08.10.2002 / Autor: Michael Stein Astronomie > Sonnensystem

Die Saturnmonde

Ähnlich wie der Jupiter verfügt auch Saturn über eine Vielzahl von natürlichen Satelliten, die zusammen mit dem Gasriesen ein Planetensystem en miniature bilden.

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Voyager 1-Aufnahme von Tethys (oben) und Dione. Auf der Wolkendecke von Saturn sind die Schatten von Tethys und einigen Saturn-Ringen zu sehen.
(Foto: NASA)
Einleitung
Vergleicht man das Saturn- mit dem Jupitersystem, so fallen viele Gemeinsamkeiten auf. Ähnlich wie Jupiter verfügt auch Saturn über einige wenige große Monde (die allerdings bis auf Titan deutlich kleiner als die so genannten Galileischen Monde des Jupiter sind), während die meisten der bis heute 60 entdeckten natürlichen Satelliten Durchmesser von maximal 200 Kilometer aufweisen und oft nur größere Gesteinsbrocken sind, die teilweise auf extrem irregulären Bahnen um den Planeten kreisen.

Einen enormen Erkenntnisschub über das Satellitensystem von Saturn brachten die Pioneer- und beiden Voyager-Sonden, die Anfang der 1980er Jahre an dem Planeten vorbeiflogen und dabei auch die Monde beobachteten. Die Aufnahmen der Raumsonden brachten aber nicht nur neue Erkenntnisse über die bereits bekannten Monde, sondern führten auch zur Entdeckung einiger neuer Saturnmonde.

Die in den letzten Jahren neu entdeckten Satelliten - auch hier wieder eine Gemeinsamkeit mit dem Jupitersystem - messen nur wenige Kilometer im Durchmesser und sind wahrscheinlich von der Schwerkraft des Saturn eingefangene Kleinstmeteoriten. Mit zunehmend leistungsfähigeren Teleskopen und der im Sommer 2004 erfolgten Ankunft der Raumsonde Cassini beim Saturn ist zu erwarten, dass sich die Anzahl der entdeckten Satelliten in Zukunft noch weiter erhöhen wird. (Bereits wenige Wochen nach Einschwenken in einen Saturn-Orbit konnte Cassini die ersten beiden neuen Monde entdecken).

Einteilung der Satelliten
Wie immer gibt es verschiedene Kriterien, nach denen man das Mondsystem von Saturn strukturieren kann. Zum einen bietet sich natürlich die Größe der Monde für dieses Vorhaben an. Titan ist mit einem Durchmesser von 5.150 Kilometer mit Abstand der größte Mond des Saturn (und gleichzeitig nach dem Jupitermond Ganymed auch der zweitgrößte Mond des Sonnensystems - er ist sogar größer als die Planeten Merkur und Pluto), gefolgt von vier schon nicht mehr ganz so großen Monden mit Durchmessern zwischen 1.060 und 1.530 Kilometer. Dann gibt es nur noch fünf Monde, deren Durchmesser sich im Bereich zwischen knapp 200 bis zu 500 Kilometer bewegen, alle anderen bekannten natürlichen Satelliten weisen nur noch zwischen wenigen zehn bis zu gut 100 Kilometer Durchmesser auf.



Voyager 1-Aufnahme des "Eismondes" Mimas. Deutlich ist der in Relation zur Mondgröße gigantische Krater zu sehen.
(Foto: NASA)
Mehrere kleine Monde bewegen sich innerhalb des Ringsystems um den Planeten (und begrenzen teilweise sogar als so genannte "Hirtenmonde" die Ausdehnung der Ringe durch ihre Schwerkraftwirkung), während viele der in den letzten Jahren neu entdeckten Monde in einer Entfernung von mehr als 15 Millionen Kilometer um Saturn kreisen.

