oberen Atmosphäre des Saturn.“

Als Ionosphäre bezeichnen Wissenschaftler einen Bereich der Hochatmosphäre eines Planeten, der durch energiereiche Teilchen des Sonnenwinds stark ionisiert ist. Im Infrarotbereich sollte die Ionosphäre des Saturn als gleichmäßiges Glimmen sichtbar sein. Schon in den 1980er Jahren zeigten Beobachtungen jedoch Abweichungen von den theoretischen Modellen in mittleren Breiten. Die detailreichen Messungen von O’Donoghue und seinen Kollegen stellen nun erstmals einen direkten Zusammenhang zwischen der Ionosphäre des Planeten und seinen Ringen her.

Die Saturnringe bestehen aus nahezu reinem Wassereis, wobei die Partikelgröße von unter einem Mikrometer bis zu mehreren Metern reicht. Insbesondere die sehr kleinen Eispartikel können sich durch die Sonnenstrahlung und auch durch Zusammenstöße elektrisch aufladen. Dann sind sie nicht länger nur der Schwerkraft ausgesetzt, sondern auch der Lorentzkraft durch das Magnetfeld des Saturn. Das führt dazu, dass die Teilchen auf Spiralbahnen entlang der magnetischen Feldlinien zum Planeten wandern, in die Atmosphäre eindringen und dort die Ionisation beeinflussen.

Die Beobachtungen von O’Donoghue und seinem Team werfen auch ein neues Licht auf die Entwicklung der Saturnringe. Denn bislang wissen die Astronomen nicht, ob das Ringsystem ein viereinhalb Milliarden Jahre altes Überbleibsel aus der Entstehungszeit des Planeten ist – oder ein mit rund hundert Millionen Jahren junges und vergängliches Phänomen. Der in die Ionosphäre fallende Regen trägt zu einer raschen Erosion der Ringe bei und ist daher ein Indiz dafür, dass die Saturnringe relativ jung sind.