Wissenschaftler lösen Rätsel um planetare Ringe

Künstlerische Darstellung von Teilchen in einem Ringsystem. (NASA)
Künstlerische Darstellung von Teilchen in einem Ringsystem. (NASA)

Im Rahmen einer bahnbrechenden Studie hat ein internationales Forschungsteam, darunter Professor Nikolai Brilliantov von der University of Leicester, ein altes wissenschaftliches Rätsel gelöst. Die Forscher entdeckten, dass planetare Ringe – so wie die des Planeten Saturn – alle eine ähnliche Teilchenverteilung aufweisen.

Die Studie wurde im akademischen Journal Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht. Sie lässt außerdem darauf schließen, dass sich die Saturnringe im Grunde genommen in einem Dauerzustand befinden, der nicht von ihrer Vergangenheit abhängt.

Professor Brilliantov vom Department of Mathmatics an der University of Leicester erklärte: “Die Ringe des Saturn sind relativ gut untersucht, und es ist bekannt, dass sie aus Eisteilchen bestehen, deren Größen im Bereich von Zentimetern bis etwa zehn Metern liegen. Mit hoher Wahrscheinlichkeit sind diese Teilchen Überreste einiger katastrophaler Ereignisse in der frühen Vergangenheit, und es ist nicht überraschend, dass dort Trümmer aller Größen existieren – von sehr kleinen bis hin zu sehr großen.”

Überraschend ist aber, dass die relative Häufigkeit der Teilchen verschiedener Größen mit hoher Genauigkeit einem schönen mathematischen Gesetz folgt, dem Kehrwert der dritten Potenz. Das bedeutet, die Häufigkeit von zwei Meter großen Trümmerteilen ist achtmal kleiner als die Häufigkeit von einen Meter großen Trümmerteilen; die Häufigkeit von drei Meter großen Trümmern ist 27 Mal kleiner und so weiter. Das gilt für Trümmer bis zur Größe von etwa zehn Metern, dann folgt ein plötzlicher Abfall bei der Teilchenhäufigkeit. Der Grund für diesen drastischen Abfall und die Natur der erstaunlichen Gesetzmäßigkeit blieben bis jetzt ein Rätsel.

“Wir haben das Rätsel der Verteilung der Teilchengröße letztendlich gelöst. Unsere Studie zeigt insbesondere, dass die beobachtete Verteilung nicht nur für die Saturnringe gilt, sondern universellen Charakter hat. Mit anderen Worten, alle planetaren Ringe aus Teilchen haben eine ähnliche Natur”, ergänzte Brilliantov.

Die meisten Planeten im Sonnensystem besitzen kleine Himmelskörper – Monde – die sie umkreisen. Manche von ihnen, darunter Saturn, Jupiter, Uranus und Neptun, besitzen zusätzlich auch planetare Ringe – eine Ansammlung noch kleinerer Teilchen verschiedener Größen, die ebenfalls den jeweiligen Planeten umkreisen. Es ist wahrscheinlich, dass planetare Ringe auch außerhalb des Sonnensystems existieren. Große Asteroiden wie Chariklo und Chiron haben Durchmesser von nur wenigen hundert Kilometern und sind auch von Ringen umgeben.

“Das allgemeinere mathematische Modell in der Studie mit dem Schwerpunkt auf den Saturnringen könnte erfolgreich auf andere Systeme angewandt werden, wo sich Teilchen miteinander vereinen, mit geringen Geschwindigkeiten kollidieren und in kleinere Teile zerbrechen, die mit hohen Aufschlaggeschwindigkeiten aufeinander prallen. Solche Systeme existieren in der Natur und Industrie und werden eine schöne Gesetzmäßigkeit des Kehrwerts der dritten Potenz sowie einen Abfall der Häufigkeit großer Teilchengrößen in der Größenverteilung zeigen”, ergänzte Brilliantov.

Abhandlung: “Size distribution of particles in Saturns rings from aggregation and fragmentation” veröffentlicht in PNAS.

Quelle: http://www2.le.ac.uk/offices/press/press-releases/2015/august/scientists-solve-planetary-ring-riddle

(THK)

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