Dramatische Veränderungen in unserem Sonnensystem, Teil 2

Von 1980 bis 1996 verlangsamten sich die Rotationsgeschwindigkeiten von Saturns Äquatorwolken um kolossale 58,2 Prozent, was als „unerwarteter und dramatischer Wetterwandel“ beschrieben wurde. Die Erklärung der NASA für dieses eindeutig ungewöhnliche Verhalten jedoch war das ewig alte „jahreszeitliche Veränderungen“:

„Saturn, einer der windigsten Planeten, erlebte vor kurzem einen unerwarteten und dramatischen Wetterwandel: Seine Äquatorialwinde flauten von rasanten 1.700 km/h während der Voyager-Vorbeiflüge 1980-81 auf mäßige 990 km/h zwischen 1996 und 2002 ab. Die Abnahme der Windgeschwindigkeiten wurde von einer spanisch-amerikanischen Forschergruppe entdeckt, […] die ihre Ergebnisse in der Juni-Ausgabe des Magazins Nature veröffentlichen werden (Bd. 423:623-5, 05.06.03) […] Dank der hohen Auflösung der Wide Field Planetary Camera an Bord des Hubble-Teleskops konnte das spanisch-amerikanische Team genügend Wolkenelemente des Saturn verfolgen, um die Windgeschwindigkeit über ein breites Spektrum an Breitengraden zu messen. Die Äquatorialwinde, die von 1996-2001 gemessen wurden, sind nur halb so stark wie 1980-81, als die Voyager-Sonden den Planeten besuchten. Dagegen blieben die Jetwinde abseits des Äquators unverändert und wiesen eine eindeutige hemisphärische Symmetrie auf, die auf Jupiter nicht entdeckt worden war.

Das ungewöhnliche Verhalten von Saturns Winden könnte eine einfache Erklärung haben, merken die Wissenschaftler an. Der lange jahreszeitliche Zyklus in Saturns Atmosphäre (ein Saturnjahr entspricht etwa 30 Erdenjahren) sowie die äquatoriale Beschattung durch seine riesigen Ringe könnten für die plötzliche Verlangsamung der Äquatorialwinde verantwortlich sein […]“ ⁷⁶ (Hervorhebung durch den Autor)

Noch provokantere Veränderungen auf Saturn wurden anhand nichtoptischer Teleskopdaten festgestellt.

Im Gegensatz zu den Röntgenstrahlen, die wie erwartet die Polarlichter begleiten, wurden in Saturns Äquatorregion „massive“, höchst ungewöhnliche Röntgenemissionen entdeckt, die 2004 zum ersten Mal vom NASA-Röntgenobservatorium Chandra, das in der Erdumlaufbahn betrieben wird, geortet werden konnten (Abb. 29).⁷⁷ Wenngleich das linke Bild einen „Großen Fleck“ wie den auf dem Jupiter zu zeigen scheint, handelt es sich hierbei um eine rund 20-stündige Zeitraffer-Aufnahme, die fast zwei zehnstündige Saturnrotationen umfasst. Die Helligkeitskonzentration stammt hier also nicht von irgendeinem „Großen Saturnfleck“, sondern kann auf geometrische Faktoren während des Röntgenbild-Erfassungsvorgangs selbst zurückgeführt werden. Die hellsten Röntgenstrahlen treten entlang der gesamten Äquatorebene auf, nicht nur in einem bestimmten Bereich.

Abbildung 29: Chandra-Röntgenbild von Saturn (links), verglichen mit einer Hubble-Aufnahme (rechts). Beachten Sie die Konzentration von Röntgenemissionen aus Saturns äquatorialer Atmosphäre direkt unterhalb der sonnenbestrahlten Ringebene. (NASA)

Die NASA-Wissenschaftler mussten sich aber auch mit gleichfalls dramatischen Veränderungen auseinandersetzen, die in Saturns bekanntestem und illustrem Merkmal aufzutreten schienen – seinen atemberaubenden planetarischen Ringen.

Bei den bereits erwähnten Voyager-Vorbeiflügen 1980-81 konnten zum ersten Mal sonderbare, geradlinige dunkle Streifen entdeckt werden, die quer zu den Ringen lagen und als „Speichen“ bezeichnet wurden (Abb. 30). Ihre ungewöhnlichste Eigenschaft war die, dass die Speichen den Planeten auf eindeutig „unkeplerische“ Art umliefen: Die äußeren Bereiche der schmalen, unerklärlich strahlenförmigen Gebilde bewegten sich viel schneller um den Saturn als die darunterliegenden Ringteilchen dies bei gleicher Entfernung zum Riesenplaneten aufgrund der Massenanziehung überhaupt können.⁷⁸

