Die Ringe bestehen vor allem aus Eisbrocken, Gestein und gefrorenen Gasklumpen, die den Saturnglobus rechtläufig auf fast kreisförmigen Bahnen in dessen Äquatorebene umrunden. Die Größe der Partikel reicht von Staubkorngröße bis hin zu Brocken mit Durchmessern von einigen Metern.

Im Ringsystem befinden sich auch viele kleinere und größere fast materiefreie Bereiche. Tatsächlich besteht das System aus mehr als 100.000 einzelnen Ringen, welche jeweils durch kleine Lücken voneinander abgregrenzt sind und unterschiedliche Zusammensetzungen und Färbungen zeigen.


Der innerste Teilring befindet sich etwa 7.000 km über der Oberfläche des Saturn und hat einen Durchmesser von 134.000 km, der äußerste besitzt einen Durchmesser von 960.000 km. Die Ringe sind extrem flach - bei einem Durchmesser von fast einer Million Kilometern sind sie im Schnitt nur wenige hundert Meter dick.

Historisch bedingt wurden die Ringe des Saturn in der Reihenfolge ihrer Entdeckung grob unterteilt und werden von innen nach außen als D-, C-, B-, A-, F-, G- und E-Ring bezeichnet.

Nach der von Édouard Albert Roche im 19. Jahrhundert vorgeschlagenen Theorie entstanden die Ringe durch einen Mond, der sich dem Saturn so weit genähert hat, dass er durch Gezeitenkräfte auseinander gebrochen ist.

Eine ähnliche Theorie geht davon aus, dass ein Mond durch eine Kollision mit einem anderen Himmelskörper (Komet, Asteroid) zerstört wurde und seine Überreste sich daraufhin zu einem Ringsystem ausbreiteten.

Eine heute nicht mehr vertretene Theorie besagte, die Ringe seinen gemeinsam mit dem Saturn aus der selben Materiewolke entstanden. Mittlerweile vermutet man jedoch, dass die Ringe sich nach und nach auflösen werden und somit ein eher kurzlebiges Phänomen von höchstens einigen hundert Millionen Jahren sein dürften.

Resonanzen

Die weitgehend materiefreien Unterbrechungen innerhalb des Ringsystems lassen sich auf gravitative Wechselwirkungen mit den zahlreichen Monden des Saturn zurückfürhren. Steht die Umlaufszeit eines Ringbereichs mit der Umlaufszeit eines Mondes im Verhältnis kleiner ganzer Zahlen, so kommt es aufgrund des Resonanzphänomens zu einer gravitativen Störung. Beispielsweise wird die Cassinische Teilung durch den Mond Mimas verursacht.

Einige kleinere Monde, so genannte Hirten- oder auch Schäfermonde, kreisen direkt in den Lücken sowie an den Rändern des Ringsystems und stabilisieren so dessen Struktur.

Abflachung

Das Ringsystem ist kein starres Gebilde - alle Partikel kreisen einzeln um den Mittelpunkt des Saturn. Dabei pendelt jeder Brocken während eines Umlaufs einmal vertikal durch das Ringsystem hindurch und wieder zurück. Durch inelastische Stöße mit anderen Brocken reduziert sich diese vertikale Geschwindigkeitskomponente langfristig für alle Partikel und damit nimmt auch die Dicke des Ringsystems sukzessive ab.

Cassini-Teilung

Das deutlichste, schon in kleinen Teleskopen sichtbare Detail innerhalb von Saturns Ringen ist die Cassini-Teilung - eine recht auffällige schwarze Lücke innerhalb des Ringsystems zwischen dem A- und B-Ring (Außen- und Innenring). Die Erkennbarkeit dieser Teilung ist ein hervorragender Indikator für atmosphärische Ruhe und die Qualität der verwendeten Optik.

Teilringe

Noch einfacher lässt sich die unterschiedliche Helligkeit der einzelnen Teilringe erkennen. Der äußere A-Ring erscheint etwas schwächer als der von ihm umgebene innere B-Ring. Es fällt auch eine leichte Helligkeitssteigerung beider Ringe zur Cassini-Teilung hin auf.

Schattenwurf

Abhängig davon, wie stark das Ringsystems zur Sonne geneigt ist und aus welcher Position wir den Saturn beobachten, kann mehr oder weniger gut der Schattenwurf der Ringe auf den Saturnglobus, sowie ein Teil des abgedunkelten Ringbereichs "hinter" dem Saturn beobachtet werden.

Der Schattenwurf der Ringe auf die Planetenoberfläche ist um so ausgeprägter, je mehr das dünne Ringsystems im Laufe eines Saturnjahres mit seiner schmalen Kante gegenüber der Sonne geneigt ist. Hier kommt es im Laufe einer Sonnenumrundung zu periodischen Veränderungen. Zeitweilig sind die Ringe weit geöffnet, um dann wieder scheinbar zu verschwinden, wenn wir auf die Kante des Systems blicken.

