Cassini, das kleine Raumschiff, das es könnte, geht in Flammen auf. In den nächsten vier Monaten wird die raffinierteste Sonde, die jemals hergestellt wurde, prekär zwischen dem Saturn und ihren eisigen Ringen tanzen und spektakuläre Bilder dieser noch nie erforschten Region aufnehmen. In diesem großen Finale seiner 20-jährigen Reise wird Cassini neue Aufmerksamkeit auf die Ursprünge des bereits glamourösesten und mysteriösesten Ringsystems des Sonnensystems lenken.
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Für Astronomen ist das beständigste Geheimnis dieser Ringe ihr Alter. Obwohl sie lange Zeit als uralt galten, wurde in den letzten Jahren ihre Altersschwäche kontrovers diskutiert, wobei Hinweise auf eine jugendlichere Ausbildung sprechen. Jetzt stützen neue Forschungen die Vorstellung, dass Saturns Ringe Milliarden - und nicht Millionen - Jahre alt sind.
Irgendwann in der Geschichte des Saturn verschmolz eine Scheibe aus Staub und Gas um den Mond zu den unglaublichen Ringen, die wir heute sehen. Einige der Monde, die in diese Ringe hinein- und herausschießen, sind möglicherweise aus demselben Material entstanden, was bedeutet, dass die Datierung dieser Monde uns helfen könnte, das Alter der Saturnringe zu bestimmen. Doch nach den neuen Erkenntnissen sind drei dieser inneren Monde älter als von Wissenschaftlern angenommen - was auch auf einen alten Ursprung der Ringe hindeutet.
"Es ist ein sehr cooles Rätsel, weil alles miteinander verbunden ist", sagte Edgard Rivera-Valentin vom Arecibo-Observatorium in Puerto Rico. Anstatt das Alter aller Monde und Ringe in den Griff zu bekommen, arbeitet sich Rivera-Valentin langsam und Schritt für Schritt durch die Herausforderung. "Ich versuche, ein Stück des Puzzles herauszuschneiden", sagt er.
Im Jahr 2016 begann Rivera-Valentin, die Kollisionsgeschichte der Saturnmonde Iapetus und Rhea mit Hilfe neuer Computermodelle zu untersuchen, und stellte fest, dass sie sich bereits zu Beginn des 4, 6-Milliarden-jährigen Lebens des Sonnensystems gebildet hatten. Seine Ergebnisse, die er auf der Konferenz für Mond- und Planetenwissenschaften in Texas im März präsentierte, stützen die Vorstellung, dass Saturns Ringe älter sind als wir dachten.
Saturns Ringe und Monde sind nicht nur faszinierend, sondern bieten auch Hinweise für die Jagd auf Ringplaneten außerhalb unseres eigenen Sonnensystems. Bisher wurde nur ein beringter Exoplanet identifiziert - was seltsam erscheint, da alle vier Gasriesen in unserem eigenen System über Ringe verfügen. Wenn Saturns Monde und Ringe jung sind, könnte dies eine Erklärung liefern.
"Wenn Saturns Ringe jung sind, hätte ein (hypothetischer) Beobachter, der auf unser Sonnensystem blickt, sie nicht gesehen, wenn er beispielsweise vor einer Milliarde Jahren geschaut hätte", sagte Francis Nimmo, ein Planetenforscher, der die Ursprünge der Eiswelten am untersucht Universität von Kalifornien in Santa Cruz.
Vielleicht haben auch andere Welten kurzlebige Ringe, deren kurzes Erscheinen in der langen Linse der Raumzeit es schwierig macht, sie von der Erde aus zu erkennen. In diesem Fall hätte jemand außerhalb des Sonnensystems nur begrenzte Möglichkeiten, Ringe um den Saturn auszuspähen, und menschliche Beobachter wären in ähnlicher Weise in der Lage, beringte Exowelten zu erkennen.
Langlebige Monde und Ringe hingegen könnten bedeuten, dass solche Welten weit verbreitet sind und sich in der Öffentlichkeit verstecken - entweder in jahrzehntelangen Datenverlusten oder durch technologische Einschränkungen gebremst.
Dieses Falschfarbenbild wurde mithilfe von Radiosignalen erstellt, die von Cassini über Saturns Ringe zur Erde zurückgesendet wurden. (NASA / JPL) Alte Narben
Wenn es darum geht, das Alter anderer Welten zu berechnen, verlassen sich Wissenschaftler stark auf Krater. Durch die Verknüpfung von Einschlagsnarben mit Perioden starken Beschusses im Sonnensystem können sie grob einschätzen, wie alt die Oberfläche ist, was eine Obergrenze für die Welt selbst darstellt. Frühere Forschungen haben ergeben, dass Saturns Ringe und Monde nur 100 Millionen Jahre alt sind, was sie im Leben des Sonnensystems relativ jung macht.
Das Problem ist, wie sich das Sonnensystem in der Vergangenheit verhalten hat. 2005 tauchte eine neue Theorie auf, nach der Uranus und Neptun miteinander tanzen und eisige Trümmer nach innen auf die restlichen Planeten schleudern. Rivera-Valentins Forschungen zufolge hätte dieser Materialregen (bekannt als Late Heavy Bombardment) den jüngsten Saturnmond, Mimas, völlig zerstört.
Rivera-Valentin beschloss, das Problem am anderen Ende zu lösen. In der Vergangenheit hatte er mit einem Studenten zusammengearbeitet, um zu berechnen, wie viel Trümmer in Iapetus geraten waren, der seiner Meinung nach der älteste Mond unter allen Modellen sein sollte. Indem er mit einer ähnlichen Technik herausfand, wie viel Material einen anderen Mond, Rhea, gezeichnet hatte, stellte er fest, dass der Satellit weit weniger bombardiert wurde als Iapetus.
