Die Messung der Transparenz der Saturnringe mittels Sonnenfinsternissen

Künstlerische Darstellung der Cassini-Raumsonde vor Saturn. (Credits: NASA / JPL-Caltech)
Künstlerische Darstellung der Cassini-Raumsonde vor Saturn. (Credits: NASA / JPL-Caltech)

Ein Doktorand der Lancaster University hat die optische Tiefe der Saturnringe gemessen und verwendete dafür eine neue Methode basierend darauf, wie viel Sonnenlicht die Cassini-Raumsonde erreichte, während sie im Schatten der Ringe flog. Die optische Tiefe hängt mit der Transparenz eines Objekts zusammen und ist ein Maß dafür, wie weit sich Licht durch dieses Objekt bewegen kann, bevor es absorbiert oder gestreut wird.

Die Studie unter Leitung der Lancaster University in Zusammenarbeit mit dem Swedish Institute of Space Physics wird in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht. Die Cassini-Raumsonde wurde 1997 gestartet und erreichte den Saturn im Jahr 2004. Sie führte die bislang umfangreichste Untersuchung des Planeten und seiner Monde durch. Die Mission endete 2017, als Cassini absichtlich in die Saturnatmosphäre gesteuert wurde, nachdem sie 22 Mal zwischen dem Planeten und seinen Ringen hindurchflog.

George Xystouris von der Lancaster University und sein Doktorvater Dr. Chris Arridge analysierten historische Daten der Langmuir Probe an Bord Cassinis. Das Instrument maß kühles Plasma, also energiearme Ionen und Elektronen, in der Magnetosphäre Saturns. Für ihre Studie konzentrierten sie sich auf Sonnenfinsternisse, die die Sonde erfuhr: Perioden, in denen Cassini im Schatten Saturns oder dessen Hauptringe flog. Während jeder Finsternis zeichnete die Langmuir Probe dramatische Veränderungen in den Daten auf.

Da die Langmuir Probe metallisch ist, kann das Sonnenlicht dem Instrument genug Energie liefern, um Elektronen freizusetzen. Dies ist der photoelektrische Effekt und die freigesetzten Elektronen sind sogenannte Photoelektronen. Sie können jedoch Probleme hervorrufen, weil sie dieselben Eigenschaften wie die Elektronen in dem kühlen Plasma um Saturn besitzen und es keine einfache Möglichkeit gibt, um sie zu unterscheiden”, sagte Xystouris.

Als wir uns auf die Datenveränderungen konzentrierten, erkannten wir, dass sie damit in Zusammenhang stehen, wie viel Sonnenlicht jeder Ring passieren lassen würde. Letztendlich konnten wir aus den Eigenschaften des Materials, aus dem die Langmuir Probe bestand, und aus der Helligkeit der Sonne die Veränderung der Photoelektronenanzahl für jeden Ring berechnen und daraus die optische Tiefe der Saturnringe ableiten.

“Das war ein neues und spannendes Ergebnis. Wir nutzten ein Instrument, das hauptsächlich für Plasmamessungen verwendet wurde, um eine planetare Eigenschaft zu messen. Das ist eine einzigartige Verwendung der Langmuir Probe und unsere Ergebnisse stimmten mit Studien überein, die hochauflösende Bilder zur Messung der Transparenz der Ringe heranzogen”, sagte Xystouris.

Die Hauptringe erstrecken sich bis in eine Entfernung von 140.000 Kilometern zu dem Planeten, aber haben nur eine maximale Dicke von einem Kilometer. Bis zum Jahr 2025 werden sie von der Erde aus betrachtet verschwinden: In dem Jahr wird man von der Erde aus direkt auf ihre Seite blicken, so dass sie fast unmöglich zu beobachten sind. Während der nächsten Phase von Saturns 29 Jahre langen Umkreisung der Sonne werden sie sich wieder gen Erde neigen, so dass sie bis 2032 wieder heller und besser sichtbar werden.

“Es ist immer schön, wenn ein Doktorand daran beteiligt ist, ein Weltrauminstrument auf eine ungewöhnliche und erfinderische Weise zu nutzen. Innovationen dieser Art sind genau das, was in der astronomischen Forschung gebraucht wird – und ein Ansatz, den viele frühere Studenten mit allerlei Karrieren anwenden, um die Probleme der Welt anzugehen”, sagte Professor Mike Edmunds, der Präsident der Royal Astronomical Society.

Quelle

(THK)

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