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Autor: Ralph-Mirko Richter / 26. April 2013, 19:57 Uhr

Meteoroidenimpakte im Saturn-Ringsystem beobachtet

In den Aufnahmen des Kamerasystems der Raumsonde Cassini fanden Wissenschaftler Hinweise auf erst kürzlich erfolgte Meteoroideneinschläge im Ringsystem des Saturn.

Quelle: JPL, Science
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NASA, JPL, Space Science Institute

Bild vergrößernDas Ringsystem des Saturn setzt sich aus mehr als 100.000 einzelnen Ringen zusammen, welche durch scharf umrissene Lücken voneinander abgegrenzt sind.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Bereits seit dem Sommer 2004 befindet sich die Raumsonde Cassini in einer elliptischen Umlaufbahn um den zweitgrößten Planeten unseres Sonnensystems. Während der bisher absolvierten 188 Umläufe um den Saturn hat Cassini dabei mit dem aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehenden ISS-Kameraexperiment, einem der insgesamt 12 an Bord der Raumsonde befindlichen wissenschaftlichen Instrumente, eine Vielzahl von Bildern von der Saturnatmosphäre sowie von den 62 bisher bekannten Monden und den diversen Ringen dieses faszinierenden Planeten angefertigt, welche von der interessierten Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite betrachtet werden können.

In diesen Aufnahmen konnten die an der Mission beteiligten Wissenschaftler jetzt Strukturen nachweisen, welche erst kürzlich durch die Kollisionen von Meteoroiden mit den Ringen des Saturn verursacht wurden.

Bei den Meteoroiden handelt es sich um kleine Objekte mit Durchmessern von wenigen Mikrometern bis hin zu einigen Metern, welche sich auf einer Umlaufbahn um unsere Sonne befinden und die dabei schließlich auch mit den Planeten und Monden unseres Sonnensystems kollidieren können. Die Oberflächen der atmosphärefreien Monde und Asteroiden unseres Sonnensystems sind von einer Vielzahl kleinerer Impaktkrater übersät, welche in der Vergangenheit durch die Einschläge solcher Objekte verursacht wurden.

Allerdings lässt sich aus dieser "Kraterdichte" die zeitliche Einschlagsrate nur indirekt und relativ unsicher durch die Methode des Crater Countings ableiten. Aus diesem Grund sind direkte Beobachtungen von Meteoriteneinschlägen für die Wissenschaft von großer Bedeutung, denn nur durch die Beobachtung solcher Ereignisse können die Planetenforscher detaillierte Kenntnis über die aktuellen Impaktraten in den verschiedenen Bereichen unseres Sonnensystems erlangen.

NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute, Cornell University

Bild vergrößernVerschiedene Impaktstrukturen im Ringsystem des Saturn sind hier durch Pfeile hervorgehoben.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute, Cornell University)
Neben unserem Heimatplaneten, dem Erdmond und dem Planeten Jupiter zählen jetzt auch die Ringe des Saturn zu denjenigen Orten innerhalb unseres Sonnensystems, an denen professionelle Wissenschaftler und Amateurastronomen solche Impaktereignisse entweder direkt beobachten oder zumindestens deren Auswirkungen unmittelbar nach einem solchen Ereignis studieren konnten. Diese kürzlich erfolgte Entdeckung im Bereich der Saturnringe versetzt die Wissenschaftler in die Lage, die zeitliche Verteilung solcher Einschläge jetzt noch besser als zuvor zu analysieren.

Auf dem nebenstehenden Bild sind fünf Aufnahmen des Ringsystems des Saturn zu sehen, welche in den Jahren 2009 und 2012 durch das ISS-Kameraexperiment angefertigt wurden. Pfeile markieren dabei die Orte, an denen der Einschlag von Meteoroiden auf die Ringe Partikelwolken freisetzt hat. Aufgrund der Rotation der Ringe um den Saturn wurden die Partikelwolken in der Folgezeit in die Länge gezogen.

Zwei der Aufnahmen (oben links und Mitte), welche innerhalb eines Zeitraumes von 24,5 Stunden angefertigt wurden, zeigen eine innerhalb des A-Ringes gelegene Region. Die Aufnahmen oben rechts und unten rechts zeigen zwei weitere Strukturen im B-Ring. Das Bild unten links stellt dagegen den C-Ring des Saturn dar. Das abgebildete Auswurfmaterial erstreckt sich auf jedem der Bilder über einen größeren Bereich der Ringe und verfügt in Bezug auf die Ringebene über eine deutlich abweichende Ausrichtung.

Anhand dieser horizontalen und vertikalen Ausrichtung der Trümmerwolken lässt sich der Zeitraum bestimmen, welcher seit den zugrunde liegenden Kollisionen vergangen ist. Die Kollision im A-Ring erfolgte demnach etwa 24 Stunden vor der erste Abbildung. Die anderen drei Trümmerwolken verfügten zum Zeitpunkt der jeweiligen Abbildung über ein Alter von etwa 13, vier beziehungsweise einer Stunde.