Dies könnte daran liegen, dass die Menge des auf den Mond auftreffenden Materials geringer war als zuvor berechnet. Oder es könnte sein, dass Rhea sich viel später als Iapet gebildet hat, vielleicht kurz nach dem späten schweren Bombardement, das vor 3, 9 Milliarden Jahren stattfand. Aufgrund der Kraterzahl kann Rheas Narben jedoch nicht so jung sein, wie einige Modelle es vorhergesagt haben.
"Also das Modell, das sagte, sie hätten sich vor 100 Millionen Jahren gebildet, kann ich zumindest nein sagen, das ist wahrscheinlich nicht der Fall", sagte Rivera-Valentin. Modelle, die darauf hindeuten, dass Rhea sich zur Zeit des späten schweren Bombardements gebildet hat, haben jedoch alle mit der Kratergeschichte des Mondes zu tun. Rivera-Valentins Forschungen haben dazu beigetragen, dass Saturns Satelliten einen weitaus älteren Ursprung haben, indem sie eine der Stützen für jüngere Ringe abgeschlagen haben.
Die Uhr zurückdrehen
Da die Methode der Kratergeschichte so stark von unserem Verständnis der Entwicklung des Sonnensystems abhängt, beschloss Nimmo, eine andere Taktik anzuwenden, um das Mondalter zu verfolgen. Seine Studien ergaben, dass der Mond mindestens ein paar hundert Millionen Jahre alt sein muss, was die Modelle ausschließt, die ihn auf nur 100 Millionen Jahre festgelegt haben.
 »Sie können die Uhr zurückdrehen und sehen, wo sie zu früheren Zeiten waren«, sagte Nimmo. Frühere Forschungen zu diesem Thema haben Mimas vor nur einer halben Milliarde Jahren direkt neben den Saturn gestellt, was darauf schließen lässt, dass er noch jung gewesen sein könnte. Diese Untersuchung ging jedoch davon aus, dass sich die Monde in der Vergangenheit genauso verhielten wie heute.
Nimmo hingegen untersuchte, wie sie in ihrer Jugend anders hätten interagieren können. "Obwohl sich die Satelliten im Moment ziemlich schnell ausbreiten, waren sie früher nicht so schnell ausgefahren, und so können die Satelliten leicht 4 Milliarden Jahre alt sein", sagte er.
Nimmo löste die Dynamik von zwei der über 60 Monde auf, um mehr Beweise für ihre uralte Formation zu finden. Im Gegensatz zu früheren Modellen, bei denen die Monde basierend auf ihren heutigen Umlaufbahnen zurückgespult wurden, berücksichtigte er, wie Saturn die Monde beeinflusst hätte. Saturn zerrt an den Monden, während sie umkreisen, und die Monde zerren aneinander. Diese konstanten Zugkräfte erwärmen ihre Zentren, und die Wärme wandert dann zur Oberfläche.
"Es braucht Zeit, bis sich diese Temperatur nach außen ausbreitet, da die Wärme nur mit einer bestimmten Geschwindigkeit abgeleitet wird. Dies ist also eine Zeitskala, die wir verwenden können", sagte er.
Auf Dione hat fließendes Eis einige der Einschlagsbecken gefüllt. Wenn die Kollision selbst das Eis geschmolzen hätte, hätten sich die Krater in der Oberfläche entspannt, sagte Nimmo. Stattdessen muss die Hitze vom nachbarschaftlichen Ziehen kommen. Er benutzte das Schmelzen als Thermometer, um festzustellen, dass der Mond mindestens ein paar hundert Millionen Jahre alt ist, obwohl er durchaus 4, 5 Milliarden Jahre alt gewesen sein könnte. Das schließt Modelle aus, bei denen der Mond nur 100 Millionen Jahre alt ist.
In zukünftigen Studien hofft Nimmo, einen anderen Mond wie Tethys untersuchen zu können, dessen schnelle Bewegung dazu beitragen soll, die Zeit um seine Geburt herum einzugrenzen. Obwohl seine Forschung, die auf früheren Arbeiten von Jim Fuller am California Institute of Technology aufbaut, die Geburt der Satelliten einschränkt, bleibt der Altersunterschied groß. "Es wird nicht alles lösen", sagte er.
Beringte Exoplaneten
Bisher ist der einzige bekannte beringte Exoplanet J1407b, eine junge Welt, in der Monsterringe 200-mal größer sind als bei Saturn und die den Gasriesen des frühen Sonnensystems ähneln könnten.
"Die Idee ist, dass Saturns Ringe einst so groß waren", sagte Matt Kenworthy vom Leiden Observatory, der das Team leitete, das 2015 die Monsterringe identifizierte. Im Laufe der Zeit haben sich möglicherweise Monde gebildet, die auf die Oberfläche gefallen sind oder wurde vom Sonnenwind weggeblasen. Das Verständnis, ob die Monde und möglicherweise die Ringe uralt sind, kann Aufschluss darüber geben, ob der Saturn die Überreste dieser ursprünglichen Ringe enthält.
Wenn Saturns Ringe alt sind, sollte dies bedeuten, dass sie um andere Exoplaneten existieren. Warum wurde bisher nur eine Welt identifiziert? Laut Kenworthy liegt das teilweise an der Zeit. Um einen Gasriesen zu erkennen, der weit genug von seiner Sonne entfernt ist, um sich an eisigen Ringen festzuhalten, sind Daten im Wert von etwa 10 Jahren erforderlich. Diese Informationen wurden erst kürzlich zusammengestellt.
"Wir sind wahrscheinlich auf eines von vielen gestoßen, die bereits in den Daten enthalten sind, und es geht nur darum, alte Daten zu durchsuchen", sagte Kenworthy.