Den Schatten des Planetenglobus, der einen Teil der Ringe verfinstert, kann man besonders gut beobachten, wenn der Winkel Saturn-Sonne-Erde besonders groß ist. Somit ist er während der Opposition des Planeten nicht zu erkennen, da Sonne, Erde und Saturn dann in (fast) einer Linie stehen, und der Schatten genau hinter dem Planetenglobus verläuft.

Encke-Teilung

Unter besonders günstigen Sichtbarkeitsbedingungen fällt Beobachtern eines größeren Teleskops (ab 15 cm Öffnung) auch die so genannte Encke-Teilung auf - ein besonders dunkler und schmaler Ring nahe der äußeren Kante des A-Rings.

Dunkle Speichen

In großen Teleskopen können hin und wieder schmale Bereiche geringerer Helligkeit innerhalb der Ringe erkannt werden, die sich radial speichenartig durch das System ziehen. Diese variablen Erscheinungen können an 4 bis 12 verschiedenen Stellen beobachtet werden. Die rätselhaften Strukturen sind etwa 100 Kilometer breit und bis zu 20.000 Kilometer lang.

Die Speichen wurden erstmals von der Sonde Voyager 2 im Jahr 1981 beobachtet und später durch das Weltraumteleskop Hubble bestätigt. Zwischen 1998 und 2005 konnte das Phänomen allerdings nicht mehr beobachtet werden. Es wird vermutet, dass es sich hierbei um winzige geladene Staubpartikel handelt, die mit dem Magnetfeld des Saturn wechselwirken.

Neueren Erkenntnissen zufolge sollen die dunklen Streifen in periodischen Abständen jeweils acht Jahre lang zu sehen sein, und zwar immer dann, wenn die Sonne in der Nähe der Ringebene des Saturns steht. Eine streifenlose Phase hält dagegen sechs bis sieben Jahre lang an.

Krepp-Ring

Der auch als Krepp-Ring bekannte C-Ring kann abhängig von der Öffnung des Ringsystems entweder ganz einfach oder auch eher schwierig aufzufinden sein. Viele Beobachter haben diesen Teilring beobachtet, ohne die genaueren Hintergründe zu kennen.

Ein deutliches Anzeichen des Krepp-Rings beobachtet man, wenn dessen Schatten auf dem Saturnglobus erscheint. Bei der Abdunklung, die dann vor der Planetenkugel innerhalb des B-Rings zu beobachten ist, handelt es sich um eben diesen halbtransparenten Teilring C.

Im Laufe der Jahre bemerkt der aufmerksame Saturn-Beobachter eine allmähliche Veränderung der Öffnung des Ringsystems. Dieser Effekt entsteht, da die Ringebene des Saturns um fast 27° zur Ekliptik geneigt ist und diese beim Umlauf um die Sonne ortsfest im Raum bleibt. Deshalb verändert sich der Blickwinkel von der Erde auf das Ringsystem.

Zweimal während eines Saturnumlaufs um die Sonne - also ungefähr alle 14,8 Jahre - kommt es dazu, dass wir auf die Kante der Ringe sehen und diese dann zu verschwinden scheinen.

Während der »Passage der Ringebene lassen sich vor allem Wolkenstrukturen, die kleinen Monde Prometheus, Pandora, Janus und Epimetheus, Verfinsterungen von Satelliten und die lichtschwachen Teilringe C, E und G besonders vorteilhaft beobachten, da diese Phänomene sonst durch die hellen Saturnringe mehr oder weniger überstahlt werden.

Da die Saturnringe sehr viel Sonnenlicht reflektieren, kommt es im Laufe der Jahre, in denen sich die Ringe schließen, auch zu einer deutlichen Abnahme der Saturnhelligkeit.

Derzeit schließen sich die Ringe von Jahr zu Jahr weiter. Im Jahr 2025 werden wir dann auf die Kante des Ringsystems blicken. Zuletzt trat eine solche Konstellation im Jahr 2009 ein. Seither blicken wir auf die Nordseite der Ringe. Die volle Öffnung seiner Ringe zeigte uns Saturn letztmalig in den Jahren 2003 und 2016.


Nach der Passage der Ringebene am 23. März 2025 wird unsere Sicht auf die südliche Seite gelenkt. In den darauffolgenden Jahren werden sich die Saturnringe wieder nach und nach öffnen. Der größte Öffnungwinkel wird uns allerdings erst in den Jahren 2031 und 2032 präsentiert. Saturn wird dann seine größte scheinbare Helligkeit für mehrere Jahrzehnte (wie zuletzt 2003) erreichen, da auch seine Entfernung zur Erde geringer ausfallen wird, als in anderen Jahren.

astrocorner.de

Schwankungen der maximalen Oppositionshelligkeit des Ringplaneten Saturn zwischen 2010 und 2055 - Da die Saturnringe sehr viel Sonnenlicht reflektieren, kommt es im Laufe der Jahre, in denen sich die Ringe schließen, auch zu einer deutlichen Abnahme der Saturnhelligkeit. Zudem tritt die maximale Öffnung des Ringsystems an zwei verschiedenen Bahnpositionen des Ringplaneten auf, die dieser in unterschiedlicher Entfernung zur Erde durchläuft. So kommt es beispielsweise während der nächsten maximalen Öffnung der Saturnringe in den Jahren 2031 und 2032 zu besonders vorteilhaften Oppositionen, bei der der Ringplanet außergewöhnlich groß und hell erscheint. Bei der darauf folgenden maximalen Öffnung des Ringsystems in den Jahren 2046 und 2047 fällt die Oppositionshelligkeit eine halbe Größenklasse geringer aus und der Saturnglobus erscheint deutlich kleiner.

