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Das Bild unten stammt aus der Radarabbildung der Saturnringe Nicholson, P. D. et al., Icarus 177 (2005) 32-62, doi: 10.1016/j.icarus.2005.03.023 und wird in dieser Antwort auf Wie hat Arecibo Methanseen auf Titan entdeckt und die Ringe des Saturn abgebildet?
Ich glaube, ich kann sehen, dass Saturns Radar-"Schatten" die entferntesten Teile des Rings in der Nähe des oberen Randes der Bilder blockiert, aber ich kann keine Reflexionen von Saturn selbst sehen.
Das Papier befasst sich in Abschnitt 3.2 mit einem möglichen Signal des Planeten selbst. Ringbilder:
Es ist zu erwarten, dass Echos bei niedrigen Dopplerverschiebungen entweder in der Nähe des Subradarpunktes auf dem Planeten selbst auftreten oder aus Ringmaterial weit außerhalb der Hauptringe. Unsere Bilder zeigen keine Hinweise auf ein Echo vom Subradarpunkt auf Saturn, das in der Nähe von ν = 0 und τ = −2RS/c = −402 ms erscheinen würde.
Die gleiche Antwort beschreibt auch Radarmessungen von Saturns Mond Titan.
Es könnte möglich sein, mit der Hand zu winken, dass Saturn selbst unsichtbar ist, weil es "nur Gas" ist, aber gemäß der Saturn-Atmosphäre der ESA
Das oberste sichtbare Wolkendeck aus Ammoniakwolken befindet sich etwa 100 Kilometer unter der Spitze der Troposphäre (Tropopause), wo die Temperatur etwa -250 °C beträgt.
Das zweite Wolkendeck aus Ammoniumhydrosulfid-Wolken befindet sich etwa 170 Kilometer unterhalb der Tropopause, wo die Temperatur bei -70 °C liegt.
Das unterste Wolkendeck aus Wasserwolken befindet sich etwa 130 Kilometer unterhalb der Tropopause, wo die Temperatur etwa 0°C beträgt (Gefrierpunkt des Wassers).
Ich denke also, dass die verschiedenen Wolken mit unterschiedlichen Farben und Zusammensetzungen Tröpfchen oder Partikel enthalten und nicht nur Regionen mit unterschiedlicher Gaszusammensetzung sind.
Warum scheint es dann bei weitem nicht so viel Radarecho vom Planeten zu geben wie von den Ringen?
Das Hauptproblem ist, dass es in der Atmosphäre des Saturn relativ wenig Material gibt, das effizient streuen Radarwellen, so dass das Radar im Grunde nur absorbiert wird.
Der entscheidende Punkt ist, dass es viel Es ist schwieriger, von den sehr kleinen Objekten (Aerosoltröpfchen oder winzigen Eispartikeln), die Wolken in der oberen Atmosphäre des Saturn bilden würden, eine Radarrückmeldung zu erhalten, als die metergroßen Eisbrocken in den Ringen zu erkennen.
Die Abbildung unten (von hier) zeigt $sigma / (pi r^{2})$, das ist der "effektive" Streuquerschnitt relativ zum geometrischen Querschnitt eines Streuobjekts, aufgetragen gegen die Größe des Objekts $r$ relativ zur Wellenlänge des Lichts $lambda$ (z. B. die beim Radar verwendeten Funkwellen). Wenn die Größe des Objekts ungefähr die gleiche Größe wie die Wellenlänge des Lichts hat oder größer ist, streut es diese effizient: Sein effektiver Querschnitt ist ungefähr der gleiche wie sein geometrischer Querschnitt (ohne Berücksichtigung anderer Effekte wie chemische Zusammensetzung, Oberflächenrauheit usw.) .). Manchmal kann es sogar um ein Vielfaches größer sein!
Aber wenn die Objekte kleiner als die Wellenlänge werden, gehen Sie in das Rayleigh-Streuungsregime über, bei dem die Streuung von der Größe des Objekts abhängt zur sechsten Potenz.
Stellen Sie sich eine Kugel mit einem Radius von 10 cm vor, was ungefähr den typischen Radarwellenlängen entspricht (also $2 pi r / lambda sim 1$). Es hat einen effektiven Querschnitt ähnlich seinem geometrischen Querschnitt: etwa 300 cm:$^2$. Stellen Sie sich nun vor, dieses Objekt in Kugeln zu unterteilen, die ein Zehntel des Radius sind. Dies würde ungefähr 1000 Objekte mit einem Radius von 1 cm bedeuten (so dass das Gesamtvolumen gleich ist), mit einem geometrischen Gesamtquerschnitt von ungefähr 3000 cm$^2$ (realistisch etwas weniger, wegen der Schatten). Aber die Handlung zeigt, dass die Wirksam Querschnitt um den Faktor 1000 kleiner, so dass der gesamte Radarquerschnitt aller kleinen Objekte – und damit die rückgestreute Energie der Radarwellen – das Zehnfache beträgt kleiner als für das einzelne große Objekt des gleichen Gesamtvolumens. Und das nur für eine Verkleinerung von zehn; in Wirklichkeit sprechen wir davon, von zentimeter- bis metergroßen Objekten (dem Ring) zu sub-mm- und mikrometergroßen Wolkenteilchen in der Saturnatmosphäre zu wechseln.
Darum kann dir das Wetterradar auf der Erde zeigen Niederschlag (Regen, Schnee, Hagel) -- weil die Regentropfen/etc. sind groß (einige mm groß) und können Radarwellen mit einiger Effizienz streuen - aber normalerweise nicht anzeigen Wolken -- weil die Wassertröpfchen, aus denen Wolken bestehen, so klein sind. (Und offensichtlich wäre Radar für das Militär nicht annähernd so nützlich, wenn es leicht von Wolken zerstreut würde.)
