Neues Modell könnte die hohe Anzahl von Moonlets im Saturnsystem erklären

Sogenannte Streamer-Channels in Saturns F-Ring, aufgenommen von der Raumsonde Cassini. (NASA / JPL / Space Science Institute)
Sogenannte Streamer-Channels in Saturns F-Ring, aufgenommen von der Raumsonde Cassini. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Eine Forschungsarbeit von Physikern der Loughborough University wirft neues Licht auf die Moonlets des Saturn und könnte helfen, einige Geheimnisse der Planetenentstehung zu entschlüsseln. Saturns F-Ring ist seit langer Zeit von Interesse für Wissenschaftler, weil er schnelle Veränderungen im Zeitrahmen von Stunden bis Jahren zeigt und weil er möglicherweise der einzige Ort im Sonnensystem ist, wo täglich große Kollisionen geschehen.

Als Cassini im Jahr 2006 mit der Beobachtung des Saturnsystems begann, war die Entdeckung zahlreicher Moonlets – kleiner, natürlicher Satelliten – in Saturns F-Ring ein unerwarteter Fund. Man dachte, dass starke Gezeitenkräfte die Verklumpung jener Teilchen minimieren, die für die Bildung dieser Moonlets erforderlich sind, und Wissenschaftler konnten sich die hohe Anzahl in den Ringen Saturns nicht erklären.

Die ablaufenden Prozesse in den Saturnringen sind vergleichbar mit jenen in einer protoplanetarischen Scheibe. Deswegen könnte deren Verständnis der Schlüssel zur Enträtselung der Geheimnisse unseres eigenen Sonnensystems sein. Wie sie im Journal Scientific Reports berichten, haben Forscher vom Department of Physics der Loughborough University ein neues Computermodell entwickelt, das bei der Lösung dieses Rätsels helfen könnte.

“Die Saturnringe bieten ein nahegelegenes astrophysikalisches Labor, um mit der Cassini-Sonde viele Mechanismen und Prozesse in Echtzeit zu beobachten und zu untersuchen, von denen man annimmt, dass sie in astrophysikalischen Scheiben stattfinden” erklärt der Physiker Phil Sutton von der Louborough University. “Und Saturns F-Ring ist wahrscheinlich der aktivste im Sonnensystem. Deshalb finden wir ihn so faszinierend.”

Arbeiten über Saturns F-Ring, den äußersten der dichten Ringe, haben gezeigt, dass der nahe “Schäfermond” Prometheus die Entstehung der Moonlets in dem Ring selbst direkt beeinflusst. Diese Moonlets können Strukturen innerhalb des F-Rings erzeugen. Die Wechselwirkung zwischen Prometheus und dem F-Ring geschieht aufgrund der unterschiedlichen Ausrichtungen des elliptischen F-Rings und der elliptischen Umlaufbahn von Prometheus. Mit der Zeit verändern Variationen der Rotationsachse diese Ausrichtung, was in sehr nahen Begegnungen des Mondes Prometheus mit dem F-Ring resultiert. Während der engsten Annäherungen im Verlauf einer Umkreisung bewegt sich Prometheus auf den Ring zu und dann von ihm weg, wobei er Strukturen erzeugt, die als “Streamer-Channels” bekannt sind.

Vorherige numerische Modellierungen hatten einen masselosen F-Ring vorausgesetzt (wo die Teilchen nicht miteinander interagieren), der mit Prometheus wechselwirkt. Sie zeigten, dass die Dichte der Teilchen an den Kanten der Streamer-Channels binnen einer Reihe von Umläufen nach der ursprünglichen Begegnung ansteigt. Allerdings berücksichtigte das Modell nicht das schnelle Wachstum der Moonlets, das für die von Cassini beobachtete, hohe Anzahl notwendig ist.

“In unserer Abhandlung berichten wir über die Ergebnisse unseres numerischen Modells, das einen F-Ring mit Masse voraussetzte, in dem alle Teilchen gravitativ miteinander wechselwirken”, erläutert Sutton. “Wir erkennen eine beschleunigte Zunahme der Dichte an denselben Orten in den Rändern der Streamer-Channels, wie bereits zuvor geschildert wurde.” Dieser Anstieg beträgt etwa fünf Prozent pro Umlaufperiode bei den ersten fünf Umkreisungen, verglichen mit einem Nullwachstum in den gleichen Regionen während derselben Zeitperiode bei dem früheren Modell ohne Wechselwirkungen.

“Dort, wo all die Teilchen des F-Rings miteinander wechselwirken, beobachten wir eine flüssigkeitsähnliche Bewegung. Es ist diese flüssigkeitsähnliche Bewegung, die Störungen und daraus resultierende Wirbel innerhalb des F-Rings erzeugt, wenn eine senkrecht dazu auftretende Kraft (Prometheus) sie unterbricht”, so Sutton.

Durch intensive Studien weiß man, dass Wirbel einen beschleunigten Mechanismus für die Entstehung von Planetesimalen in protoplanetarischen Scheiben darstellen und Teilchen sich in Richtung ihrer Zentren ansammeln. “Hier können wir zeigen, dass dieselbe Theorie auf die Bildung von Moonlets innerhalb der Saturnringe angewandt werden kann, insbesondere auf den F-Ring, wo die Gezeitenkräfte ständig versuchen, die Verklumpungen oder Moonlets zu zerstören. Die Theorie könnte einen Mechanismus bereitstellen, der die hohe Anzahl von Moonlets erlauben würde, die Cassini beobachtet hat”, sagt Sutton.

Quelle: http://www.lboro.ac.uk/service/publicity/news-releases/2013/19_Moonlets.html

(THK)

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