Mindestens sechs Monde bestehen überwiegend aus gefrorenem Eis (und weisen konsequenterweise auch nur eine durchschnittliche Dichte von knapp über 1 g/cm3 auf) und werden manchmal deswegen auch unter der Bezeichnung "Die Eiswelten" zusammengefasst. Doch auch die übrigen Monde, deren Dichte bekannt ist, weisen allesamt Werte von unter 2 g/cm3 auf, bestehen also mindestens zur Hälfte aus Eis und einem entsprechend geringeren Anteil massiven Gesteins.

Besonderheiten der Saturnmonde
Grundsätzlich ist das Mondsystem des Saturn sehr regelmäßig strukturiert (wenn man von den kleinen, Millionen Kilometer vom Saturn entfernten Miniaturmonden absieht, die erst in den letzten Jahren entdeckt worden sind). Bis auf Iapetus und Phoebe kreisen alle Monde auf annähernd zirkulären Umlaufbahnen in der Äquatorialebene des Saturn um den Planeten, und nur Phoebe dreht dabei entgegen der Rotationsrichtung von Saturn seine Kreise (retrograde Rotation). Ein anderer "Ausreißer" ist der kleine Mond Hyperion, dessen Umlaufbahn stark exzentrisch ist und der sich durch eine ständig ändernde Rotationsdauer auszeichnet - wahrscheinlich verursacht durch die sehr unregelmäßige Form des Mondes, die der Gravitationskraft von Saturn entsprechend unterschiedliche Angriffspunkte bietet.

Interessant sind auch die schon erwähnten Hirtenmonde, die durch ihre Gravitationskraft die Ausdehnung verschiedener Teilringe des Saturn begrenzen. Prometheus und Pandora sind von den Wissenschaftlern mittlerweile als innerer und äußerer "Hirte" des F-Rings identifiziert, und Atlas steht im Verdacht, äußerer Hirte des A-Rings zu sein. Für verschiedene Strukturmerkmale des Ringsystems von Saturn machen einige Wissenschaftler noch unentdeckte weitere Hirtenmonde verantwortlich.



Die beiden "Hirtenmonde" Prometheus und Pandora (oben) und der durch ihre Gravitationswirkung begrenzte F-Ring.
(Foto: Copyright Calvin J. Hamilton)
Ein weiteres außergewöhnliches Element des Saturn-Systems sind die so genannten Trojaner. Dabei handelt es sich um Monde, die auf dem selben Orbit um den Planeten kreisen, wobei sie einander üblicherweise im Winkelabstand von 60° folgen. Bei den Tethys-Trojanern handelt es sich um zwei Monde, die im Winkelabstand von 60° vor (Telesto) und hinter (Calypso) dem Saturn-Mond Tethys auf einem gemeinsamen Orbit um den Planeten kreisen. Der Mond Helene wird auch als Dione-Trojaner bezeichnet, da er im selben Winkelabstand vor Dione seine Bahnen zieht.

Ähnlich und doch ganz anders verhält es sich mit den beiden kleinen Monden Janus und Epimetheus, die bis auf 50 Kilometer im gleichen Abstand um Saturn kreisen. Ungefähr alle vier Jahre überholt der eine den anderen, und bei dieser Gelegenheit wechseln die beiden Monde dann auch gleich die Umlaufbahn: aus dem inneren wird der äußere der beiden Monde und umgekehrt!

Dann gibt es mehrere Mond-Paare (Mimas-Tethys, Enceladus-Dione und Titan-Hyperion), die zwar nicht auf derselben Umlaufbahn kreisen, sich aber durch konstante Verhältnisse ihrer Umlaufzeiten um den Saturn auszeichnen. Aufgrund der zwischen ihnen wirkenden Gravitationskräfte beträgt die Umlaufzeit von Mimas genau die Hälfte der von Tethys (man spricht hier von einer 1:2-Resonanz), Enceladus und Dione stehen ebenfalls in einer 1:2-Resonanz und Titan und Hyperion in einer 3:4-Resonanz zueinander.