Also – ohne schwimmende zentimetergroße oder große Eisbrocken in der oberen Atmosphäre von Saturn – werden Sie von Saturn selbst nicht viel Radarrückkehr erhalten. Die ursprüngliche Entdeckung von Radarrückmeldungen von den Ringen überraschte die Leute, da man davon ausging, dass die Ringe aus sehr klein (z.B., Mikron-große) Eisstücke, die auch Radarwellen nicht effizient reflektieren würden.
Die Bilder, die Sie präsentieren, sind keine wörtlichen Bilder von Saturns Ringen. Es handelt sich um "Doppler-Delay"-Diagramme: Die vertikale Achse repräsentiert die Entfernung von der Erde, während die horizontale Achse die Geschwindigkeit in Richtung oder von der Erde weg repräsentiert. Da sich die Ringteilchen auf Kreisbahnen um den Saturn bewegen, entsteht ein elliptisches Diagramm.
Ein weiterer Beweis dafür, dass dies kein wörtliches Bild ist, ist die Tatsache, dass die Ringe nicht konzentrisch sind. Der B-Ring ist näher am Saturn als der A-Ring (weniger Variation auf der vertikalen Skala), aber da er näher ist, bewegen sich die Partikel schneller (mehr Variation auf der horizontalen Achse).
Das Fehlen von Saturn, wie in dem von Ihnen erwähnten Papier kurz erwähnt, liegt daran, dass es einfach nicht sehr hell ist. Im Vergleich zu den großen Bereichen der Ringe bewegt sich nur ein kleiner Teil des Saturn mit einer bestimmten Kombination von Geschwindigkeit und Entfernung, und atmosphärische Gase sind nur schwache Radarreflektoren, wo Gestein ein starker Reflektor ist. Nach den Abbildungen 3 und 4 des Papiers wäre Saturn, wenn er sichtbar wäre, ein Bogen in der Mitte des Diagramms, der sich vertikal von 0 bis etwa -200 und horizontal von -141 bis +141 erstreckt.
Wissenschaftler wissen endlich, wie spät es auf Saturn ist
Wie lang ist ein Tag auf Saturn? Mit Daten der NASA-Raumsonde Cassini haben Wissenschaftler die bisher beste Antwort auf eine zentrale Frage zum Planeten.
Aktualisiert am 7. Februar: Der Text im fünften Absatz wurde überarbeitet, um klarzustellen, dass die neue Erkenntnis auf der vorherigen Entdeckung aufbaut, dass die Ringe des Saturn auf Schwingungen innerhalb des Planeten reagieren.
Mit neuen Daten der NASA-Raumsonde Cassini glauben Forscher, ein langjähriges Rätsel der Sonnensystemforschung gelöst zu haben: die Länge eines Tages auf dem Saturn. Es sind 10 Stunden, 33 Minuten und 38 Sekunden.
Die Figur ist Planetenwissenschaftlern jahrzehntelang entgangen, weil der Gasriese keine feste Oberfläche mit Orientierungspunkten hat, die er bei seiner Rotation verfolgen könnte, und er hat ein ungewöhnliches Magnetfeld, das die Rotationsgeschwindigkeit des Planeten verdeckt.
Es stellte sich heraus, dass die Antwort in den Ringen verborgen war.
Während Cassinis Umlaufbahnen um den Saturn untersuchten Instrumente die eisigen, felsigen Ringe in noch nie dagewesener Detailgenauigkeit. Christopher Mankovich, ein Doktorand in Astronomie und Astrophysik an der UC Santa Cruz, nutzte die Daten, um Wellenmuster innerhalb der Ringe zu untersuchen.
Frühere Erkenntnisse hatten ergeben, dass die Ringe auf Schwingungen innerhalb des Planeten selbst reagieren, ähnlich wie die Seismometer, mit denen die durch Erdbeben verursachten Bewegungen gemessen werden. Das Innere des Saturn schwingt mit Frequenzen, die Schwankungen in seinem Gravitationsfeld verursachen. Die Ringe wiederum erkennen diese Bewegungen im Feld.
"Teilchen in den Ringen können nicht anders, als diese Schwingungen im Schwerefeld zu spüren", sagte Mankovich. "An bestimmten Stellen in den Ringen fangen diese Schwingungen Ringteilchen genau zum richtigen Zeitpunkt in ihren Umlaufbahnen ein, um allmählich Energie aufzubauen, und diese Energie wird als beobachtbare Welle fortgetragen."
Mankovichs Forschung, die am 17. Januar im Astrophysical Journal veröffentlicht wurde, beschreibt, wie er Modelle der inneren Struktur des Saturn entwickelte, die den Wellen der Ringe entsprechen. Dadurch konnte er die Bewegungen des Inneren des Planeten verfolgen – und damit seine Rotation.
Die Rotationsrate von 10:33:38, die die Analyse ergab, ist mehrere Minuten schneller als frühere Schätzungen aus dem Jahr 1981, die auf Funksignalen der NASA-Raumsonde Voyager basierten.
Die Analyse der Voyager-Daten, die den Tag auf 10:39:23 schätzten, basierte auf Magnetfeldinformationen. Cassini verwendete auch Magnetfelddaten, aber frühere Schätzungen reichten von 10:36 Uhr bis 10:48 Uhr.
