Welt der Wissenschaft: Planetenforschung das iapetus-rätsel ist gelöst Wie ein saturnmond schwarz-weiß wurde Iapetus, ein Mond des Planeten Saturn, gehört zu den ungewöhnlichsten Objekten im Sonnensystem: Während eine Hemisphäre fast so hell wie Schnee ist, erscheint die andere nahezu schwarz. Kein anderer Körper im Sonnensystem besitzt eine auch nur annähernd vergleichbare Struktur. Diese »Helligkeitsdichotomie« des Iapetus wurde vor mehr als 330 Jahren entdeckt, doch erst jetzt können wir hierfür eine schlüssige Erklärung geben. Von Tilmann denk ie entstand die Helligkeits- tem einzigartigen Eigenschaften sowie die dichotomie des Saturn- Geschichte seiner Erforschung beschrei- in Kürze monds Iapetus? Das war ben. Mit diesen Hintergrundinformatio- ó Schon dem Entdecker des Iapetus, eine der letzten noch of- nen sowie den Messungen der Cassini- Jean-Dominique Cassini, fiel im fenenW Fragen, die sich die Planetenfor- Sonde lässt sich dann unsere Lösung des Jahr 1673 auf, dass der Mond scher bereits im 17. Jahrhundert gestellt Iapetusrätsels gut nachvollziehen. starke Helligkeitsschwankungen hatten. Die Entstehung von Sonnen- und während eines Umlaufs um Mondfinsternissen, die Phasen der Venus, der eigentümliche saturnmond Saturn zeigt. die wahre Natur der Kometen oder der Iapetus ist der drittgrößte der 62 be- ó Bereits Cassini vermutete, dass »Henkel« des Saturn, die Größe der Erde kannten Saturnmonde und steht in der Iapetus eine sehr helle und eine oder die Distanzen zwischen den Planeten Durchmesser-Rangliste der bislang be- sehr dunkle Hemisphäre aufweist, – zu all diesen Fragen kennen wir längst kannten 168 Planetenmonde immerhin was in den 1980er Jahren durch gute, oft sogar vollständige Antworten. an elfter Stelle. Sein Durchmesser beträgt die beiden Voyager-Raumsonden Aber die Helligkeitsdichotomie des Iape- fast 1500 Kilometer, die Dichte liegt bei bestätigt wurde. tus (siehe die Bilder rechts), die erste je auf 1,1 Gramm pro Kubikzentimeter. In sei- ó Mit neuen Bildern und Messdaten einem Trabanten jenseits des Erdmonds nem Inneren besteht er überwiegend aus der US-Raumsonde Cassini gelang entdeckte Oberflächenstruktur, entzog Wassereis, dasselbe gilt für weite Teile der nun die schlüssige Erklärung der sich bislang allen Erklärungsversuchen. Oberfläche. Seine Rotation erfolgt syn- ungewöhnlichen Oberfläche: Ver- Dieser Artikel will hierfür eine Antwort chron, Iapetus weist Saturn also immer dunstung von Wassereis mit einer anbieten. Sie basiert auf zwei Veröffentli- dieselbe Seite zu. Die häufigste Gelände- Reihe von Nebenbedingungen. chungen in der Wissenschaftszeitschrift formation auf der Oberfläche sind Ein- Science vom Januar 2010 und kombiniert schlagkrater, die nach Figuren im altfran- frühere Erklärungsversuche mit Entde- zösischen Rolandslied benannt sind und ckungen durch die Raumsonde Cassini. deshalb Namen wie Roland, Charlemagne, Bevor ich die Erklärung vorstelle, möchte Marsilion, Engelier oder Timozel tragen ich aber zuerst Iapetus selbst und einige (siehe die Karte auf S. 42). Die gemessenen seiner merkwürdigen und im Sonnensys- Temperaturen an der Oberfläche betragen 40 April 2010 STERNE UND WELTRAUM aufnahmen des