Doch damit ist die Liste der erwähnenswerten Eigenheiten der Saturn-Monde immer noch nicht vollständig. Interessant ist da beispielsweise noch der Eismond Mimas, der durch einen im Vergleich zur Größe des Mondes extrem großen Krater geziert wird, oder der Eismond Enceladus, dessen Albedo fast 100 Prozent beträgt - beinahe das gesamte einfallende Licht wird von seiner eisigen Oberfläche in den Weltraum zurückgestrahlt! Auffällig ist auch, dass einige Monde wie beispielsweise Iapetus, die ständig dieselbe Seite dem Saturn zuwenden, auf der in "Flugrichtung" liegenden Seite deutlich dunkler bzw. heller als auf der im "Windschatten" liegenden Mondseite sind.

Titan


Cassini-Aufnahme des Saturnmondes Titan.
(Foto: NASA)
Größer als Merkur und Pluto ist dieser Saturnmond ein außergewöhnlich interessanter Himmelskörper, auf dem am 14. Januar 2005 als erste Raumsonde der europäische Lander Huygens niederging und Aufnahmen sowie Messdaten von der Atmosphäre und von der Oberfläche zur Erde sandte. Außer durch seine schiere Größe zeichnet sich Titan auch durch das Vorhandensein einer Atmosphäre aus, deren Atmosphärendruck in Bodennähe mit rund 1,6 Bar deutlich höher als auf der Erde ist. Die Atmosphäre besteht im wesentlichen aus einem Mix von Stickstoff und verschiedenen kohlenwasserstoffhaltigen Elementen, die der dichten Atmosphäre ihr orangefarbenes Aussehen verleihen. Eben diese atmosphärische Zusammensetzung ist es, die verschiedenste Wissenschaftler elektrisiert, da kohlenwasserstoffhaltige Moleküle die Bausteine der Aminosäuren sind - Grundbestandteile aller Lebensformen auf der Erde.

Verschiedene Wissenschaftler nehmen an, dass die irdische Atmosphäre vor dem Aufkommen sauerstofferzeugender Pflanzen eine ähnliche Zusammensetzung wie die des Titan aufwies, was auch das große wissenschaftliche Interesse an diesem Saturnmond erklärt.

Bei aller eventuellen Gemeinsamkeit mit der frühen Erde gibt es natürlich einen gravierenden Unterschied, denn die Oberflächentemperatur des Mondes liegt bisherigen Messungen zufolge bei nur etwa -180° C. Auf der Oberfläche vermuten Wissenschaftler Elemente wie Ethan, Acethylen, Ethylen und hydrogenes Cyanid, was ebenfalls ein wichtiger Baustein von Aminosäuren ist.

Über die Struktur der Titanoberfläche war bis zur Landung von Huygens nur wenig bekannt, da die dichte Atmosphäre einen direkten Blick darauf verwehrt. Die Bilder, die uns dieser Titan-Lander von der Mondoberfläche des Planeten übermittelte, wirkten dann erstaunlich vertraut und ähnelten Aufnahmen von der Marsoberfläche. Auch die eisige Oberfläche des Saturn-Mondes wird offensichtlich durch geologische Prozesse ähnlich wie auf der Erde - so beispielsweise durch Erosion und Abtragungen - ständig verändert. Verschieden von Huygens registrierte Oberflächenstrukturen weisen auf flüssige Elemente hin, allerdings handelt es sich dabei nicht um Wasser, sondern um Methan, das bei den herrschenden Temperaturen von unter -170° C flüssig ist. Auf Oberflächenaufnahmen des Landers waren zudem mehrere Brocken zu erkennen, die allerdings wahrscheinlich nicht aus Felsgestein, sondern aus gefrorenem und mit verschiedenen Verunreinigungen durchsetztem Wasser bestehen. Neben der Landung von Huygens wird der mit einem Radar ausgestattete Orbiter Cassini bis zu 30 Mal bei Vorbeiflügen an Titan die Mondoberfläche untersuchen.

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