Wissenschaftler verlassen sich oft auf Magnetfelder, um die Rotationsraten von Planeten zu messen. Die magnetische Achse von Jupiter ist wie die der Erde nicht mit ihrer Rotationsachse ausgerichtet. Es schwingt also herum, wenn sich der Planet dreht, was es Wissenschaftlern ermöglicht, ein periodisches Signal in Radiowellen zu messen, um die Rotationsrate zu erhalten. Saturn ist jedoch anders. Sein einzigartiges Magnetfeld ist nahezu perfekt auf seine Rotationsachse ausgerichtet.
Aus diesem Grund war das Finden der Ringe der Schlüssel zur Bestimmung der Länge des Tages. Saturn-Wissenschaftler sind begeistert, die bisher beste Antwort auf eine so zentrale Frage über den Planeten zu haben.
"Die Forscher nutzten Wellen in den Ringen, um in das Innere des Saturn zu blicken, und haben diese lang gesuchte, grundlegende Eigenschaft des Planeten herausgebracht. Und das ist ein wirklich solides Ergebnis", sagte Linda Spilker, Wissenschaftlerin des Cassini-Projekts. "Die Ringe enthielten die Antwort."
Die Idee, dass die Ringe des Saturns verwendet werden könnten, um die Seismologie des Planeten zu studieren, wurde erstmals 1982 vorgeschlagen, lange bevor die notwendigen Beobachtungen möglich waren.
Co-Autor Mark Marley, jetzt am Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley, konkretisierte anschließend die Idee für seinen Ph.D. Dissertation im Jahr 1990. Er zeigte nicht nur, wie die Berechnungen durchgeführt werden konnten, sondern sagte auch voraus, wo Signaturen in den Saturnringen sein würden. Er stellte auch fest, dass die Cassini-Mission, die sich in der Planungsphase befindet, in der Lage sein würde, die zur Prüfung der Idee erforderlichen Beobachtungen zu machen.
„Zwei Jahrzehnte später, in den letzten Jahren der Cassini-Mission, analysierten Wissenschaftler Missionsdaten und fanden Ringmerkmale an den Orten von Marks Vorhersagen“, sagte Mitautor Jonathan Fortney, Professor für Astronomie und Astrophysik an der UC Santa Cruz und Mitglied von das Cassini-Team. "Diese aktuelle Arbeit zielt darauf ab, das Beste aus diesen Beobachtungen zu machen."
Cassinis Mission endete im September 2017, als die Raumsonde mit geringem Treibstoffverbrauch vom Missionsteam absichtlich in die Saturnatmosphäre getaucht wurde, um einen Absturz des Raumfahrzeugs auf die Monde des Planeten zu vermeiden.
NASA-Weltraumteleskop entdeckt größten Ring um Saturn
Das Spitzer-Weltraumteleskop der NASA hat einen riesigen Ring um den Saturn entdeckt – den mit Abstand größten der vielen Ringe des Riesenplaneten.
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--> PASADENA, Kalifornien -- Das Spitzer-Weltraumteleskop der NASA hat einen riesigen Ring um den Saturn entdeckt -- den bei weitem größten der vielen Ringe des Riesenplaneten.
Der neue Gürtel liegt am äußersten Rand des Saturn-Systems mit einer um 27 Grad von der Hauptringebene geneigten Umlaufbahn. Der Großteil seines Materials beginnt etwa sechs Millionen Kilometer vom Planeten entfernt und erstreckt sich etwa weitere 12 Millionen Kilometer (7,4 Millionen Meilen) nach außen. Einer der am weitesten entfernten Monde des Saturn, Phoebe, kreist innerhalb des neu entdeckten Rings und ist wahrscheinlich die Quelle seines Materials.
Der neueste Halo des Saturn ist ebenfalls dick – seine vertikale Höhe beträgt etwa das 20-fache des Durchmessers des Planeten. Es würde ungefähr eine Milliarde Erden brauchen, die zusammengestapelt sind, um den Ring zu füllen.
"Dies ist ein überdimensionaler Ring", sagte Anne Verbiscer, Astronomin an der University of Virginia in Charlottesville. "Wenn Sie den Ring sehen könnten, würde er die Breite des Himmels von zwei Vollmonden überspannen, einer zu beiden Seiten des Saturn." Verbiscer Douglas Hamilton von der University of Maryland, College Park, und Michael Skrutskie von der University of Virginia, Charlottesville, sind Autoren eines Artikels über die Entdeckung, der morgen von der Zeitschrift Nature online veröffentlicht wird.
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--> Der Ring selbst ist dünn und besteht aus einer dünnen Anordnung von Eis- und Staubpartikeln. Spitzers Infrarotaugen konnten das Glühen des kühlen Staubs der Band erkennen. Das 2003 gestartete Teleskop befindet sich derzeit in einer Umlaufbahn um die Sonne 107 Millionen Kilometer von der Erde entfernt.
Die Entdeckung könnte helfen, ein uraltes Rätsel um einen der Saturnmonde zu lösen. Iapetus hat ein seltsames Aussehen – eine Seite ist hell und die andere ist wirklich dunkel, in einem Muster, das dem Yin-Yang-Symbol ähnelt. Der Astronom Giovanni Cassini entdeckte den Mond zum ersten Mal im Jahr 1671 und fand Jahre später heraus, dass er eine dunkle Seite hat, die ihm zu Ehren jetzt Cassini Regio genannt wird. Ein atemberaubendes Bild von Iapetus, aufgenommen von der NASA-Raumsonde Cassini, ist online unter http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA08384.