Speziell während der im Sommer 2009 erfolgten Tag-und-Nacht-Gleiche auf dem Saturn ließen sich die durch die Kollisionen verursachten Trümmerwolken besonders gut durch die ISS-Kamera beobachten. Die relativ hellen Trümmerwolken hoben sich dabei deutlich sichtbar von den dunklen Ringpartikeln ab.

NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute

Bild vergrößernMehrere Meteoroiden von jeweils vermutlich einem Meter Durchmesser kollidierten im August 2009 mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 Kilometern pro Sekunde mit dem Ringsystem des Saturn. Die Aufnahme links zeigt den A-Ring. Die dort sichtbare Impaktstruktur weist eine horizontale Ausdehnung von etwa 5.000 Kilometern auf und erreicht eine vertikale Höhe von etwa 200 Kilometern. Das rechte Bild zeigt den C-Ring. Die dortige Struktur ist deutlich kleiner und erreicht eine Ausdehnung von lediglich etwa 200 x 10 Kilometern. Beide Aufnahmen entstanden etwa 24 bis 48 Stunden nach den jeweiligen auslösenden Impakten.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Die Auswertungen der an dieser Arbeit beteiligten Wissenschaftler führen zu dem Schluss, dass die verursachenden Meteoroiden über Durchmesser von schätzungsweise einigen Zentimetern bis hin zu mehreren Metern verfügten. Eine wichtige Erkenntnis der Beobachtung besteht zusätzlich darin, dass die Einschlagsraten von Meteoroiden beim Saturn und bei der Erde anscheinend in etwa gleich groß ausfallen, obwohl sich beide Planeten an vollkommen unterschiedlichen Bereichen des Sonnensystems befinden.

Für letztere Erkenntnis waren zwei Umstände entscheidend: "Das Ringsystem des Saturn fungiert als ein gigantischer Meteoroidendetektor, der über die hundertfache Fläche der Erde verfügt. Und diesen Detektor konnten wir im Rahmen der bisherigen Cassini-Mission über einen langen Zeitraum hinweg nutzen", so Linda Spilker vom JPL, eine der an der Mission beteiligten Wissenschafterinnen. Somit konnten im Laufe der letzten Jahre Studien durchgeführt werden, bei denen die Häufigkeit von beobachteten Meteoroiden-Eintritten in die Erdatmosphäre mit entsprechenden Ereignissen im Bereich des Saturn verglichen werden konnte.

Die hier kurz vorgestellten Forschungsergebnisse wurden heute in der Fachzeitschrift "Science" unter dem Titel "Observations of Ejecta Clouds Produced by Impacts onto Saturn's Rings" publiziert. Matthew S. Tiscareno von der Cornell University in Ithaka/USA - der Erstautor dieser Studie - und seine Kollegen gehen davon aus, dass die Meteoroiden beim Zusammentreffen mit den Ringpartikeln des Saturn zunächst in kleinere Bestandteile zerbrechen. Diese jetzt kleineren Partikel verfügen über eine deutlich geringere Geschwindigkeit als zuvor und treten in eine Umlaufbahn um den Saturn ein. Hierbei erfolgen weitere "Sekundärkollisionen" mit den ursprünglichen Ringpartikeln, wobei die beobachteten Trümmerwolken entstehen, welche dabei zunächst eine diagonale Ausrichtung in Bezug zu der Ringebene einnehmen bevor sich auch dieses Trümmermaterial letztendlich in die Ringebene einordnet.

"Die Ringe des Saturn erscheinen ungewöhnlich hell und frei von Verunreinigungen. Dies verleitet einige Wissenschaftler zu der Annahme, dass die Ringe über ein deutlich geringeres Alter als der Saturn verfügen. Um diese Annahme zu bewerten müssen wir jedoch mehr über die Vorgänge in Erfahrung bringen, in deren Rahmen die Ringe mit Fremdmaterial bombardiert und angereichert werden. Diese kürzlich erfolgten Analysen helfen uns dabei", so Jeff Cuzzi vom Ames Resarch Center der NASA in Moffet Field/USA, einer der Co-Autoren der Veröffentlichung.

Die Mission Cassini-Huygens ist ein Gemeinschaftsprojekt der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA, der europäischen Weltraumagentur ESA und der italienischen Weltraumagentur ASI. Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien, eine Abteilung des California Institute of Technology (Caltech), leitet die Mission im Auftrag des Direktorats für wissenschaftliche Missionen der NASA in Washington, DC. Nach dem derzeitigen Planungsstand soll Cassini den Saturn noch bis zum Jahr 2017 erkunden und am 15. September 2017 aufgrund des dann nahezu komplett aufgebrauchten Treibstoffvorrates kontrolliert in der Atmosphäre des Ringplaneten zum Absturz gebracht werden.

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