Wie entstanden die Ringe des Saturn?

Taumelnde Achse und komplexes Ringsystem: Die Entstehung der Besonderheiten des Planeten Saturn sind der Wissenschaft immer noch ein Rätsel. Eine neue Theorie nimmt nun einen verlorenen Mond in den Fokus.

Der Gasplanet Saturn ist für seine Schieflage, sein Ringsystem und seine vielen Monde bekannt. Wie aber entstanden diese Besonderheiten?

Foto von NASA /JPL-Caltech/ Space Science Institute
Von Insa Germerott
Veröffentlicht am 23. Sept. 2022, 17:01 MESZ

Er ist der wohl mysteriöseste Planet unseres Sonnensystems: Mit seinen 82 Monden, 120.000 Kilometern Durchmesser und seinen Ringen aus Eisbrocken und Gestein gibt der Saturn der Wissenschaft seit jeher Fragen auf. Wieso hat er eine gekippte Rotationsachse und warum „eiern“ sie und seine Ringe so stark? Wie entstanden überhaupt die Saturnringe? Der zweitgrößte Planet des Sonnensystems wartet mit allerhand Besonderheiten auf, die bis heute nicht final erklärt werden können. 

Eine neue Theorie liefert nun einen weiteren Ansatz: Jack Wisdom und sein Team vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge simulierten auf Grundlage von Messdaten der NASA-Raumsonde Cassini und eigenen Modellen ein Szenario, das sowohl die Entstehung der Ringe als auch die ungewöhnliche Neigung des Planeten erklären könnte. In ihrer Studie, die in der Zeitschrift Science erschien, stellen sie dieses vor: Könnte ein verlorener Mond des Rätsels Lösung sein? 

Wissen kompakt: Saturn

Seltsame Besonderheiten – und eine falsche Theorie

Neusten Erkenntnissen zufolge sind die Ringe des Saturn nicht gemeinsam mit dem Planeten entstanden, sondern haben sich erst vor circa 100 Millionen Jahren gebildet. Außerdem sind sowohl seine Ringe als auch seine Rotationsachse um 26,7 Grad geneigt und taumeln sehr stark. Es wirkt, als wäre der Gasplanet aus dem Gleichgewicht geraten. „Diese Neigung ist zu groß, um durch bekannte Bildungsprozesse in der protoplanaren Scheibe oder durch frühe Einschläge auf dem Planeten entstanden zu sein“, sagt Erstautor Jack Wisdom. 

Der neuen Theorie zufolge könnte ein vor 160 Millionen Jahren verloren gegangener Mond die Ursache für beide Besonderheiten des Saturns darstellen: sowohl für seine starke Neigung als auch für die Entstehung seiner Ringe. Chrysalis nennen die Forschenden den hypothetischen Trabanten, der sich zwischen den Monden Titan und Iapetus befunden haben müsste. 

Um diese Theorie zu prüfen, nahmen die Forschenden zunächst anhand der Daten der NASA-Raumsonde Cassini die sogenannte Resonanz-Theorie unter die Lupe. Diese besagt, dass die Neigung des Saturns durch Schwerkraft-Wechselwirkungen mit seinem Nachbarplanet Neptun hervorgerufen wurde. Dessen Orbitalperiode schwingt nämlich in etwa im gleichen Takt wie Saturns Achse. Das erstaunliche Ergebnis dieser Prüfung: Saturn und Neptun sind ganz knapp nicht in Resonanz. Da die Abweichung nur rund einen Prozent beträgt, gehen die Forschenden allerdings davon aus, dass die Planeten einmal für lange Zeit in Resonanz gewesen sein mussten – und diese vor etwa 200 Millionen Jahren gebrochen wurde. 

Mond Chrysalis: Aus der Bahn geworfen und zerstört 

Da die Resonanz-Theorie widerlegt werden konnte, musste es eine andere Ursache geben. Um diese zu finden, rekonstruierte das Team die gesamte Entwicklung des Saturn in einem Modell. Dazu simulierten sie außerdem einen zusätzlichen Mond zwischen Titan und Iapetus: Chrysalis. Als Titan begann, immer weiter nach außen zu wandern, könnte Chrysalis‘ Umlaufbahn vor 100 bis 200 Millionen Jahren instabil geworden sein. Das hätte schließlich dafür gesorgt, dass der Mond zerstört wurde – entweder durch Schwerkraftturbulenzen, die ihn aus dem System warfen, oder durch seine plötzliche Nähe zum Saturn. 

„In beiden Fällen wäre der Saturn dadurch aus der Resonanz [mit Neptun] gefallen“, so die Forschenden. Das würde seine heutige Schieflage erklären. Praktischerweise nicht nur das: Die Zerstörung des Mondes – egal durch welches Szenario – könnte dann auch die Entstehung der Saturnringe begünstigt haben, indem sich die Trümmerteile des Mondes zu den aus Eisbrocken und Gestein bestehenden Ringen formiert haben. Das Alter der Ringe würde zu dieser Entstehungstheorie passen. 

Dieses neu entworfene Szenario halten auch andere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für plausibel. Jetzt muss es allerdings noch genau geprüft werden. Sollte die Theorie aus Cambridge verifiziert werden, würde die Geschichte unseres Kosmos um ein wichtiges neues Puzzleteil bereichert. 

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