Saturns neueste Ergänzung könnte erklären, wie Cassini Regio entstanden ist. Der Ring kreist in die gleiche Richtung wie Phoebe, während Iapetus, die anderen Ringe und die meisten Saturnmonde alle in die entgegengesetzte Richtung gehen. Den Wissenschaftlern zufolge bewegt sich ein Teil des dunklen und staubigen Materials aus dem äußeren Ring nach innen in Richtung Iapetus und knallt den eisigen Mond wie Insekten auf eine Windschutzscheibe.
"Astronomen haben schon lange vermutet, dass es einen Zusammenhang zwischen Saturns äußerem Mond Phoebe und der dunklen Materie auf Iapetus gibt", sagte Hamilton. "Dieser neue Ring liefert einen überzeugenden Beweis für diese Beziehung."
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--> Verbiscer und ihre Kollegen verwendeten Spitzers Infrarotkamera mit längerer Wellenlänge, das sogenannte Multiband Imaging Photometer, um durch einen Himmelsfleck weit von Saturn und etwas innerhalb von Phoebes Umlaufbahn zu scannen. Die Astronomen hatten die Vermutung, dass Phoebe in einem Staubgürtel kreisen könnte, der von ihren kleinen Kollisionen mit Kometen aufgewirbelt wurde - ein ähnlicher Prozess wie bei Sternen mit staubigen Scheiben aus planetarischen Trümmern. Als die Wissenschaftler einen ersten Blick auf ihre Spitzer-Daten werfen, sprang tatsächlich ein Staubband heraus.
Der Ring wäre mit sichtbaren Lichtteleskopen schwer zu sehen. Seine Partikel sind diffus und können sich sogar über die Masse des Ringmaterials hinaus bis zum Saturn und bis zum interplanetaren Raum erstrecken. Die relativ kleine Anzahl von Partikeln im Ring würde nicht viel sichtbares Licht reflektieren, insbesondere draußen am Saturn, wo das Sonnenlicht schwach ist.
„Die Partikel sind so weit voneinander entfernt, dass man es nicht einmal merken würde, wenn man im Ring stünde“, sagt Verbiscer.
Spitzer konnte das Glühen des kühlen Staubs spüren, der nur etwa 80 Kelvin (minus 316 Grad Fahrenheit) beträgt. Kühle Objekte erstrahlen zum Beispiel mit Infrarot oder Wärmestrahlung, selbst eine Tasse Eis erstrahlt im Infrarotlicht. "Indem er sich auf das Glühen des kühlen Staubs des Rings konzentrierte, machte es Spitzer leicht, ihn zu finden", sagte Verbiscer.
Diese Beobachtungen wurden gemacht, bevor Spitzer im Mai das Kühlmittel ausging und seine "warme" Mission begann.
Das Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, leitet die Spitzer-Weltraumteleskop-Mission für das Science Mission Directorate der NASA in Washington. Wissenschaftliche Operationen werden im Spitzer Science Center am California Institute of Technology, ebenfalls in Pasadena, durchgeführt. Caltech verwaltet JPL für die NASA. Das Multiband-Imaging-Photometer für Spitzer wurde von der Ball Aerospace Corporation, Boulder, Colorado, und der University of Arizona, Tucson, gebaut. Ihr Hauptforscher ist George Rieke von der University of Arizona.
Blauer Himmel lächelt auf … Saturn?
Das obige Bild von Saturn ist, wie so viele von der Raumsonde Cassini, atemberaubend schön. Es zeigt den Mond Mimas – der jedes Jahr am 4. Mai viel Presse bekommt – vor dem Hintergrund der Saturn-Wolkenkronen, die Ringe in Braun- und Grautönen am unteren Bildrand. Die Scheibe des Planeten ist von Ringschatten gestreift, die schwarzen Linien des blockierten Sonnenlichts sind mit blauen Streifen des beleuchteten Planeten verflochten.
Als ich dieses Bild (das 2004 aufgenommen wurde) sah, nahm ich an, dass es sich um Infrarot handelt, die abgebildeten Farben sind unsichtbaren Wellenlängen zugeordnet, wodurch der Planet blau aussieht.
Aber archivieren Sie dies unter Sachen, die ich diese Woche gelernt habe: Dies ist ein natürliches Farbbild, das das nachahmen soll, was wir mit unseren Augen sehen. Das heißt Saturn wirklich ist Blau!
Nun, zumindest ein Teil davon. Ich bin es gewohnt, Saturn gelb zu sehen, sowohl durch mein eigenes „Spektiv“ als auch in Bildern. Und tatsächlich, die Südhalbkugel ist gelb, aber in letzter Zeit erscheint die Nordhalbkugel bläulich. Warum?
Die Atmosphäre von Saturn besteht hauptsächlich aus Wasserstoff, aber es gibt andere Moleküle an den Wolkenspitzen. Diese Verunreinigungen lassen Saturn, wenn man so will, gelblich aussehen. Aber aus irgendeinem Grund haben sich diese Wolken im Norden entweder aufgelöst oder sind gesunken und hinterlassen klare Wasserstoffluft.
Wasserstoffmoleküle streuen Licht, es ist ein bisschen so, als ob das Werfen von Baseballbällen auf einen großen Felsen die Bälle in alle Richtungen zurückprallen lässt. Die Streuung hängt jedoch von der Wellenlänge (der Farbe) des Lichts ab. Blaues Licht (mit einer kurzen Wellenlänge) wird viel stärker gestreut als rotes (mit einer etwa doppelt so langen Wellenlänge).
