Astronomen wissen seit Jahren, dass sich Wasser in der oberen Atmosphäre des Saturn befindet, aber sie waren sich nicht sicher, woher es kam. Neue Beobachtungen haben ergeben, dass Wasser auf den Saturn regnet und aus den Ringen des Planeten kommt.
"Saturn ist der erste Planet, der eine signifikante Wechselwirkung zwischen seiner Atmosphäre und dem Ringsystem aufweist", sagte James O’Donoghue, ein Doktorand an der Universität von Leicester und Autor eines neuen Papiers, das in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde. "Der Haupteffekt von Ringregen besteht darin, dass er die Ionosphäre des Saturn" löscht "und die Elektronendichten in Regionen, in die er fällt, stark verringert."
Mit dem Keck-Observatorium fanden O’Donoghue und ein Forscherteam geladene Wasserteilchen, die von den Ringen des Planeten in die Saturnatmosphäre fallen. Sie fanden auch heraus, dass das Ausmaß des Ringregens weitaus größer ist und über größere Gebiete des Planeten fällt als bisher angenommen. Die Arbeit zeigt, dass der Regen die Zusammensetzung und Temperaturstruktur von Teilen der oberen Saturnatmosphäre beeinflusst.
O'Donoghue sagte, der Effekt des Rings auf die Elektronendichten sei wichtig, weil er erklärt, warum Beobachtungen seit vielen Jahrzehnten gezeigt haben, dass die Elektronendichten in einigen Breiten am Saturn ungewöhnlich niedrig sind.
"Es stellt sich heraus, dass Ringpartikel, die sich über 200.000 Kilometer über dem Planeten befinden, ein Hauptgrund für die ionosphärische Umgebung und das Klima des Saturn in weiten Teilen des Planeten sind", sagte Kevin Baines, Mitautor des Papiers vom Jet Propulsion Laboratory. "Die Ringpartikel beeinflussen, welche Arten von Partikeln sich in diesem Teil der atmosphärischen Temperatur befinden."
In den frühen 1980er Jahren zeigten Bilder vom Voyager-Raumschiff der NASA zwei bis drei dunkle Bänder auf dem Saturn, und Wissenschaftler vermuteten, dass Wasser von den Ringen in diese Bänder eingedrungen sein könnte. Dann entdeckten Astronomen, die das Infrarot-Observatorium der ESA nutzten, bereits 1997 Spuren von Wasser in der Saturnatmosphäre, konnten jedoch keine Erklärung dafür finden, warum es dort war und wie es dort ankam.
Im Jahr 2011 bildeten Beobachtungen mit dem Herschel-Weltraumobservatorium, dass das Wassereis von Geysiren auf Enceladus einen riesigen Ring aus Wasserdampf um den Saturn bildete.
Die von Voyager gesehenen Bänder wurden jedoch auch erst 2011 wieder gesehen, als das Team den Planeten mit NIRSPEC des Keck Observatory beobachtete, einem Nahinfrarot-Spektrographen, der eine breite Wellenlängenabdeckung mit einer hohen spektralen Auflösung kombiniert und es den Beobachtern ermöglicht, subtile Emissionen von deutlich zu erkennen die hellen Teile des Saturn.
Der Ringregeneffekt tritt in der Saturn-Ionosphäre auf (die Erde hat eine ähnliche Ionosphäre), wo geladene Teilchen entstehen, wenn die ansonsten neutrale Atmosphäre einem Strom energetischer Teilchen oder Sonnenstrahlung ausgesetzt ist. Als die Wissenschaftler das Emissionsmuster eines bestimmten Wasserstoffmoleküls verfolgten, das aus drei Wasserstoffatomen (anstelle der üblichen zwei) bestand, erwarteten sie ein gleichmäßiges planetweites Infrarotlicht.
Stattdessen beobachteten sie eine Reihe heller und dunkler Bänder mit einem Muster, das die Ringe des Planeten nachahmt. Das Saturn-Magnetfeld "kartiert" die wasserreichen Ringe und die wasserfreien Lücken zwischen den Ringen auf die Atmosphäre des Planeten.
Sie vermuteten, dass geladene Wasserteilchen aus den Ringen des Planeten durch das Saturn-Magnetfeld zum Planeten gezogen wurden und die glühenden triatomischen Wasserstoffionen neutralisierten. Dies hinterlässt große „Schatten“ in einem sonst planetweiten Infrarotlicht. Diese Schatten bedecken 30 bis 43 Prozent der Oberfläche der oberen Atmosphäre des Planeten von etwa 25 bis 55 Grad Breite. Dies ist ein deutlich größerer Bereich als in den Voyager-Bildern vorgeschlagen.
Sowohl die Erde als auch der Jupiter haben eine sehr gleichmäßig leuchtende Äquatorregion. Wissenschaftler erwarteten dieses Muster auch beim Saturn, sahen jedoch dramatische Unterschiede in verschiedenen Breiten.
"Wo Jupiter gleichmäßig über seine Äquatorregionen leuchtet, hat Saturn dunkle Bänder, in die das Wasser fällt und die Ionosphäre verdunkelt", sagte Tom Stallard, einer der Mitautoren der Zeitung in Leicester. "Wir versuchen jetzt auch, diese Merkmale mit einem Instrument auf dem Cassini-Raumschiff der NASA zu untersuchen. Wenn wir erfolgreich sind, können wir mit Cassini möglicherweise genauer untersuchen, wie Wasser ionisierte Partikel entfernt, z. B. Änderungen der Höhe oder Auswirkungen, die mit der Tageszeit einhergehen. "
Quellen: Keck-Observatorium
, Natur.