Eine einzigartige Aufnahme des Planeten Saturn und seinem gewaltigen Ringsystem gelang der Raumsonde Cassini am 15. September 2006, als sie sich innerhalb von 12 Stunden durch den Schatten des großen Gasplaneten hindurch bewegte. Saturns Planetenkörper deckte das helle Sonnenlicht ab und Cassini konnte im Gegenlicht einen untypischen Blick auf die skurille Szene werfen. Aus der schützenden Position des Saturn-Schattens heraus wurde das gesamte Ringsystem sichtbar und vorher noch nicht beobachtete mikroskopische Partikel traten ans Tageslicht.

Während dieser einmaligen Gelegenheit, die Ringe aus geschützter Positon heraus im Gegelicht der Sonne beobachten zu können, entdeckten die Wissenschaftler zwei neue Ringe und konnten die Existenz zweier weiterer Ringe bestätigen.

Die beiden neu entdeckten Ringe stehen in Verbindung mit mehreren kleinen Monden, mit denen sie ihren Orbit teilen. Ein einzelner, sehr schwacher Ring befindet sich außerhalb der hellen Hauptringe, zwischen den schwachen Ringen F und G auf dem Orbit der winzigen Monde Janus und Epimetheus. Ein weiterer schmaler Ring befindet sich in der Umlaufbahn von Pallene, die Cassini im Jahr 2004 entdeckte.

Eine dritte und vierte neue Ringstruktur ist in der Cassini-Teilung zu erkennen, der großen Teilung in den Saturn-Ringen. Kurioser Weise kommen diese Erscheinungen auf den Aufnahmen der Voyager-Missionen nicht vor.

Wissenschaftler schließen aus der Aufnahme, dass sich im Saturn-System höchstwahrscheinlich auch heute noch neue Ringe bilden. Die Monde des Saturn werden kontinuierlich von Meteoriten getroffen, haben aber nicht genügend Gravitationskraft, um das dabei aufgescheuderte Material wieder einzufangen. So verteilen sich die winzigen Trümmer auf Umlaufbahnen um den Saturn und bilden die außergewöhnliche Ringstruktur.

Saturns E-Ring, der auf diesem Bild außergewöhnlich detailliert zu erkenen ist, wird durch Eis-Fontainen gespeist, die aus den Saturnmond Encelaudus austreten. Cassini konnte solche Ereignisse auf Encelaudus fotografieren.

Die Aufnahmen lassen auch Farbunterschiede der einzelnen Ringe erkennen, was entweder auf unterschiedliche Partikelgrößen oder eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung schließen lässt. Die Hauptringe zeigen eine neutrale Färbung, der C-Ring ist rötlich, der D- sowie der E-Ring erscheint eher bläulich.

Aufnahmen des Hubble Space Telescope aus dem Jahr 1995 und Beobachtungen der Raumsonde Cassini aus dem Jahr 2006 zeigen innerhalb des inneren schwachen D-Ringes eine spiralförmige Struktur, die sich kontinuierlich verändert. Wissenschaftler schließen daraus, dass es in der Vergengenheit zu einer Kollision dieses Ringbereichs mit einem Asteroiden oder einem Kometen gekommen sein muss.

Entlang des äußeren Grenzbereichs des D-Ringes wurden mehrere abwechselnd helle und dunkle Bereiche gesichtet, die einen periodischen Abstand von etwa 30 Kilometern besitzen. Diese Strukturen wurden bereits im Jahr 1995 vom Hubble Space Telescope beobachtet. Damals betrug der Abstand der hellen Bereiche jedoch noch jeweils rund 60 Kilometer. Anders als viele andere Merkmale der Saturnringe, die sich innerhalb der zurückliegenden Jahrzehnte nicht verändert hatten, scheinen diese einen kontinuierlichen Veränderungsprozess zu durchlaufen.

Die Entdeckungen im D-Ring scheinen zu belegen, dass die Ringe des Planeten Saturn keine ewige Erscheinung sind, sondern ein sehr aktives, dynamisches System, das sich verändern und entwickeln kann. Die beobachteten Phänomene lassen sich durch eine Kollision eines Kometen oder Asteroiden mit dem D-Ring erklären, wobei eine Wolke feiner Partikel aus dem Ringbereich herausgelöst worden ist. Basierend auf verschiedenen Beobachtungsergenissen der Jahre 1995 bis 2006 vermuten Wissenschaftler, dass es im Jahr 1984 zu einem solchen Ereignis gekommen ist.