Wir sehen das auf der Erde! Weißes Sonnenlicht (eine Kombination aus roten, orangen, gelben, grünen, blauen und violetten Photonen) geht durch unsere Luft und Stickstoffmoleküle streuen sie. Blaues Licht trifft auf ein Stickstoffmolekül und rast in eine neue Richtung, während rotes Licht dazu neigt, direkt durchzudringen. Der Effekt ist wirklich so stark, dass sogar grünes, gelbes und oranges Licht so gut wie unbestritten bestehen bleibt. Dieses blaue Licht geht in eine zufällige Richtung aus, einige gehen nach oben, weg von der Erde, und einige gehen auf den Boden. Aber für jemanden, der auf dem Boden steht, scheint es von jemandem zu kommen andere Richtung als von der Sonne. Deshalb sieht der Himmel blau aus!
Das gleiche gilt für Saturn. Einige der ankommenden blauen Photonen werden seitlich oder nach unten gestreut, aber einige gehen hinaus in den Weltraum. Aus Cassinis Sicht, weit über dem Planeten, sieht die Atmosphäre blau aus!
Warum sieht die Südhalbkugel nicht auch blau aus? Nun, der Planet befand sich lange Zeit im südlichen Sommer, aber jetzt haben seine Umlaufbahn und seine Neigung den Sommer auf die nördliche Hemisphäre gebracht. Vielleicht ist dies ein Phänomen, das mit diesem Jahreszeitenwechsel zusammenhängt (wie der lächerlich gigantische Sturm, der 2010 auf der Nordhalbkugel des Saturn blühte).
Foto von NASA/JPL-Caltech/SSI
So oder so, Saturn reiht sich jetzt in die Liste der Planeten ein, die einen fröhlichen blauen Farbton aufweisen: Erde, Uranus und Neptun. Im Fall von Uranus enthält seine Atmosphäre Methan, das rotes Licht sehr gut absorbiert. Das Sonnenlicht, das in seine Luft eindringt, absorbiert das gesamte Rot, sodass das, was übrig bleibt, um zu uns zurückreflektiert wird, blaugrün aussieht (aus dem gleichen Grund erscheint Wasser auf der Erde blau).
Neptun ist jedoch ein tiefes Blau, das selbst durch ein kleines Teleskop deutlich zu erkennen ist. Es hat auch Methan in seiner Luft, muss aber auch ein noch nicht identifiziertes Molekül in seiner Atmosphäre haben, das es von Uranus' Blaugrün in ein tiefes, azurblaues Blau verwandelt. Die beiden Planeten haben auf andere Weise sehr unterschiedliche Atmosphären, Neptun ist stürmisch, während Uranus ruhig ist (oder seine Stürme diskret unter seinen Wolkendecks versteckt hält). Interessanterweise haben Neptun und Uranus beide ungefähr die gleiche Temperatur an den Spitzen ihrer Wolken, obwohl Neptun viel weiter von der Sonne entfernt ist. Er muss mehr innere Wärme erzeugen als sein Schwesterplanet.
In unserem Sonnensystem ist es also leicht, blau zu sein. Es gibt viele Möglichkeiten, dies zu tun, und diese Methoden werden von den verschiedenen Welten in unterschiedlichem Maße ausgenutzt. Das freut mich nicht nur, weil Blau eine schöne Farbe ist. Ich mag es, weil es zeigt, dass die Natur viele Möglichkeiten hat, sich zu zeigen, und jede ist ein Schlüssel, ein Hinweis darauf, wie sie funktioniert. Wenn jeder Planet gleich wäre und wir sie alle verstehen würden, was wäre das für ein langweiliges Universum.
Ich mag, wie die Dinge jetzt sind: schön, bunt, mysteriös und vielfältig. Das ist ein viel interessanterer Ort zum Leben.
Die Ringe des Saturn leuchten in Hubbles neuestem Porträt
Saturn ist so schön, dass Astronomen nicht widerstehen können, das Hubble-Weltraumteleskop zu verwenden, um jährliche Schnappschüsse der beringten Welt zu machen, wenn sie der Erde am nächsten ist.
Diese Bilder sind jedoch mehr als nur Beauty-Shots. Sie offenbaren einen Planeten mit einer turbulenten, dynamischen Atmosphäre. Das diesjährige Hubble-Angebot zeigt beispielsweise, dass ein großer Sturm, der auf dem Hubble-Bild 2018 in der Nordpolarregion zu sehen war, verschwunden ist. Kleinere Stürme tauchen auf wie Popcornkerne, die in einem Mikrowellenherd platzen, bevor sie genauso schnell verschwinden. Sogar die gebänderte Struktur des Planeten zeigt subtile Farbveränderungen.
Aber das neueste Bild zeigt viel, das sich nicht geändert hat. Das mysteriöse sechsseitige Muster, das "Sechseck" genannt wird, existiert noch immer am Nordpol. Verursacht durch einen Hochgeschwindigkeits-Jetstream wurde das Sechseck erstmals 1981 von der NASA-Raumsonde Voyager 1 entdeckt.
Die charakteristischen Ringe von Saturn sind immer noch so atemberaubend wie eh und je. Das Bild zeigt, dass das Ringsystem zur Erde geneigt ist, was dem Betrachter einen herrlichen Blick auf die helle, eisige Struktur ermöglicht. Hubble löst zahlreiche Ringellocken und die schwächeren inneren Ringe auf.
Dieses Bild zeigt eine beispiellose Klarheit, die zuvor nur in Schnappschüssen von NASA-Raumsonden zu sehen war, die den fernen Planeten besuchten. Astronomen werden ihre jährliche Überwachung des Planeten fortsetzen, um sich ändernde Wettermuster zu verfolgen und andere Veränderungen zu identifizieren. Dieses Bild ist das zweite in der jährlichen Serie und Teil des Projekts Outer Planets Atmospheres Legacy (OPAL). OPAL hilft Wissenschaftlern, die atmosphärische Dynamik und Entwicklung der Gasriesenplaneten unseres Sonnensystems zu verstehen.
