Saturn ist von einer Scheibe aus Gesteins- und Eisfragmenten umgeben, die sich auf konzentrischen, nahezu kreisförmigen Bahnen in der Äquatorebene des Planeten bewegt. Von der Kante her gesehen ist die Scheibe extrem dünn – nur wenige Dutzend Meter an manchen Stellen. Von vorne betrachtet sieht die Scheibe wie zahlreiche konzentrische Ringe aus, was auf systematische Veränderungen der Eigenschaften der Scheibe als Funktion der Entfernung vom Planeten zurückzuführen ist. Die Ringe können durch eine Reihe von Parametern charakterisiert werden, von denen einer die durchschnittliche Trennung zwischen den konstituierenden Fragmenten ist.
Ringpartikel
Wissenschaftler verwenden den Oberbegriff „Partikel“, um sich auf die Bestandteile eines Planetenringsystems zu beziehen. Obwohl „Partikel“ etwas sehr Kleines suggeriert, sind die größten Objekte in den Ringen des Saturn große Felsen oder Eisbrocken – oft viele Meter im Durchmesser. Von diesen großen Objekten bis hin zu Staubkörnern ist ein ganzes Spektrum an Partikelgrößen vorhanden. Die Anzahl der Partikel einer bestimmten Größe ist ungefähr umgekehrt proportional zur Partikelmasse: Mit anderen Worten, kleine Partikel sind zahlreicher als große Partikel.
Wie viel Materie steckt in den Ringen?
Die Dichte der Saturnringe variiert stark: Dies ist einer der Gründe für die scheinbare Streifenbildung der Ringe. Der am einfachsten direkt zu berechnende Parameter ist die Flächendichte, gemessen in Gramm pro Quadratzentimeter. Dies kann durch die Dicke des Rings geteilt werden, um die Volumendichte in Gramm pro Kubikzentimeter zu erhalten. Eine weitere Eigenschaft, die Wissenschaftler messen können, ist die optische Tiefe, die angibt, wie undurchsichtig oder transparent die Ringe sind. Die optische Tiefe ist eine Funktion der Oberflächendichte und der Partikelgröße, sodass letztere – auch wenn sie nicht direkt beobachtet wird – aus Dichte- und optischen Tiefenmessungen abgeleitet werden können.
Der Abstand zwischen Ringteilchen
Im Vergleich zu den meisten anderen astronomischen Objekten liegen die Eis- und Gesteinspartikel in den Ringen des Saturns extrem dicht beieinander. Im Durchschnitt werden etwa 3 Prozent des Gesamtvolumens der Festplatte von Feststoffpartikeln eingenommen, während der Rest leerer Raum ist. Das mag klein klingen, bedeutet aber, dass die typische Trennung zwischen Partikeln nur etwas mehr als das Dreifache ihres durchschnittlichen Durchmessers beträgt. Nimmt man für letztere einen Wert von 30 Zentimetern an, wären die Felsen nur einen Meter voneinander entfernt. Aufgrund der Dichteschwankungen über die Ringe und des breiten Spektrums an Partikelgrößen gibt es jedoch keine feste Regel.
Nahe Begegnungen
Durch die große Nähe der Ringteilchen zueinander kommt es häufig zu Kollisionen zwischen ihnen, die zur Dissipation kinetischer Energie führen. Die kumulative Wirkung unzähliger Kollisionen in der Vergangenheit lässt sich an der messerscharfen Dünne der Scheibe und der nahezu Kreisförmigkeit der Teilchenbahnen ablesen. Neben physikalischen Kollisionen wechselwirken die Teilchen auch gravitativ miteinander sowie mit dem Saturn selbst und seinen vielen Satelliten. Ein Großteil der Feinstruktur der Saturnringe kann durch solche Gravitationswechselwirkungen erklärt werden.