saturnmonds iapetus der raumsonde cassini zeigen die in umlauf- richtung weisende dunkle Bugseite (links) und die in gegenrichtung weisende helle heckseite (rechts). NASA / JPL Berlin NASA / SSI FU iapetus-steckbrief Iapetus Erde Äquatordurchmesser: 1491 km 12 756 km Poldurchmesser: 1424 km 12 714 km Abplattung: 0,045 0,003 Umfang am Äquator: ~4700 km oder 40 024 km oder ~13 km/Grad ~111 km/Grad Oberfläche: 6,7 ∙ 106 km2 5,1 ∙ 107 km2 Volumen: 1,7 ∙ 109 km3 1,08 ∙ 1012 km3 Masse: 1,806 ∙ 1021 kg 5,974 ∙ 1024 kg Mittlere Dichte: 1,083 g/cm3 5,515 g/cm3 Mittlere Anziehungskraft: 0,223 m/s2 9,807 m/s2 Entweichgeschwindigkeit: 580 m/s 11 186 m/s Große Bahnhalbachse: 3 560 851 km 149 597 870 km Siderische Umlaufzeit 1904 h = – um Saturn: 79,33 d Mittlere 3,26 km/s 29,78 km/s Bahngeschwindigkeit: Damit Schüler aktiv mit den Inhalten dieses Beitrags arbeiten Bahnexzentrizität: 0,0293 0,0167 können, stehen auf unserer Internetseite www.wissenschaft- Bahnneigung: 15° zum 0° (definiert) Saturn äquator schulen.de didaktische Materialien zur freien Verfügung. Darin wird gezeigt, wie das Thema im Rahmen des Physikunterrichts in der gymnasialen Oberstufe behandelt werden kann. Unser Projekt »Wissenschaft in die Schulen!« führen wir in Zusam- menarbeit mit der Landesakademie für Lehrerfortbildung in Bad Wildbad und dem Haus der Astronomie in Heidelberg durch. www.astronomie-heute.de April 2010 41 90° N Roland Besgun Godefroy Bevon Milon Berenger Lorant Olivier 60° N Geboin Turpin Almeric Charlemagne Dapamort Ogler Basan Acelin Climborin Othon Basan Falsaron Falsaron oth 30° N Marsilion Roncevaux Terra a M. a M. Valdebron e M. e M. v Margaris Turgis Ivon Grandoyne v Clarin Jurfaleu Adelr do do enc Baligant enc or Johun Astor or Corsablis Haltile Mons Haltile Mons C Eudropin C Escremiz Hamon Sor Rugis Malun Hamon Sor eite 0° Samson 1 Br Naimon Toledo Montes Tortelosa Montes Seville Garlon Carcassone Montes y Mons Timozel Malprimis ttha yne Mons yne Mons Cassini Regio Saragossa Terra Ma Ga -30° S Ga Nevelon alterne Mons alterne Mons V V Pinabel Ganelon AnseÏs Engelier 1: Priamon Gerin Torleu Gerin Basile Basbrun Thierry -60° S Rabel 500 Kilometer -90° S Berlin FU 180° O 150° O 120° O 90° O 60° O 30° O 0° W 330° W 300° W 270° W 240° W 210° W 180° W Länge Anti-Saturn-Punkt Zentrum Bugseite Sub-Saturn-Punkt Zentrum Heckseite Anti-Saturn-Punkt auf dieser Karte des saturnmonds iapetus Iapetus ist übrigens derart weit von Kugel, wie es sich für einen Körper dieser in zylinderprojektion sind die namen der Saturn entfernt, dass sich seine Bahnebe- Größe und Zusammensetzung eigent- oberflächenstrukturen eingetragen. große ne bereits nicht mehr so wie diejenigen lich geziemt, sondern ein zweiachsiges impaktbecken sind rot beschriftet, Krater der anderen inneren Monde nahe der Rotationsellipsoid. Tatsächlich fällt der gelb. Blaue namen weisen auf Krater hin, Äquatorebene Saturns befindet, sondern Poldurchmesser fast 70 Kilometer gerin- die bereits nach den Voyager-Vorbeiflügen in einem Übergangsbereich zwischen der ger aus als der Äquatordurchmesser. Ein anfang der 1980er Jahre benannt worden Saturn-Äquatorebene und der Bahnebe- gewaltiger Bergrücken, der mehr als den