Wellen in den Ringen verraten Aufbau des Planetenkerns
Der innere Aufbau eines Himmelskörpers kann Astronomen Hinweise auf ihre Entstehungsgeschichte geben. Auf der Erde, dem Mond und inzwischen auch auf dem Mars liefern seismologische Untersuchung – also die Analyse der Ausbreitung von Erdbebenwellen – den Forschern sehr genaue Informationen über Größe und Zusammensetzung von Kern, Mantel und Kruste. Wie ein Forscherduo jetzt zeigt, lässt sich auf ähnliche Weise auch ein Blick in das Innere des Riesenplaneten Saturn werfen: Wellen im Ringsystem des Planeten zeigen, dass der Kern wesentlich größer und diffuser ist als bislang angenommen, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature Astronomy“.
„Die besten Hinweise auf die interne Struktur der Riesenplaneten haben uns bislang Messungen ihres Gravitationsfelds geliefert“, erläutern Christopher Mankovich und Jim Fuller vom California Institute of Technology in Pasadena. Dazu verglichen Wissenschaftler die Flugbahn von Raumsonden in der Umgebung der Planeten mit Vorhersagen von Modellen des Aufbaus des Planeten. „Diese Daten sind jedoch zwangsläufig besonders empfindlich bezüglich der äußeren Schichten eines Planeten, während Messungen der Masse und Kompaktheit des Kerns so kaum möglich sind.“
Dank seines ausgedehnten Ringsystems bietet Saturn den Forschern jedoch eine weitere Möglichkeit. Messungen der US-amerikanischen Raumsonde Cassini, die von 2004 bis 2017 den Saturn umkreist hat, haben gezeigt, dass sich in den Ringen Wellen ausbreiten, die ihre Ursache in Schwankungen des Gravitationsfelds des Riesenplaneten haben. Mankovich und Fuller haben die Daten von Cassini jetzt erneut ausgewertet, mit dem Gravitationsfeld von Saturn verknüpft und analysiert, welcher innere Aufbau mit den Beobachtungen kompatibel ist.
Ihr Ergebnis ist überraschend: Demnach erstreckt sich der Kern über bis zu 60 Prozent des Planetenradius – damit ist er erheblich größer als bislang angenommen. Hatten die Astronomen bisher vermutet, der Kern bestehe aus schweren Elementen und sei von einer klar abgegrenzten Hülle aus Wasserstoff und Helium umgeben, so müssen sie auch diese Vorstellung revidieren: Die Oszillationen der Saturnringe lassen sich nur erklären, wenn der Kern aus einem Gemisch von schweren Elementen mit Wasserstoff und Helium besteht, dass sich graduell von innen nach außen ändert. Der Übergang vom Kern zur Hülle findet also nicht an einer scharf definierten Grenze statt, sondern verläuft diffus. Dieser innere Aufbau sei eine Herausforderung für die derzeitigen Modelle der Planetenentstehung, so Mankovich und Fuller, könne aber wertvolle Informationen darüber liefern, wie sich im jungen Sonnensystem der Kern von Saturn aus Gas, Staub und Gesteinsbrocken gebildet hat.
Bildquelle: Nasa