Cassini von der NASA enthüllt neue Formen in Saturnringen
Bilder, die während Cassinis supernahen Umlaufbahnen im Jahr 2017 gesammelt wurden, geben Wissenschaftlern neue Einblicke in die komplexe Funktionsweise der Ringe.
Als Cassini der NASA in seinem letzten Jahr in die Nähe von Saturn tauchte, lieferte die Raumsonde komplizierte Details über die Funktionsweise der komplexen Ringe des Saturn, wie neue Analysen zeigen.
Obwohl die Mission 2017 endete, fließt die Wissenschaft weiterhin aus den gesammelten Daten. Ein neues Papier, das am 13. Juni in Science veröffentlicht wurde, beschreibt die Ergebnisse von vier Cassini-Instrumenten, die ihre engsten Beobachtungen der Hauptringe aller Zeiten machen.
Die Ergebnisse umfassen feine Details von Merkmalen, die von Massen geformt wurden, die in die Ringe eingebettet sind. Texturen und Muster, von klumpig bis strohartig, tauchen aus den Bildern auf und werfen Fragen nach den Interaktionen auf, die sie geformt haben. Neue Karten zeigen, wie sich Farben, Chemie und Temperatur über die Ringe hinweg ändern.
Neue Bilder der Saturnringe zeigen, wie sich Texturen selbst in unmittelbarer Nähe voneinander unterscheiden. Das rechte Bild wurde gefiltert, damit die neu sichtbaren strohartigen Texturen und Klumpen besser sichtbar sind. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Wie ein Planet, der sich in einer Scheibe aus protoplanetarem Material im Bau befindet, interagieren winzige Monde, die in die Ringe des Saturn eingebettet sind (in der Reihenfolge ihrer Entdeckung A bis G genannt), mit den sie umgebenden Teilchen. Auf diese Weise liefert das Papier einen weiteren Beweis dafür, dass die Ringe ein Fenster in die astrophysikalischen Scheibenprozesse sind, die unser Sonnensystem formen.
Die Beobachtungen vertiefen auch das Verständnis der Wissenschaftler für das komplexe Saturn-System. Wissenschaftler schlussfolgern, dass am äußeren Rand der Hauptringe eine Reihe ähnlicher stoßerzeugter Streifen im F-Ring die gleiche Länge und Ausrichtung haben, was zeigt, dass sie wahrscheinlich von einer Herde von Impaktoren verursacht wurden, die alle gleichzeitig auf den Ring trafen Zeit. Dies zeigt, dass der Ring durch Materialströme geformt wird, die den Saturn selbst umkreisen, und nicht beispielsweise durch Kometentrümmer (die sich um die Sonne bewegen), die zufällig in die Ringe prallen.
„Diese neuen Details, wie die Monde die Ringe auf verschiedene Weise formen, bieten ein Fenster zur Entstehung des Sonnensystems, wo sich auch Scheiben entwickeln, die sich unter dem Einfluss von darin eingebetteten Massen entwickeln“, sagte der Hauptautor und Cassini-Wissenschaftler Matt Tiscareno vom SETI Institut in Mountain View, Kalifornien.
Gleichzeitig sind neue Rätsel entstanden und alte Mysterien wurden durch neueste Forschungen vertieft. Die Nahaufnahmen des Rings brachten drei unterschiedliche Texturen in den Fokus – klumpig, glatt und streifig – und machten deutlich, dass diese Texturen in Bändern mit scharfen Grenzen vorkommen. Aber warum? An vielen Stellen sind die Gürtel nicht mit Ringmerkmalen verbunden, die Wissenschaftler bisher identifiziert haben.
"Dies sagt uns, wie die Ringe aussehen, ist nicht nur eine Funktion der Materialmenge", sagte Tiscareno. "Die Eigenschaften der Teilchen müssen etwas anderes sein, was vielleicht das beeinflusst, was passiert, wenn zwei Ringteilchen kollidieren und aneinander abprallen. Und wir wissen noch nicht, was es ist."
Die analysierten Daten wurden während der Ring Grazing Orbits (Dezember 2016 bis April 2017) und des Großen Finales (April bis September 2017) gesammelt, als Cassini knapp über den Wolkenspitzen des Saturn flog. Da der Raumsonde der Treibstoff ausging, tauchte das Missionsteam sie im September 2017 absichtlich in die Atmosphäre des Planeten.
Cassinis Visible and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) hat ein weiteres Rätsel aufgedeckt. Das Spektrometer, das die Ringe im sichtbaren und nahen Infrarotlicht abbildete, identifizierte ungewöhnlich schwache Wasser-Eis-Banden im äußersten Teil des A-Rings. Das war eine Überraschung, denn die Gegend ist bekanntlich stark reflektierend, was normalerweise ein Zeichen für weniger kontaminiertes Eis und damit stärkere Wassereisbänder ist.
Die neue Spektralkarte gibt auch Aufschluss über die Zusammensetzung der Ringe. Und während Wissenschaftler bereits wussten, dass Wassereis die Hauptkomponente ist, schloss die Spektralkarte nachweisbares Ammoniakeis und Methaneis als Inhaltsstoffe aus. Aber es sieht auch keine organischen Verbindungen - eine Überraschung, wenn man bedenkt, dass das organische Material, das Cassini entdeckt hat, aus dem D-Ring in die Atmosphäre des Saturn strömt.
