Der Herr der Ringe und Monde - Eine Expedition ins Saturnsystem "Die Ringe des Saturns – natürliche, dynamische Laboratorien im Sonnensystem" (F. Spahn)

Seit ihrer Entdeckung durch Galileo Galilei im Jahr 1610 sind wir von Saturn und seinen majestätischen Ringen fasziniert. Jedoch sind Ringe nicht das Alleinstellungsmerkmal dieses Planeten. Nein, alle vier Riesenplaneten unseres Sonnensystems zieren filigrane Ringe aus Eis und Staub. Aber nicht nur die Schönheit dieser „kleinsten“ kosmischen Scheiben erweckte das Interesse der Wissenschaftler, sondern sie sind exemplarisch für ihre „großen kosmischen Geschwister“: z.B. Akkretionsscheiben um kompakte Sterne, präplanetare Gas-Staubscheiben um junge Sterne (die „Kinderstuben“ von Planeten) oder gar die gigantischen Galaxienscheiben. Viele Prozesse, die die Physik planetarer Ringe bestimmen, laufen - wenngleich auf viel größeren Zeit- u. Längenskalen - auch in diesen zeitlich und räumlich weit entfernten kosmischen Scheiben ab. Von unschätzbaren Vorteil für uns ist aber, dass wir planetare Ringe mit Raumsonden in situ über dynamisch relevante Zeitskalen (Orbitperioden ~10 h) studieren und so mehr über die Physik aller kosmischen Scheiben lernen können. Dichte planetare Ringe sind granulare Gase im All - hauptsächlich bestehend aus Eisklumpen von Faust- bis hin zu Villagröße, die häufig (ca. 10-20 mal) pro Orbit inelastisch miteinander kollidieren. Sie sind die flachsten Strukturen im Universum mit einem Aspektverhältnis von 1 zu mehreren Millionen; d.h. bei einer vertikalen Ausdehnung (Dicke) von < 10 m erstrecken sie sich Hunderttausende km in lateraler Richtung. Des Weiteren zeichnen sie sich durch eine komplexe Dynamik aus, die u. a. zur Ausbildung von (sog. dissipativen) Strukturen führt: „Rillen", Wellen verschiedenen Typs und z.B. auch so-genannte „Propeller" bilden sich in diesen, von gravitativen Störungen getriebenen Nichtgleichgewichtssystemen. Moderne Raummissionen, wie gegenwärtig die Cassini-Raumsonde am Saturn, entlocken den Ringsystemen ihre Geheimnisse und stellen somit theoretische Vorhersagen auf den Prüfstand. Am Beispiel der von wolkenkratzer-großen Moonlets verursachten Propeller-Strukturen und deren Bedeutung für die Entstehung planetarer Ringe als auch der von Planeten allgemein, möchte ich das aktuelle Spannungsfeld zwischen theoretischen Vorhersagen und Beobachtungen der Cassini-Raumsonde etwas näher vorstellen.