Kurz nach der Veröffentlichung der spektakulären ersten Bilder des James Webb Space Telescope (JWST) Anfang Juli hat die NASA auch die Inbetriebnahmedaten des Teleskops in ihr Online-Archiv hochgeladen. Diese Daten zeigen die Fähigkeit des Observatoriums, Ziele – einschließlich Planeten und Asteroiden in unserem Sonnensystem – zu verfolgen und ihr reflektiertes Licht auseinanderzunehmen, um Details über ihre chemische Zusammensetzung zu liefern.
Unter diesen Bildern befanden sich einige atemberaubende Schnappschüsse von Jupiter, die von der NIRCam von JWST durch mehrere Infrarotfilter aufgenommen wurden. Sichtbar sind Merkmale wie Jupiters dichte, turbulente Wolkengürtel und sein ikonischer Großer Roter Fleck, ein ewiger Sturm von ungefähr der Größe der Erde. Aber es gibt ein paar zusätzliche Familienmitglieder, die die schönen Aufnahmen fotobomben: die Monde Europa, Thebe und Metis sowie einige der dünnen, schwachen Ringe des Planeten.
Tatsächlich war das Erscheinen der Ringe in solch kurzen, einminütigen Belichtungen „eine absolut sehr angenehme Überraschung“, so der NIRCam-Instrumentenwissenschaftler John Stansberry vom Space Telescope Science Institute in einem NASA-Blog. Stefanie Milam vom Goddard Space Flight Center, die als stellvertretende JWST-Projektwissenschaftlerin für Planetenforschung fungiert, fügte hinzu, dass ihre Anwesenheit „absolut erstaunlich und erstaunlich“ sei.
Der Fall der fehlenden Ringe
Trotz der Tatsache, dass Jupiter der Menschheit seit der Antike bekannt ist und mit Gartenfernrohren leicht im Detail zu beobachten ist, wussten die Wissenschaftler bis 1979 nicht einmal, dass der Planet Ringe hatte, als Voyager 1 sie entdeckte, als sie vorbeiflog. Das liegt daran, dass Jupiters Ringe im Gegensatz zu Saturn, dessen Berühmtheit sein großes, helles Ringsystem ist, dünne und verschwommene Strukturen sind, die von der Erde aus nicht leicht zu sehen sind.
Wir wissen jetzt, dass alle äußeren Planeten Ringe tragen. Aber da Jupiter größer als Saturn ist, warum hat Jupiter keine größeren, helleren Ringe, die dazu passen? Ist es möglich, dass Jupiter einmal atemberaubende Ringe trug – und sie schließlich verlor?
Genau diese Fragen stellen die Astronomen Stephen Kane und Zhexing Li von der University of California, Riverside, in einem kürzlich erschienenen Artikel, der jetzt zur Veröffentlichung im Planetary Science Journal angenommen wurde. Als massereichster Planet des Sonnensystems, so argumentieren sie in der Abhandlung, muss Jupiters Geschichte schließlich voller Kollisionen, Einfänge und anderer solcher Ereignisse sein, die reichlich Material für größere Ringe liefern könnten.
Um das Rätsel um Jupiters überwältigendes Ringsystem zu lösen, wandte sich das Paar Computersimulationen zu, um zu untersuchen, wie sich das Planetensystem über Zeiträume von 1 Million bis 10 Millionen Jahren verhält. Während dieser Zeit untersuchten sie die Verfügbarkeit und Orbitalstabilität von eisigem Material zur Bildung von Ringen und untersuchten im Wesentlichen, wie große, helle Ringe sich bilden, bleiben oder zerstört werden können. Insbesondere untersuchten sie, wie die vier größten Jupitermonde, die galiläischen Monde – Io, Europa, Callisto und Ganymed – die Bildung oder Langlebigkeit von Wassereisringen beeinflussen.
„Wir fanden heraus, dass die galiläischen Monde des Jupiters, von denen einer der größte Mond in unserem Sonnensystem ist, alle großen Ringe, die sich bilden könnten, sehr schnell zerstören würden“, sagte Kane in einer Pressemitteilung über die Ergebnisse ihrer Simulationen. Zum Teil liegt das daran, dass die massiven Monde die Umlaufbahn von Eispartikeln destabilisieren können, um sie aus dem System auszustoßen, oder alternativ Partikel dazu bringen können, mit dem Mond zu kollidieren, anstatt als Ring zu kreisen. Letztendlich sagte Kane: „Massive Planeten bilden massive Monde, was verhindert, dass sie beträchtliche Ringe haben.“
Dies stimmt auch mit der Realität überein – schließlich sind die Ringe des Saturn hell, weil sie größtenteils aus Eis bestehen, und wahrscheinlich immer noch (abhängig von ihrem Alter), weil die Forscher glauben, dass sie ständig von den vielen kleinen, darin eingebetteten Eismonden aufgefüllt werden . Im Gegensatz dazu bestehen Jupiters schwache, dünne Ringe hauptsächlich aus Staub, der wahrscheinlich nur von einigen seiner kleinen Monde abgegeben wird.
Selbst wenn es Jupiter in der Vergangenheit gelungen wäre, beeindruckende Eisringe aufzubauen, hätten diese nicht lange gehalten. Und seine heutigen Ringe, so klein sie auch sind, sind wahrscheinlich ziemlich jung – weniger als 10 Millionen Jahre alt. Im Gegensatz dazu scheint Saturn in Bezug auf seine Fähigkeit, ein großes, atemberaubendes Ringsystem aufzubauen und über längere Zeiträume aufrechtzuerhalten, an einem „Sweet Spot“ zu sein.
Ausweitung auf Exoplaneten
Aber die Forschung von Kane und Li sagt uns noch mehr, sagen sie. Über das Sonnensystem hinaus betrachteten die beiden auch, was ihre Erkenntnisse für Exoplaneten und ihre Ringe bedeuten könnten. Schließlich sind Ringe mehr als nur oberflächliche Dekoration – sie erzählen auch die Geschichte der dynamischen Vergangenheit eines Planeten und seiner Umgebung. Wenn es schwierig ist, massive, leicht zu erkennende Eisringe zu bilden oder aufrechtzuerhalten, sagt uns deren Entdeckung etwas Wertvolles über die Planeten, die solche Spektakel beherbergen können. Ringsysteme könnten Informationen wie das Alter der Planeten oder Details darüber enthüllen, welche Arten von Monden vorhanden sein müssen (oder nicht sein dürfen), sowie die Art oder Verfügbarkeit von Material wie eisigen Kometen oder Asteroiden im Sonnensystem des Planeten.
Während Astronomen unseren Katalog bekannter Exoplaneten weiter aufbauen und JWST auf sie richten, um mehr zu erfahren, werden die Details, die diese Welten offenbaren – einschließlich ihrer Ringe – eine Fülle wertvoller Einblicke darüber bieten, wie Sterne und ihre Planeten im Laufe der Zeit entstehen und sich entwickeln.