„Wenn organische Stoffe in großen Mengen vorhanden wären – zumindest in den Hauptringen A, B und C – würden wir sie sehen“, sagte Phil Nicholson, Cassini VIMS-Wissenschaftler von der Cornell University in Ithaca, New York. "Ich bin noch nicht überzeugt, dass sie ein wesentlicher Bestandteil der Hauptringe sind."
Die Forschung signalisiert den Beginn der nächsten Ära der Cassini-Wissenschaft, sagte Jeff Cuzzi vom Ames Research Center der NASA, der seit den 1970er Jahren die Saturnringe untersucht und interdisziplinärer Wissenschaftler für Ringe auf der Cassini-Mission ist.
"Wir sehen so viel mehr und näher und wir bekommen neue und interessantere Rätsel", sagte Cuzzi. "Wir sind gerade in der nächsten Phase angekommen, in der neue, detaillierte Modelle der Ringentwicklung erstellt werden - einschließlich der neuen Offenbarung aus Cassini-Daten, dass die Ringe viel jünger sind als Saturn."
Die neuen Beobachtungen geben Wissenschaftlern einen noch intimeren Blick auf die Ringe als zuvor, und jede Untersuchung offenbart neue Komplexitäten, sagte Linda Spilker, Wissenschaftlerin des Cassini-Projekts vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien.
„Es ist, als würde man den Strom noch eine Stufe höher drehen, als wir in den Ringen sehen konnten. Jeder hat einfach einen klareren Blick darauf, was vor sich geht“, sagte Spilker. "Diese zusätzliche Auflösung hat viele Fragen beantwortet, aber es bleiben so viele verlockende."
Geheimnisvolle Monde
Ein anderer Mond, Enceladus, kann Wasser halten: und Wissenschaftler versuchen immer noch, mehr über seine Zusammensetzung herauszufinden. Die Cassini-Mission beobachtete riesige Wassereiswolken, die einige organische Moleküle enthielten, die vom Mond in der Nähe seines Südpols ausgestoßen wurden, und überall wurde Eis gesichtet. Aber woher kommt es? Wissenschaftler spekulieren, dass Flüssigkeitstaschen oder sogar unterirdisches Wasser den Mond überspannen – aber wir werden nicht mehr wissen, bis wir Sonden übersenden können!
Und was verursacht die innere Erwärmung, die die Wasserbildung überhaupt erst ermöglicht? Zusammen mit dem Wasser sind Stickstoff, Kohlendioxid, Methan und einige organische Verbindungen vorhanden, alle in Zuständen, die auf eine Erwärmung hindeuten! Die durch Gravitationswechselwirkungen zwischen Enceladus und Saturn erzeugte Wärme reicht nicht aus, um dies zu erklären. Wissenschaftler untersuchen das Problem noch.
Von Erwärmung und Wetter bis hin zu Gasen in der Atmosphäre hat Saturn viele Fragen zu beantworten und könnte eine unschätzbare Studie sein, die uns hilft, nicht nur den großen Planeten, sondern auch das Leben und die Bedingungen auf der Erde zu verstehen.
Dieser Artikel wurde von der Redaktion von Things We Don&rsquot Know verfasst, mit Beiträgen von Ed Trollope, Jon Cheyne, Cait Percy, Johanna Blee und Grace Mason-Jarrett.
Dieser Artikel wurde erstmals am 27.08.2015 veröffentlicht und zuletzt am 16.06.2012 aktualisiert.
Ein 300 Jahre altes Rätsel gelöst: Warum Saturns Mond Iapetus halb hell, halb dunkel ist
Im Jahr 1671 beobachtete der berühmte Astronom Giovanni Cassini Saturn, als er einen neuen, schwachen Mond fand, der ihn entlang seiner Westseite umkreiste. Als er jedoch versuchte, seiner Umlaufbahn zu folgen, fand er etwas unglaublich Ungewöhnliches: Der Mond war völlig unsichtbar, obwohl er auf der Ostseite des Saturn hätte stehen sollen. Im nächsten Jahr suchte er erneut nach dem Mond und konnte ihn wieder auf der Westseite des Saturn beobachten, aber nicht auf der Ostseite. Nach mehr als drei Jahrzehnten der Verbesserung des Teleskops konnte Cassini endlich diesen Mond auf finden beide auf der West- und Ostseite im Jahr 1705, stellte jedoch fest, dass es auf der Ostseite mehr als sechsmal schwächer erschien.
Bildnachweis: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute / Cassini.
Cassini entwickelte eine Theorie über diesen Mond, der heute als Iapetus bekannt ist. Er behauptete, dass Iapetus erstens zweifarbig sein müsse, mit einer Seite deutlich heller und heller als die andere, dunklere Seite, und zweitens müsse er mit Saturn verbunden sein, so dass ihm immer dieselbe Seite zugewandt sei. Setzen Sie dies zusammen und die "Vorderkante" von Iapetus müsste deutlich lichtschwächer und dunkler sein als die Hinterkante. Wenn das heißt, Cassini hatte recht.
Es dauerte mehr als 300 Jahre, bis die Raumsonde Cassini den Saturn erreichte und Iapetus aus nächster Nähe beobachtete, was erst 2007 geschah. Als sie es schließlich dorthin schaffte, war das, was sie fand, geradezu spektakulär.
Bildnachweis: NASA / JPL / Space Science Institute.
Iapetus war sehr zweifarbig, mit einer Hemisphäre ein Faktor von zehn- bis zwanzigmal reflektierender als die anderen. Die Situation war noch schlimmer, als Cassini sich jemals vorgestellt hatte, da die Abgrenzung zwischen hellen und dunklen Hemisphären nicht perfekt mit der Umlaufbahn von Iapetus übereinstimmt.