Abbildung 30: Zusammengesetztes Bild der „Speichen“, die von Voyager 1980-81 beobachtet wurden (NASA)

Abbildung 31: Eine atemberaubende Aufnahme des Saturn durch die anfliegende Cassini-Sonde. Und ... keine „Speiche“ zu sehen. (NASA)

Im Dezember 2003 warteten die Planetenwissenschaftler der Cassini-Mission – der ersten Sonde, die seit den Voyager-Besuchen in den 1980ern zum Saturn zurückkehren sollte – ungeduldig darauf, mehr über diese beeindruckenden sternförmigen Gebilde herauszufinden, dieses Mal durch extreme Nahaufnahmen, die durch Cassinis CCD-Bildsystem um ein Hundertfaches besser werden sollten als durch Voyagers „primitive“ Vidikon-Kameras.⁷⁹ Wie würden sie wohl aussehen? Was könnten wir Neues von ihnen lernen? Wie sind sie entstanden? Warum existieren sie überhaupt?

Im Februar 2004 konnte das Problem dann nicht länger ignoriert werden: Die Forschergruppe, die für die Cassini-Bilder zuständig war, musste zugeben, dass die Speichen rätselhafterweise – trotz weitaus schärferer Bilder, die aus geringerer Entfernung als die ursprünglichen Voyager-Bilder aufgenommen wurden – nicht mehr zu sehen waren.⁸⁰ Sie waren buchstäblich verschwunden! Demzufolge hat sich in nur zwei Jahrzehnten auch in Saturns prächtigen Ringen „irgendetwas“ dramatisch verändert, zeitgleich zu den anderen Veränderungen, die wir auf Saturn und im ganzen Sonnensystem beobachten.

Kommen wir nun zu einigen von Saturns Hauptmonden:

Die Chandra-Röntgenaufnahmen von Saturns größtem Mond, Titan, brachten eine große Überraschung: Titans Atmosphärenhöhe scheint seit Januar 2003 um 10-15 Prozent gewachsen zu sein. Die offizielle Pressemitteilung der NASA lautete:

„Am 5. Januar 2003 zog Titan – Saturns größter Mond und der einzige Mond im Sonnensystem mit dichter Atmosphäre – vor dem Krebsnebel vorbei […]

Der Durchmesser von Titans Schatten war größer als der bekannte Durchmesser seiner festen Oberfläche. Die Messung ergab für die röntgenabsorbierenden Bereiche der Titanatmosphäre eine Differenz von rund 880 Kilometern.

Die Ausdehnung der oberen Atmosphäre stimmt mit derjenigen überein – oder ist leicht (10-15 Prozent) größer als die –, die 1980 von Voyager 1 im Radio-, Infrarot- und Ultraviolettbereich gemacht wurden. Saturn befand sich 2003 rund fünf Prozent näher an der Sonne, daher könnte die erhöhte Sonneneinstrahlung zu einer Ausdehnung von Titans Atmosphäre geführt haben.“ ⁸¹

Abbildung 32: Das Chandra-Röntgenteleskop fängt den Röntgenstrahlen-Schatten von Titan ein und misst dessen Durchmesser, als Saturns größter Trabant vor dem Krebsnebel vorbeifliegt – dem Überrest eines zerborstenen Sterns, der reichlich Röntgenstrahlen emittiert und annähernd 6.000 Lichtjahre hinter Saturn liegt. (NASA)

Sollten allerdings die zurückhaltenderen Schätzungen der NASA über Titans frühere Atmosphärentiefe zutreffen (400 Kilometer laut Voyager-Beobachtungen 1981),⁸² dann könnte sich Titans gesamte Atmosphäre wirklich um ganze 200 Prozent ausgedehnt haben – allein in den letzten 23 Jahren von 400 auf 880 Kilometer!

Innerhalb der Atmosphäre selbst wurden mit dem Keck-Teleskop auf Hawaii im optischen und infraroten Bereich rasante, helle Methanwolken auf der Südhalbkugel Titans beobachtet – die mit dem herkömmlichen Modell ebenfalls schwer zu erklären sind. In einem Artikel in Nature heißt es dazu:

„Die Wolke vom Dezember 2001 hat eine Helligkeit, die etwa 0,3 Prozent der Gesamthelligkeit von Titans Scheibe bei diesen Wellenlängen entspricht und kann durch eine einzige (verkürzt erscheinende) Wolke von 200 Kilometern Durchmesser oder kleinere Wolken im gleichen Areal erklärt werden. Die Wolke vom 28. Februar 2002 ist bedeutend größer und reflektiert eine Flussdichte, die rund einem Prozent der Gesamtflussdichte von Titan entspricht […]