Eine neue Studie verfolgt den „Regen“ aus geladenen Wasserteilchen von den Ringen in die Atmosphäre des Saturn und stellt fest, dass es dort mehr Regen gibt und dass er auf größere Gebiete des Planeten niedergeht als bislang gedacht. Die Abhandlung, deren Beobachtungen von der NASA finanziert wurden und deren Analyse von der University of Leicester (England) geleitet wurde, enthüllt, dass der Regen die Zusammensetzung und Temperaturstruktur von Teilen der oberen Saturnatmosphäre beeinflusst. Die Studie erscheint in der dieswöchigen Ausgabe des Journals Nature.
„Saturn ist der erste Planet, der signifikante Wechselwirkungen zwischen seiner Atmosphäre und seinem Ringsystem zeigt“, sagte James O’Donoghue, der leitende Autor der Studie und Forscher an der University of Leicester. „Die Hauptauswirkung des ‚Ringregens‘ ist, dass er die Ionosphäre Saturns ‚entlädt‘. Mit anderen Worten: Dieser Regen verringert massiv die Elektronendichte in den Regionen, wo er niedergeht.“
O’Donoghue erläuterte, dass die Auswirkungen der Ringe auf die Elektronendichten bedeutsam seien, weil sie erklären würden, warum Beobachtungen seit vielen Jahrzehnten zeigen, dass die Elektronendichten in bestimmten Breitengraden auf Saturn ungewöhnlich niedrig sind. Die Studie hilft Wissenschaftlern auch, den Ursprung und die Entwicklung von Saturns Ringsystem und Veränderungen in seiner Atmosphäre besser zu verstehen.
„Es stellt sich heraus, dass Ringteilchen, die sich circa 60.000 Kilometer über dem Planeten befinden, in weiten Gebieten ein wichtiger bestimmender Faktor für Saturns ionosphärische Umgebung und sein Klima sind“, sagte Kevin Baines vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena (Kalifornien), ein Co-Autor der Studie. „Die Ringteilchen beeinflussen sowohl, welche Arten von Partikeln sich in diesem Teil der Atmosphäre befinden, als auch ob er warm oder kühl ist.“
In den frühen 1980er Jahren zeigten Aufnahmen der Voyager-Raumsonden zwei bis drei dunkle Bänder auf Saturn und Wissenschaftler vermuteten, dass Wasser aus den Ringen in diese Bänder hinabregnen könnte. Die Bänder wurden nicht wieder gesehen, bis dieses Team den Planeten im April 2011 mit dem W.M Keck Observatory auf dem Mauna Kea (Hawaii) im Infrarotbereich beobachtete. Der Effekt war schwer zu erkennen, weil man nach einer schwachen Emission von hellen Gebieten auf Saturn suchen musste. Es war ein Instrument wie das des Keck Observatoriums erforderlich, das einen breiten Lichtbereich aufspalten kann.
Die Auswirkungen des Ringregens treten in Saturns Ionosphäre auf, wo geladene Teilchen erzeugt werden, wenn die sonst neutrale Atmosphäre einem Strom aus energiereichen Teilchen oder Sonnenstrahlung ausgesetzt ist. Als die Forscher das Emissionsmuster eines besonderen Wasserstoff-Ions mit drei Protonen (triatomischer Wasserstoff) verfolgten, erwarteten sie ein gleichmäßiges, planetenweites Leuchten im Infrarotbereich zu sehen. Was sie stattdessen beobachteten, war eine Reihe heller und dunkler Bänder mit Gebieten reduzierter Emissionen, die mit wasserreichen Teilen der Saturnringe übereinstimmten und Regionen mit starken Emissionen, die zu Lücken in den Ringen passten.
Sie vermuteten, dass geladene Wasserteilchen aus den Ringen entlang der magnetischen Feldlinien Saturns nach unten gezogen wurden und die leuchtenden triatomischen Wasserstoff-Ionen neutralisierten. Das hinterlässt große „Schatten“ in einem anderenfalls planetenweiten Leuchten im Infrarotbereich. Diese Schatten bedecken in den Breiten zwischen 25 und 55 Grad ungefähr 30 bis 43 Prozent der oberen Atmosphärenoberfläche des Planeten. Das ist ein deutlich größeres Gebiet, als die Bilder der Voyager-Mission nahelegten.
Sowohl die Erde als auch Jupiter besitzen eine Äquatorialregion, die sehr gleichmäßig leuchtet. Forscher haben dieses Muster auch bei Saturn erwartet, aber stattdessen sahen sie gravierende Unterschiede in verschiedenen Breitengraden. „Wo Jupiter gleichförmig entlang seiner Äquatorialregionen leuchtet, besitzt Saturn dunkle Bänder, wo das Wasser hinabregnet und die Ionosphäre verdunkelt“, sagte Tom Stallard von der University of Leicester und ein Co-Autor der Studie. „Wir versuchen derzeit auch, diese Merkmale mit einem Instrument an Bord der NASA-Raumsonde Cassini zu erforschen. Falls wir Erfolg haben, könnte Cassini uns erlauben genauer zu beobachten, auf welche Weise Wasser die ionisierten Teilchen reduziert – beispielsweise jegliche Höhenveränderungen oder Effekte die mit Beginn des Tages auftreten.“
Die Beobachtungszeit am Keck Observatorium wurde von der NASA finanziert, wobei die Cassini-Mission zum Saturn einen Unterstützungsbrief beisteuerte. Die Cassini-Huygens-Mission ist ein Gemeinschaftsprojekt der NASA, der European Space Agency (ESA) und der Italian Space Agency. Die Mission wird vom Jet Propulsion Laboratory für das Science Mission Directorate in Washington geleitet. Das JPL ist eine Abteilung des California Institute of Technology in Pasadena (Kalifornien).
Quelle: http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2013-130
(THK)
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