Aber dies führte zu einem noch größeren Rätsel: Warum würde Iapetus so erscheinen?
Bildnachweis: Englischer Wikipedia-Benutzer The Singing Badger.
Iapetus ist der äußerste große Saturnmond und kreist doppelt so weit wie alle anderen Saturnmonde. Was wie eine Art dunkler Trümmer scheint, die sich auf der vorderen Seite angesammelt haben - ein ähnlicher Effekt wie "Wanzen auf einer Windschutzscheibe" - wäre eine schrecklich bizarre Erklärung, da sie weit außerhalb der anderen Hauptakteure in Saturns System liegt, einschließlich Saturns Ringe. Tatsächlich zeigt keiner der anderen Saturnmonde diese Eigenschaft, die Iapetus allein ist. Doch der Täter sollte gefasst werden.
Bildnachweis: NASA/JPL/Space Science Institute.
Sogar außerhalb von Iapetus liegt Phoebe, ein kleinerer Mond, der höchstwahrscheinlich ein gefangenes Objekt aus dem Kuipergürtel ist. Im Gegensatz zu allen anderen Saturnmonden kreist Phoebe in die entgegengesetzte Richtung weit more distant, and most importantly, is very, very dark. In addition, Phoebe has been emitting a steady stream of particles for a very long time, as the Sun's radiation and minor collisions are strong enough to kick dust grains off of Phoebe's loosely-held-together surface.
Image credit: NASA/JPL-Caltech/Keck.
Thanks to infrared observatories like the Spitzer Space Telescope, we've been able to discover something incredible about Phoebe: it's created its own ring around Saturn, larger, more diffuse and far less dense than any other ring discovered so far.
The ring is so dramatically sparse -- at seven dust-sized grains per cubic kilometers -- and so huge in extent that even distant Iapetus plows through it in its orbit! Phoebe and its ring particles revolve clockwise around Saturn, but Iapetus goes counterclockwise, meaning that we tun get the "bugs on a windshield" effect.
Image credit: NASA / JPL-Caltech / Cassini Science Team.
Over time, these much darker particles accumulate on one side of Iapetus and not the other, but that's only the start of the story. If that were the full story, the "bright stuff" on Iapetus, which is ice, would simply cover over the darkened Phoebe material, and Iapetus would appear entirely white.
But the same physics that causes a black car left in the Sun to be much hotter to the touch than a white car in the same conditions is at play on Iapetus, too. When this water attempts to condense, freeze and settle onto the light regions on Iapetus, there's nothing stopping it. But when it lands on the dark regions, the heat from the surface is enough to sublimate (boil, directly from a solid phase) the ice, rendering it capable of landing stably and permanently nur on the size that isn't covered in Phoebe's debris.
Image credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute/Lunar and Planetary Institute.
The result? A two-toned, Yin-Yang world unlike any other in the Solar System. After more than 300 years, this is one puzzle of the Solar System that's finally solved. The most unusual looking moon has a dark side, all thanks to a failed comet that was captured by Saturn long ago. Over hundreds of millions of years (or more), its debris built up on this lonely, outer moon, changing its color and how it absorbs sunlight. With no ice able to remain on that side, it was destined for darkness, and the rest is history!
Why is Saturn invisible in this radar image of its rings? - Astronomie
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Saturn's Beautiful and Puzzling Rings
Even with a small telescope, you can easily see Saturn and it's rings. With a medium to large sized scope, you can see that rings are not just one ring, but there is at least one division in them.
When the Pioneer and Voyager missions visited the ringed planet, we found out that the rings are a complex system of many individual rings, each made up of countless pieces of ice and rock.
Image courtesy of: Voyager mission The Ring Divisions
Image courtesy of: Voyager mission The Rings Disappear!
Image courtesy of: Hubble Space Telescope Saturn's Braided Ring
Image courtesy of: Voyager Mission
Exploring the Saturnian System
The Saturnian system has been explored by only four spacecraft. The first was Pioneer 11, which flew past the ringed planet in 1979. It flew close to the planet's cloud layers and sent back a low resolution images of Saturn and a few of its moons. Unfortunately, the images were too low resolution to make out any surface features. However, the spacecraft did discover Saturn's faint F-ring and revealed that the gaps between some of the planet's rings are not completely empty but are filled with fine material.
In November of 1980, the Saturnian system was visited by the Voyager 1 spacecraft. Nine months later, in August of 1982, Voyager 2 entered the Saturnian system. The two Voyager spacecraft were able to send back much higher resolution images of Saturn and its rings. They also gave us our first close-up views of many of Saturn's moons. Five new moons were discovered on these missions, and Saturn's rings were revealed to be composed of thousands of smaller rings. While Voyager 2 would continue on to Uranus, this was the final stop for Voyager 1.
In July of 2004, the Cassini-Huygens spacecraft entered the Saturnian system for the first extended survey. Cassini spent six years studying and photographing Saturn and its many moons. A special landing probe names Huygens was dropped into the atmosphere of Saturn's largest moon, Titan, where it showed us the first images from the surface of an alien moon. The Cassini spacecraft later confirmed the existence of liquid methane lakes on the Titan. Throughout its six year mission in the Saturnian system, Cassini discovered four news moons and revealed the presence of liquid water geysers on Saturn's moon, Enceladus. Thousands of high resolution images were captured of Saturn and its moons, giving us our best views yet of the Saturnian system.
The next mission to study the Saturnian system will likely be the Titan Saturn System Mission or TSSM. This will be a joint venture between NASA and the European Space Agency. TSSM is expected to study Saturn and its moons in depth when it is finally launched. So far, no launch date has been set.
