Warum hat Saturn Ringe? Woraus sie bestehen und wie alt sie sind

Unter allen Anblicken in einem kleinen Teleskop kommt kaum etwas an den ersten Blick auf Saturn heran. Eine goldene Kugel schwebt in einem perfekten, zarten Ring – fast zu ordentlich, um echt zu sein. Galilei sah ihn 1610, konnte sich aber keinen Reim darauf machen; er dachte, Saturn habe „Ohren“. Heute kennen wir die Ringe sehr genau, und sie sind seltsamer, als er es sich vorstellen konnte.

Woraus bestehen die Ringe?

Saturns Ringe sind keine festen Reifen. Sie bestehen aus Milliarden einzelner Teilchen, die den Planeten jeweils wie ein winziger Mond umkreisen. Mehr als 95 % des Materials ist Wassereis – deshalb leuchten die Ringe im Sonnenlicht so hell.

Die Teilchen reichen von feinem Staub bis zu Brocken von mehreren Metern. Einige größere „Mondchen“ von rund einem Kilometer sind in die Ringe eingebettet und ziehen kleine Wellen und Lücken um sich.

Die Hauptringe sind etwa 280.000 Kilometer breit, rund drei Viertel der Entfernung von der Erde zum Mond. Doch an den meisten Stellen sind sie nur etwa 10 Meter dick. Schrumpfte man die Ringe auf die Breite eines Fußballfelds, wären sie dünner als ein Blatt Papier.

Die Ringe haben Namen und Lücken

Astronomen benannten die Hauptringe in der Reihenfolge ihrer Entdeckung mit Buchstaben. Von innen nach außen lautet die Folge daher D, C, B, A, F, G und E. Der helle B-Ring ist der massereichste. Zwischen B- und A-Ring liegt eine dunkle, rund 4.800 km breite Lücke, die Cassinische Teilung, 1675 von Giovanni Cassini entdeckt.

Die Lücken sind kein Zufall. Saturns Monde ziehen in regelmäßigen Abständen an den Ringteilchen. Wo die Bahn eines Teilchens in einem einfachen Verhältnis zur Bahn eines Mondes steht – etwa zwei Umläufe auf einen Umlauf von Mimas –, schieben die wiederholten Rucke es fort. Kleine „Hirtenmonde“ wie Prometheus und Pandora halten den schmalen F-Ring in Form.

Warum bilden die Ringe keinen Mond?

Nahe an einem Planeten zieht dessen Schwerkraft stärker an der zugewandten als an der abgewandten Seite eines Objekts. Dieser Unterschied, die Gezeitenkraft, versucht es auseinanderzuziehen. Innerhalb einer Entfernung namens Roche-Grenze sind die Gezeitenkräfte stärker als die schwache Schwerkraft, die lose Eis- und Gesteinsbrocken zusammenhält.

Deshalb liegen Saturns Hauptringe so nah am Planeten. Eisstücke können dort kollidieren und kurz aneinanderhaften, aber nicht zu einem Mond heranwachsen. Weiter außen, jenseits der Roche-Grenze, können Trümmer verklumpen – dort kreisen Saturns Monde.

Woher kommen die Ringe?

Die führende Idee: Die Ringe sind Überreste von etwas, das zu nahe kam. Mögliche Kandidaten sind:

• ein Mond, der nach innen wanderte und von Gezeitenkräften zerrissen wurde;
• ein großer Komet oder Eiskörper, der nahe an Saturn vorbeiflog und zerbrach;
• übrig gebliebenes Material aus der Gas- und Staubscheibe, aus der Saturn selbst entstand.

Das fast reine Eis der Ringe spricht für einen Eismond oder die eisigen äußeren Schichten eines solchen.

Wie alt sind die Ringe? Eine lebhafte Debatte

Jahrzehntelang nahm man an, die Ringe seien so alt wie Saturn, also etwa 4,5 Milliarden Jahre. Die NASA-Sonde Cassini, die Saturn von 2004 bis 2017 umkreiste, stellte das infrage.

In ihren letzten Monaten tauchte Cassini zwischen Planet und Ringen hindurch. Aus winzigen Bahnänderungen konnten Forschende die Ringe erstmals „wiegen“. 2019 berichteten Luciano Iess und Kollegen, dass sie nur etwa 40 % der Masse des kleinen Mondes Mimas enthalten – weniger als für uralte Ringe erwartet.

Cassini maß auch, wie viel Staub aus dem All auf die Ringe fällt. Weltraumstaub ist dunkel und gesteinsartig, alte Ringe müssten also schmutzig aussehen. 2023 folgerten Sascha Kempf und Kollegen, die Ringe seien so sauber, dass sie höchstens einige hundert Millionen Jahre alt sein können. Dann wären sie entstanden, als auf der Erde Dinosaurier lebten.

Entschieden ist die Frage nicht. 2024 argumentierte ein Team um Ryuki Hyodo mit Computersimulationen, dass schnelle Mikrometeoroiden beim Aufprall verdampfen und der Dampf großenteils entweicht, statt das Eis zu überziehen. Dann könnten die Ringe Milliarden Jahre hell bleiben und nur jung aussehen.

Die Ringe regnen langsam ab

Wie alt sie auch sind – ewig halten die Ringe nicht. Cassini und frühere Beobachtungen zeigten, dass Eisteilchen von Saturns Magnetfeld und Schwerkraft in die obere Atmosphäre gezogen werden, ein Vorgang mit dem Spitznamen „Ringregen“. Manche Schätzungen besagen, dass die Hauptringe in einigen hundert Millionen Jahren weitgehend verschwinden könnten. Vielleicht haben wir Glück, in einer Zeit zu leben, in der Saturn seinen schönsten Schmuck trägt.

Kurz gesagt

• Saturns Ringe bestehen aus Milliarden einzelner Stücke Wassereis, von Staub bis zu hausgroßen Brocken.
• Sie sind rund 280.000 km breit, aber meist nur etwa 10 Meter dick.
• Innerhalb der Roche-Grenze verhindern Gezeitenkräfte, dass sich das Ringmaterial zu einem Mond formt.
• Wahrscheinlich entstanden sie aus einem zerrissenen Mond oder Kometen.
• Ihr Alter ist umstritten: Cassini-Daten sprechen für einige hundert Millionen Jahre, neuere Simulationen lassen Milliarden zu.
• „Ringregen“ lässt die Ringe langsam in den Saturn abfließen.