sind. Berge und Bergketten des äquatori- ne Saturns um die Sonne. Während sich halben Äquator umspannt und ebenfalls alen Bergrückens sind grün markiert, folglich von den inneren Monden aus nur eine einzigartige Besonderheit von Iape- größere regionen orange. die schmale Ringkante zeigt, würde sich tus darstellt, trägt zusätzlich zur »unför- einem Astronauten auf Iapetus ein unge- migen Form« des Mondes bei. wöhnlich prachtvoller Blick auf das Ring- Schließlich – als mit Abstand am längs- zwischen –144 und –220 Grad Celsius, es system bieten, das am Iapetushimmel ten bekannte und schon von Weitem gibt keine Atmosphäre. Iapetus entstand sechsmal größer erschiene als der Mond offensichtliche Merkwürdigkeit – ist das sehr wahrscheinlich vor mehr als 4,5 Mil- von der Erde aus. Thema dieses Artikels, die Helligkeitsdi- liarden Jahren praktisch zeitgleich mit Als weitere Besonderheit ist die ex- chotomie oder Albedodichotomie, das Saturn und den anderen Planeten. In der treme Tageslänge von 1904 Stunden oder Merkmal von Iapetus schlechthin: Wäh- Tabelle auf S. 41 finden sich einige seiner 79,3 Tagen zu nennen. Da auf Iapetus ein rend die entgegen der Bewegungsrichtung astronomischen und physikalischen Para- Sonnentag und ein Sterntag fast gleich zeigende »Heckseite« und die Polregionen meter im Vergleich zur Erde. lang sind, entspricht dies auch seiner Ei- fast so hell wie Schnee sind, ist die in Flug- Iapetus hat viele ungewöhnliche Eigen- genrotationsperiode beziehungsweise sei- richtung weisende »Bughemisphäre«, die schaften: Zuerst fällt seine äußere Lage im ner siderischen Tageslänge. Von allen Ob- etwa 40 Prozent der Oberfläche oder rund Saturnsystem auf. Seine mittlere Distanz jekten im Sonnensystem, von denen mir 2,7 Millionen Quadratkilometer bedeckt, zum Ringplaneten beträgt 3,6 Millionen etwas über die Eigenrotation bekannt ist, fast so schwarz wie Druckerschwärze (sie- Kilometer, kein anderer »regulärer« dreht sich nur die Venus noch langsamer he Bilder auf S. 41). Planetenmond ist so weit von seinem (243 Tage), und nur auf Merkur (176 Tage) Zentralkörper entfernt. Seine nächsten und Venus (117 Tage) ist der Tag-Nacht- aus der geschichte inneren Nachbarn sind die Monde Hy- Zyklus länger. der iapetusforschung perion (Abstand zu Saturn 1,5 Millionen Auf Iapetus findet sich im Vergleich zu Am 25. Oktober 1671, zu Zeiten der Re- Kilometer) und der bei Weitem größte den anderen Saturnmonden eine über- gentschaft von Louis XIV, entdeckte der Saturnbegleiter Titan (rund 1,2 Millionen durchschnittlich große Anzahl an großen italienisch-französische Astronom Jean- Kilometer). Nur die so genannten äußeren Impaktbecken mit Durchmessern von bis Dominique Cassini (1625 – 1712) von der oder irregulären Monde, von denen man zu 700 Kilometern, diese geben Iapetus königlichen Sternwarte in Paris aus den annimmt, dass sie eingefangene Objekte eine ziemlich »verbeulte« Form (siehe Saturnmond Iapetus. Cassini konnte sei- sind, umkreisen Saturn in deutlich größe- SuW 9/2007, S. 18 – 20). Jedoch auch ohne ne Neuentdeckung bis zum 6. November ren Abständen. die großen Krater wäre Iapetus keine verfolgen, danach verhinderten Wolken 42 April 2010 STERNE UND WELTRAUM